蝴蝶形建筑空間異形幕墻施工技術

唐 安 廖 勇

中建不二幕墻裝飾有限公司 湖南 長沙 410007

隨著我國建筑施工水平的快速提升，各種異形標志性建筑蓬勃發展，極不規則的異形外立面幕墻越來越多，造型越來越新穎，各種極不規則的空間異形曲面造型對幕墻的施工提出了更高要求[1-2]。

本文結合蝴蝶形建筑空間異形幕墻的下料、加工和安裝施工案例，總結出一套操作性極強的幕墻施工方法，供類似異形幕墻項目借鑒。

1 工程概況

廣西柳州市柳東新區文化廣場項目北鄰緯九路，南鄰龍湖，西鄰新儒路，建設用地東西向約400 m，南北向約190 m。整個工程地上結構分為A區（A1科技館、A2青少年宮）、B區（B1群藝館、B2文化配套中心）、C區（拱廊），地下設有2層連通的地下室。整個外立面呈蝴蝶形狀（圖1）。

圖1 項目鳥瞰圖

本工程采用了GRC（玻璃纖維增強混凝土）、GRG（玻璃纖維增強石膏板）以及大板塊雙曲全鋼化3層玻璃[10＋2.28PVB＋10（LOW-E）＋12A＋12]等新工藝、新材料。玻璃幕墻主要位于1～3層位置，GRC幕墻主要位于4層以上及屋面位置。玻璃板塊大部分面積為5 m2左右，每塊質量約400 kg，玻璃最大板塊為8 m2，質量為640 kg，最大板塊位于C區。GRC板塊大部分面積為15 m2，每塊質量約為900 kg，最大板塊為30 m2，質量為1 800 kg。

2 工程重難點

2.1 以BIM技術應用為核心的幕墻深化設計

工程設計造型復雜，表皮模型無規律、變化大。幕墻結構防水穿透點多，對防水保溫體系設計要求高。應用BIM技術進行幕墻系統空間碰撞檢查、幕墻與結構表皮碰撞檢測，通過碰撞檢測結果，找出問題指導設計深化工作，細化每一處節點做法指導現場施工。

2.2 幕墻板塊空間三維放線定位

外立面及屋面均為極不規則形狀，立面板塊有不規則雙曲結構，測量放線系空間定位，對測量精度和準確度要求高，測量工作難度大。主體鋼結構在卸載完成后所產生的沉降無法精準預計，必須采用掃描儀對主體鋼結構進行三維掃描，將現場實際控制點坐標反饋至模型中，進行逆向建模。在安裝過程中對輔助鋼結構、二次鋼結構、GRC轉接件、GRC面板、玻璃面板等都要進行三維定位放線、安裝跟蹤測量。

2.3 超大異形玻璃和GRC面板加工質量控制

外立面玻璃均為曲面玻璃，且為3層結構，玻璃邊角與不銹鋼托碼之間的間距只有12 mm，玻璃板塊稍有偏差就有可能裝不上。GRC板塊面積平均為15 m2，板塊間的膠縫寬度只有16 mm，且板塊為異形，加工尺寸必須與模型保持一致，偏差容許小，加工質量要求高。

2.4 超大異形玻璃及GRC板塊精準安裝

超大異形曲面玻璃和GRC面板，每塊只有按空間理論位置精準安裝就位才能保證建筑外形和建筑效果。運用二維編碼與板塊識別技術，對每塊面板進行編碼，防止安裝錯誤造成誤差。

采用三維空間坐標定位法，對每一個支撐點進行尺寸精度控制，同時設定尺寸控制單元和觀測點，防止誤差積累，對整體圓弧面進行幾何尺寸控制。每一個尺寸控制單元的水平和豎向誤差控制在±3 mm以內，對角線誤差控制在±5 mm以內。

3 工程幕墻特點

3.1 豎明橫隱玻璃幕墻系統

1）豎明橫隱玻璃幕墻主要位于1～4層外傾部分（圖2），該系統豎向采用鋼龍骨加明框鋁合金裝飾蓋板，橫向設置特制不銹鋼玻璃托板，采用無橫梁結構體系適應不規則立面變化。可視區域面板為10＋2.28PVB＋10（LOW-E）＋12A＋12超白夾膠中空鋼化玻璃。

圖2 玻璃幕墻和GRC幕墻分布

2）豎明橫隱玻璃幕墻采用型鋼龍骨，外露部分表面進行氟碳噴涂處理。鋼立柱無法通過橫梁輔助調整自身彎曲度，必須在加工廠校直并噴完底涂后才能安裝上墻，另在滿焊過程中嚴格注意滿焊次序，避免在焊接過程中發生鋼材彎曲現象。

