超大規模雙層混合幕墻結構體系施工技術

方 園 趙 毅 張紅永 周常林 黃心穎 李佐強

1. 中建三局集團有限公司 湖北 武漢 430064；2. 華中科技大學土木工程與力學學院 湖北 武漢 430074

大型公共建筑與超高層項目的建筑表面大多采用幕墻結構，幕墻主要分為玻璃幕墻和金屬幕墻兩類。為控制造價，幕墻多為單層幕墻結構[1-6]，雙層幕墻結構體系應用較少，關于雙層幕墻結構體系的施工技術資料較為少見。因此，對雙層混合幕墻結構體系的施工技術進行探索和總結，具有重要的工程技術應用研究價值[7-13]。

河南省科技館新館（圖1）項目為超大規模雙層混合幕墻結構體系。雙層混合幕墻施工技術的成功應用，為大規模復雜幕墻工程施工積累了經驗。

1 工程概況

項目建設地點位于河南省鄭州市鄭東新區白沙象湖規劃區，由主館和為配合項目整體建設的圭表塔組成。主場館建筑高度43.0 m，地下1層，地上4層（不包括北側夾層），幕墻面積約95 000 m2。主館建筑整體外形是由多個不規則的曲面體有機順滑地集合成的一個不規則異形體，其表面大部分為鋁裝飾板所覆蓋。主場館非透光部位采用魚鱗狀鋁板，透光部位采用鋁板角度漸變翻轉，內層透光玻璃幕墻。首層帶狀玻璃幕墻通透、明亮。中庭設置玻璃采光穹頂，滿足采光要求。建筑的整體形態由6個延展曲面和3個端面等基本面構成，各個基本面之間圓滑過渡形成建筑整體表皮（圖2）。

圖1 主館玻璃幕墻整體效果

1.1 FS01混合幕墻結構體系

本系統由內到外的構造層次分別為：主體鋼結構層（非幕墻范圍）—三明治保溫一體板—3 mm裝飾陽極氧化鋁單板面層。各層表皮之間的相對關系為：防水層表皮距主體鋼結構250 mm，裝飾面層表皮距主體鋼結構1 000 mm。內側三明治板由80 kg/m3的厚120 mm保溫巖棉及內外厚0.5 mm鍍鋅鐵皮＋0.7 mm鋁鎂錳板組成，自重為81 kg/m3，最大板塊為1.0 m×4.5 m，質量為43.74 kg。外側鋁板最大板塊面積為2.075 m2，單塊質量為31.76 kg。

圖2 主館玻璃幕墻系統分布

連接桿件自室內側到外側分別由φ102 mm×6 mm高耐候鋼支撐柱、φ70 mm×5 mm高耐候鋼支撐柱和φ52 mm×5 mm鋁合金撐桿組成，其中φ102 mm×6 mm高耐候鋼支撐柱自重為8.83 kg，每根φ70 mm×5 mm高耐候鋼自重為3.87 kg，每根φ52 mm×5 mm鋁合金撐桿自重為5.64 kg。基材采用鍍鋅鋼龍骨，用于面層與主體鋼結構之間的連接，其中主龍骨采用80 mm×60 mm×5 mm、60 mm×60 mm×5 mm鍍鋅方鋼，次龍骨采用50 mm× 50 mm×5 mm鍍鋅方鋼（圖3）。

圖3 FS01內層框架式幕墻＋外層陽極氧化鋁板幕墻（角度固定）

1.2 FS02混合幕墻結構體系

內層框架式玻璃幕墻＋外層3 mm裝飾陽極氧化鋁單板幕墻（角度漸變）混合幕墻結構體系由內側玻璃幕墻與外側翻轉鋁板幕墻組成[3]。距主體鋼結構250 mm內層玻璃幕墻構造：6 mm＋1.52PVB＋6 mm＋16Ar＋8 mm鋼化夾膠Low-E中空超白玻璃（建筑脊線以上夾膠玻璃放在室內側），玻璃外側設置防脫不銹鋼壓塊；玻璃最大單塊面積為6.48 m2，質量637.35 kg。距主體鋼結構1 000 mm裝飾面層構造：3 mm裝飾陽極氧化鋁單板，最大板塊面積為2.075 m2，單塊質量31.76 kg；背附鋁合金圓管φ80 mm×4 mm骨架連接系統；φ70 mm×6 mm高耐候Q345鋼支撐柱，長度0.71 m，質量14.37 kg；φ20 mm不銹鋼拉桿加強結構穩固。基層龍骨與FS01系統相同（圖4）。

1.3 FS03首層豎明橫隱玻璃幕墻系統

此系統位于首層各立面及A1A2東面部分地下室玻璃幕墻，裝飾面層采用12 mm＋16AR＋6 mm＋1.52PVB＋6 mm單夾膠鋼化中空Low-E超白玻璃，最大板塊尺寸為1.5 m× 4.5 m＝6.75 m2，單塊質量為405 kg。

圖4 FS02內層框架式幕墻＋外層陽極氧化鋁板幕墻（角度漸變）

此系統豎龍骨為140 mm×75 mm×8 mm高精密焊接鋼龍骨（5 500 mm跨度以下）、200 mm×75 mm×10 mm× 8 mm高精密焊接鋼龍骨（5 500～8 000 mm跨度）、200 mm×75 mm×20 mm×18 mm高精密焊接鋼龍骨（8 000 mm跨度以上）。其中最大截面龍骨長8.2 m，質量約為335 kg（圖5）。

圖5 FS03首層豎明橫隱玻璃幕墻

1.4 FS04穹頂采光頂幕墻系統

該系統位于屋面正中部位，中庭穹頂，裝飾面層采用8 mm＋16Ar＋6 mm＋1.52PVB＋6 mm單夾膠鋼化中空Low-E超白玻璃，最大板塊尺寸為2.1 m×2.5 m＝5.25 m2，單塊質量為263 kg。材料采用汽車吊運至屋面樓板處，采用滿鋪木跳板平臺進行施工（圖6）。

圖6 FS04穹頂采光頂分布區域

2 施工總體部署

2.1 施工部署

為了實現河南省科技館新館工程幕墻項目的建設工期、質量、安全及管理等方面的目標，按照以下原則進行工程部署：在工序安排上，遵循統籌考慮、合理搭接的原則；在資源組織上，遵循比選優化、均衡配置的原則；在工藝選擇上，遵循先進可行、經濟適用的原則；在業主管理上，遵循全面遵從、周密服務的原則；控制關鍵線路上階段性進度目標，以實現總體工期目標。

總體施工工序：施工準備→整體土建結構復測→幕墻樣板實施→幕墻施工→收口部位幕墻施工→竣工驗收。各區施工時間均以主體結構及鋼構移交時間為開始時間，彼此獨立施工。

各區外立面均整體按照以下順序進行施工：

各主場館（ACD區）：龍骨基層吊裝→腳手架安裝→玻璃及鋁板安裝。中庭鋼構具備幕墻施工條件：腳手架搭設→轉接件安裝→玻璃幕墻安裝→鋁板幕墻安裝。

2.2 施工段劃分

幕墻工程施工段劃分情況如圖7所示。

圖7 幕墻工程分段示意

2.3 施工設備

機械設備在施工過程中的使用管理是機械設備管理的基本環節。機械設備的使用管理應包括機械設備的正確選擇，合理地組合使用，適時地維護和保養等環節。正確選擇施工方案是選擇機械設備的前提。

在擬定施工方案時必須考慮工程環境、技術經濟條件，以及供應機械設備的裝飾性能。在使用中，必須嚴格按照機械設備的性能規定，不允許超性能使用。在施工方案允許的范圍內，選擇機械設備時應綜合考慮設備的生產效率、工程質量完成情況、使用便利性與可靠性、后期維護和對環境的影響等因素。

3 施工工藝技術及措施

3.1 總體測量放線工藝流程

常規測量放線均采取在建筑外圍，采用全站儀對點位進行校核。在扭曲部位，因造型獨特，故采取在扭曲面平臺上，搭設操作平臺用于架設全站儀。操作平臺由扣件式腳手架搭設而成，隨施工進度逐步向下拆除（圖8）。

圖8 測量放線流程

3.2 FS01混合幕墻結構體系

本系統由內部三明治板與外部80°鋁板組成，分布在外立面大面區域。施工高度為9.00～43.75 m。端頭部位的龍骨及支撐桿采取在地面焊接后采用25/50 t汽車吊，配合吊籠進行安裝。三明治板采取手動葫蘆從地面進行起吊，鋁板面板單邊尺寸均小于1.6 m，采取施工電梯與平板車運至施工區域，部分區域采取汽車吊轉運至卸料平臺后，采取平板車在腳手架內部運輸。

施工流程：測量放線→支撐柱及撐桿焊接→主次龍骨焊接→鍍鋅鋼板安裝→三明治板安裝→打膠→防水層泛水包柱安裝→鋁合金連接爪件安裝→陽極氧化鋁板安裝。施工前，按照移動小吊安裝要求進行安全檢查，同時在小炮車后方采用麻繩或安全繩與后方柱子拉結固定；檢查施工用電的接駁是否符合機械用電需求，接電是否正確；檢查滅火器的配備；檢查施工人員是否符合工種要求；檢查施工人員的安全防護用具是否正常佩戴；檢查施工安全維護及消防設施等。

3.3 FS02混合幕墻結構體系

本系統由內部玻璃幕墻與外側漸變角度鋁板幕墻（30°～90°）組成，分布在外立面眼睛區域，處于立面中部位置，施工高度為9.00～43.75 m，安裝方式與FS01系統相同，因鋁板翻轉，其離主體結構較遠，故相較于FS01系統的鋁板安裝，需搭設四排架進行施工。其中玻璃面板最大板塊為三角形玻璃，尺寸為4.4 m×3.5 m×3.8 m，質量為637.35 kg，采用移動小吊進行吊裝。