3）豎明橫隱玻璃幕墻每塊玻璃的規格尺寸不同，其中不同規格的玻璃數量達3 500個，玻璃本身板塊大、質量重，不宜多次轉運，因此從材料下單到廠家生產，再到到貨，每個環節都必須嚴格把控，并根據現場施工流向排產到貨。

4）豎明橫隱玻璃幕墻大部分為外傾位置，在安裝玻璃板塊時無法按正常框架式玻璃幕墻安裝，因此項目采取了自制夾具將周邊相鄰玻璃進行固定后再按傳統方式進行安裝的方法，有利于后期破片修補和安全保證。

3.2 GRC幕墻系統

GRC幕墻主要位于4層以上位置，系統骨架采用100 mm×200 mm×6 mm型鋼龍骨＋防水保溫系統，室外采用厚15 mm米白色氟碳漆飾面GRC面板，室內采用10 mm厚GRG面板（圖3）。

圖3 GRC幕墻結構構造

3.2.1 GRC面板吊裝特點

1）GRC面板在地面起吊后，通過手拉葫蘆，將其大致調整到與屋面的曲線、坡度傾斜角度相近后，將手拉葫蘆的手鏈進行綁扎，防止在起吊過程中出現滑鏈等危險情況。在地面和安裝位置，必須由專業的起重指揮工指揮吊裝，指揮信號應標準、清晰、明確。吊裝GRC板所使用的手拉葫蘆起重量為2 t。

2）在GRC面板吊運到安裝位置后，將GRC板塊的限位固定點圓管放入連接牛腿的限位U形槽內，然后進行臨時就位固定，全程采用經緯儀測量板面4個點位的坐標，利用手拉葫蘆、緊線器等微調工具就位安裝，通過轉接件的雙向調節長形孔調節好板面“三度”后，擰緊3個固定點的轉接件固定螺栓。固定時，必須保證板塊的穩固性，防止板件墜落。

3）GRC面板安裝就位、校正完成后，應及時固定，防止施工過程中因大風、碰撞等而發生墜落。

4）GRC面板安裝時，由于下層防水層與GRC板安裝間隙距離較小，故要做好對防水層的成品保護，避免人為碰撞損傷防水層。

5）GRC面板安裝定位前，首先進行GRC支座（轉接件）的安裝與精確定位，這是保證GRC板安裝就位后精確調整的前提。

3.2.2 GRC面板安裝順序

1）本工程的GRC通用板塊的尺寸為3 m×5 m，有4個固定點，其中2個為永久固定點，另外2個為活動固定點，此設計方式是為了保證板在安裝后，可以對板進行精度調整，保證GRC板整體安裝完成后的順滑、平整，同時考慮施工完成后的檢修工作。

2）GRC板的上表面與下部防水層之間的間隙約200 mm，施工人員很難進行內部操作，因此GRC板安裝有嚴格的順序要求。GRC板在加工廠加工時必須按照施工方案圖排定的區塊順序進行加工，安裝時要按事先排定順序依次安裝，否則會導致板的支撐點無法安裝到位。GRC板安裝原則為：先安裝一塊板的2個永久固定點，再安裝活動固定點；在施工同一工作面時，以第1塊板為起點，進行發散式的扇形安裝。

3）本工程幕墻外立面GRC掛板超大分格尺寸達3 100 mm×9 700 mm，且為不規則形狀，外立面GRC掛板為厚15 mm，單塊超大板塊質量將達到2.5 t。超大GRC板材應采取就近建廠，加工成形后利用晚上車流量少的時間段采用平板拖車運輸，在板塊邊緣部位布設安全警示燈。超大GRC板材采用35 t吊車吊裝，每個板塊增加6～9個固定點，這將給安裝工作帶來很大難度，要求每個固定點必須準確，且確保板塊吊裝時不發生形變。

4 施工工藝流程

4.1 豎明橫隱玻璃幕墻系統施工工藝流程

1）測量放線：在場內布控二級坐標控制點，結合BIM模型導出數據，運用空間點位法和點位平移法對現場埋件和主體結構進行復測并定位（圖4）。

圖4 測量放線

2）支座安裝：根據BIM模型導出每層骨架定位坐標，進行支座安裝，每個支座安裝完成后，選取3個特征點進行坐標復核（圖5）。

圖5 支座安裝

3）立柱安裝：利用點位平移法將控制點移至樓層內的測量定位點，結合BIM模型導出每根立柱上下兩端坐標的定位，在安裝過程中采用全站儀定位每根鋼立柱和BIM模型的對應坐標點。采用汽車吊、直臂車和移動操作平臺協調配合逐層進行安裝（圖6）。

圖6 立柱安裝

4）立柱安裝復核：根據模型數據對現場安裝骨架點位進行復核，采用3D掃描儀進行復測，并將復測結果導入BIM模型進行對比分析，將不合格的骨架進行糾偏整改，然后進行滿焊固定（圖7）。

圖7 立柱安裝復核

5）不銹鋼托碼及鋁合金底座安裝：根據BIM模型導出每根骨架的托碼定位坐標，采用全站儀定位每個不銹鋼托碼。底座和托碼均采用M6不銹鋼機械螺栓與鋼結構進行固定（圖8）。

圖8 不銹鋼托碼安裝

6）背襯板安裝：水平層間梁位置采用厚2.5 mm鋁背板，表面氟碳噴涂處理（圖9）。

圖9 背襯板安裝

7）玻璃安裝：項目每塊玻璃重約400 kg，采用1臺25 t汽車吊、1臺電動吸盤、2臺38 m（工作高度）直臂車進行安裝，每組8人，每天安裝10～12塊（圖10）。

圖10 玻璃安裝

8）打膠：先對橫向縫隙進行清理注膠，然后豎向扣鋁合金扣蓋、打膠。為防止GRC防水層的積水通過裝飾蓋滲漏至室內，在安裝裝飾蓋之前必須先對裝飾蓋橫切面與GRC接觸部分注改性密封膠（圖11）。

圖11 打膠

4.2 GRC幕墻施工工藝流程

1）測量放線、支座安裝：在23.4 m以下外傾部分每層搭設3臺自制移動操作平臺，23.4 m以上采用6 m剪刀車作為操作平臺將加工好的16#槽鋼支座與主體進行連接。每組2人，每組每天可安裝15～20個轉接件支座（圖12）。

圖12 支座安裝

2）龍骨加工、安裝：根據BIM導出的每根龍骨加工數據及牛腿安裝點位數據進行龍骨切割加工，并將牛腿在加工場與骨架焊接成形。采用35 t汽車吊吊至施工部位，在原安裝并滿焊完成后的支座上鋪設鋼跳板作為操作平臺，采用38 m直臂車進行滿焊及油漆施工（圖13）。

圖13 龍骨安裝

3）防水鐵皮整體吊裝：防水系統采用厚1.5 mm鍍鋅鐵皮，搭接長度為100 mm。根據BIM模型數據下單后在地面加工，其中最大鐵皮規格為1.2 m×26 m（寬×長），在鐵皮上端設置2個吊裝孔，用U形卡環穿透鐵皮起吊。這樣改變了傳統模式的小板塊，在提高安裝效率的同時也節約了較大的搭接重復材料成本。利用35 t汽車吊或塔吊吊裝至安裝部位，采用38 m直臂車和吊籃安裝，每組2人，每組每天可安裝約400 m2，是普通安裝工效的4倍（圖14）。

圖14 防水鐵皮安裝

4）防水卷材鋪貼：采用濕鋪高分子自粘防水卷材，將其鍍鋅鐵皮表面清理干凈，在突出牛腿四周采用300 mm×300 mm卷材十字開口法包牛腿，牛腿處采用不銹鋼抱箍將卷材與牛腿緊密連接并涂刷防水油膏。大面卷材先在地面加工至所需長度，再使用38 m直臂車直接進行鋪貼施工（圖15）。

圖15 防水卷材鋪貼

5）GRC板塊吊裝：對于大板塊，采用塔吊起吊離地20 m高后，再用塔吊或汽車吊使其90°空中轉體。對于普通板塊，采用汽車吊的大小鉤配合直接起吊并進行180°轉體吊裝。GRC板塊安裝的垂直流向為：骨架采取分區分段從下往上安裝；水平流向為：面板采用階梯式分區逐層水平鋪開安裝，屋面掛板采用階梯式由內向外逐層分區成扇形鋪開安裝。

6）GRC板塊修補、表面噴涂及打膠：在安裝過程中，局部會出現崩邊及破損現象，安裝就位后將由GRC廠家專業技術人員至現場進行跟蹤修補。修補完成后移交至氟碳噴涂班組將其表面打磨平整，板塊邊沿光滑順直，GRC表面選用米白色氟碳漆飾面，外罩一層光觸媒涂料；板塊之間膠縫寬度為18 mm，在打膠作業前用排筆涂刷硅烷改性密封膠混凝土底涂，待表面干后注硅烷改性密封膠（圖16）。

圖16 表面噴涂及打膠

5 結語

本文結合柳州市柳東新區文化廣場幕墻工程，對極不規則的蝴蝶形建筑豎明橫隱玻璃幕墻和GRC幕墻的施工方法做了總結介紹。

在異形幕墻測量施工中，充分發揮BIM技術和現場三維掃描技術的優勢，創新空間測量方法形成空間點位法和點位平移法；在大板塊GRC安裝過程中，總結超大板塊180°空間轉體方法；在超大分格雙曲玻璃和GRC面板加工過程中，總結出異形弧面尺寸檢測方案，提高板塊加工質量和尺寸精度。這些方法和方案在項目中得到很好的應用和驗證，可為以后類似的不規則異形建筑外幕墻施工提供借鑒。