施工流程：鍍鋅鋼轉接件安裝→支撐圓管焊接→鋁型材龍骨安裝→玻璃安裝→層間封堵安裝→拉索安裝→鋁板轉接件安裝→鋁板安裝→翻轉角度調整。漸變角度鋁板安裝時，其翻轉角度不一，投影長度不一（翻轉角度最大時，鋁板外側距離主體結構1.5 m），故施工時，需將當層腳手架改為施工平臺，避免腳手架與翻轉鋁板碰撞。每層的架體改動均需由班組根據進度向項目部提出申請后，由架子工進行改架，項目部進行復核驗收后方可投入使用。鋁板采用卸料平臺及人工搬運進行施工。

3.4 FS03首層豎明橫隱玻璃幕墻系統

首層幕墻分布區域為建筑物首層一圈，造型高度漸變，最高點位于西面1-DC—1-CC軸，玻璃幕墻高度10 m，吊頂鋁板完成面離地面8.95 m，龍骨生根面離地面11.2 m。首層玻璃幕墻龍骨采用鋼龍骨，且跨度較大，安裝時采用架設在鋼構上的手動葫蘆進行起吊后安裝，玻璃利用手動葫蘆進行起吊后，施工人員站在腳手架上，配備室內輔助人員進行安裝。先安裝龍骨，再安裝玻璃。

3.5 FS04穹頂采光頂系統

采光頂施工高度43.65 m，造型呈拱形，坡度27°，最大板塊尺寸為2.1 m×2.5 m，單塊質量為516.37 kg。玻璃板塊的運輸采用塔吊/汽車吊吊運至屋面堆放，嚴禁集中堆放；應分散并選擇有結構梁體的部位堆放；吊裝時在地面塔吊運行軌跡內設置防護警示，并派專人看護，禁止人員在軌跡內走動；采光頂材料采用東南角塔吊/汽車吊垂直運輸至屋面的觀景平臺，施工前由人工搬運至施工區域，玻璃吊裝采用玻璃架綁定，型材吊運時應進行保護，捆扎應牢固可靠，防止吊裝時損傷及掉落。

屋面玻璃采光頂幕墻系統分布在屋面中心位置，采用厚50 mm木跳板滿鋪平臺施工；在安裝玻璃板塊前要將玻璃清理干凈，按層次和安裝順序堆放好，堆放時要適當傾斜，以免玻璃傾覆。

采用人工抬運的方式進行安裝；安裝時中庭地面做好防護圍欄，派專人防守，禁止人員在施工下方走動；施工時，從頂部向下施工，基座型材通過人工搬運至施工平臺后，通過螺栓進行固定連接。

3.6 扭曲幕墻部位腳手架工程

在建筑西面中部，東北角、東南角，交會部位造型扭曲，以屋脊為分界線，下方造型為垂直面，上方造型為扭轉造型，從平面漸漸扭曲變形至立面造型。均為雙層幕墻，施工難度大，搭設措施復雜，屋脊下方為垂直面，該區域可直接搭設腳手架進行施工。

東北角扭曲造型位于1-3c軸交1-Cb軸，屋脊線高度起于17.90 m，止于41.17 m，高度為23.27 m，屋脊上方面層南北方向傾斜成20.23°，東西方向傾斜，高差21 m，橫向距離66.69 m，傾斜成17°。該區域鋪設安全兜網及木跳板，按照分格設置橫向檁條阻擋下滑，滿足人員站立施工條件。

東南角扭曲造型位于1-Da軸交1-4c軸，屋脊線高度起于17.90 m，止于41.17 m，高度為23.27 m，屋脊上方面層南北方向傾斜成24.83°，東西方向傾斜，最大高差23 m，橫向距離16 m，傾斜成59°。該區域僅部分區域鋪設木跳板，按照分格設置橫向檁條阻擋下滑，滿足人員站立施工條件，另一部分采取搭設滿堂腳手架，立柱落在鋼結構上搭設平臺進行施工（圖9）。

圖9 扭曲部位腳手架搭設方案

西面扭曲造型位于1-Bb軸交1-Ea軸，屋脊線高度起于14.326 m，止于34.136 m，高度為19.81 m。屋脊上方面層南北方向傾斜成11.45°，東西方向傾斜，坡度較陡，傾斜成59°～80°。木跳板平臺不滿足施工條件，因此采取搭設腳手架的方式安裝，鋼管立柱落在鋼結構上搭設平臺進行施工。

為便于施工，采取分段搭設措施：屋脊下方采取搭設滿堂腳手架進行施工，屋脊上方平面區域采用在邊緣鋼構上固定腳手管作護欄，施工區域滿鋪木跳板進行施工。對于屋脊上方坡度較陡區域，采用在鋼結構上搭設腳手架，并分層施工，分層拆除腳手架，從上至下進行施工直至施工完成。

4 結語

本工程目前已順利完成共計50 000 m2雙層混合幕墻結構體系的施工任務。本文所總結的雙層混合幕墻結構體系的施工總體部署、總體測量工藝、施工流程及扭曲部位腳手架搭設方案等主要工程經驗，可供同類工程施工參考和借鑒。