豎龍骨外裝框架式玻璃幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工

彭偉豪 劉龍龍 陳 果 黃宜婷 羅 瑞

中國(guó)建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518048

1 工程概況

平潭海洋國(guó)際會(huì)展中心五星級(jí)酒店項(xiàng)目位于福建省平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，酒店塔樓地上25層、地下1層，結(jié)構(gòu)高度99.9 m，建筑高度113.329 m，標(biāo)準(zhǔn)層層高3.65 m，采用鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)。酒店塔樓平面呈橢圓形，外立面中部鼓起，上下兩端逐漸內(nèi)收，其中12—14層為結(jié)構(gòu)板外凸最大樓層。8—12層結(jié)構(gòu)梁板逐漸向外擴(kuò)大，累計(jì)外擴(kuò)約200 mm；14—25層結(jié)構(gòu)梁板逐漸向內(nèi)收縮，累計(jì)內(nèi)收約500 mm。塔樓外立面由分層交錯(cuò)豎向線條疊加而成，2根大裝飾線條由東西兩側(cè)延伸至裙樓起伏的金屬屋面，整體效果富有層次感、流動(dòng)感。項(xiàng)目酒店塔樓效果如圖1所示。

圖1 酒店塔樓效果圖

2 幕墻設(shè)計(jì)概況

2.1幕墻設(shè)計(jì)背景

傳統(tǒng)幕墻設(shè)計(jì)將主要受力構(gòu)件——豎龍骨放于玻璃內(nèi)側(cè)，通過(guò)在立柱外側(cè)增加裝飾蓋板，來(lái)塑造建筑外立面凸出的線條感，如圖2所示，裝飾蓋板不是受力構(gòu)件，其自重均由立柱承擔(dān)，因而導(dǎo)致豎龍骨截面增大，且所有的玻璃及裝飾蓋板均通過(guò)吊籃在室外進(jìn)行安裝，增大了施工的難度及安全風(fēng)險(xiǎn)[1-3]。由于本工程為EPC設(shè)計(jì)施工總承包的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)師綜合考慮建筑外立面效果、平潭常年大風(fēng)的氣候特點(diǎn)、工程成本控制、施工便利性等因素后，提出了幕墻豎龍骨外裝的設(shè)計(jì)思路，豎龍骨既可作為幕墻的受力框架，也可作為豎向外裝飾條。經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)比，借鑒門(mén)窗安裝的思路，最終決定將裝飾立柱與豎龍骨合并，幕墻玻璃安裝于豎龍骨內(nèi)側(cè)，如圖3所示，該方案既能減少豎龍骨材料，又能減少吊籃的使用，加快施工進(jìn)度。

圖2 原設(shè)計(jì)方案

圖3 優(yōu)化后方案

2.2幕墻系統(tǒng)概況

本工程酒店塔樓采用框架式玻璃幕墻體系，分為凹面橫隱豎明構(gòu)造和凸面橫隱豎明構(gòu)造這2種。其中凸面橫隱豎明構(gòu)造采用室外側(cè)豎龍骨受力，玻璃反裝的框架式玻璃幕墻體系，玻璃主要采用鋼化雙銀LOW-E中空玻璃和鋼化雙銀LOW-E夾膠中空玻璃。幕墻水平方向分格沿圓弧段均分，標(biāo)準(zhǔn)分格為925 mm和1 200 mm。立面標(biāo)準(zhǔn)分隔為800、900、1 100、1 650、1 750 mm。

該框架式玻璃幕墻系統(tǒng)的豎龍骨底部通過(guò)厚25 mm連接鋼板與主體結(jié)構(gòu)上的平板預(yù)埋件連接，頂部連接考慮到實(shí)際加工條件無(wú)法滿足銑長(zhǎng)深度要求，將中部銑長(zhǎng)更改為兩側(cè)銑長(zhǎng)，由1塊厚25 mm連接鋼板更改為2塊厚12 mm等材質(zhì)鍍鋅鋼板，經(jīng)受力驗(yàn)算符合要求。

鋼板之間采用不銹鋼螺栓進(jìn)行連接，豎龍骨上端設(shè)置圓孔，下端設(shè)置長(zhǎng)條孔，便于安裝調(diào)節(jié)及滿足幕墻的伸縮變形。豎龍骨兩側(cè)設(shè)置玻璃壓板和鋁合金托塊，承擔(dān)玻璃傳遞的自重及水平荷載，玻璃按左右對(duì)邊支撐受力模型考慮。鋁合金橫梁通過(guò)插芯與豎龍骨連接，不承擔(dān)玻璃自重。幕墻豎龍骨在樓層間斷開(kāi)，層間采用橫向通長(zhǎng)鋁單板裝飾條進(jìn)行封口。幕墻層間用厚1.5 mm鍍鋅鋼板＋防火巖棉進(jìn)行防火處理。玻璃幕墻采用密封膠封堵與膠條密封相結(jié)合的雙層密封形式進(jìn)行防水處理。

3 幕墻安裝施工部署

根據(jù)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工總體安排，酒店塔樓幕墻分3個(gè)施工段進(jìn)行施工，第1施工段為6—15層，第2施工段為18—24層，第3施工段為25層至屋面花架層，各施工段分別設(shè)置吊籃，幕墻施工按從下到上的順序進(jìn)行，在17層外挑硬防護(hù)拆除后，再進(jìn)行16層、17層的幕墻施工。材料運(yùn)輸方面，豎龍骨采用塔吊和卸料平臺(tái)配合轉(zhuǎn)運(yùn)至樓層內(nèi)，其余玻璃、橫梁等材料均通過(guò)施工電梯轉(zhuǎn)運(yùn)至樓層內(nèi)。豎龍骨及連接件采用臨邊移動(dòng)平臺(tái)在樓內(nèi)進(jìn)行安裝，玻璃、橫梁、防火防雷設(shè)施安裝在樓內(nèi)進(jìn)行安裝，層間鋁板、可開(kāi)啟窗扇、打膠清理均采用吊籃在樓層外進(jìn)行安裝。

4 幕墻施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1三維建模精確下料

本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)層高變化大，平面呈橢圓形，對(duì)材料加工精度要求高。因此，項(xiàng)目采用犀牛軟件建立幕墻三維模型。整體深化思路為以直代曲，針對(duì)不同尺寸的豎龍骨、橫龍骨及層間異形鋁單板進(jìn)行精確建模，橫梁及層間鋁板兩端根據(jù)弧度做成坡口狀，貼合豎龍骨間距，各材料分區(qū)域、分部位單獨(dú)編號(hào)，橫梁與豎龍骨連接節(jié)點(diǎn)如圖4所示。

圖4 橫梁與豎龍骨連接節(jié)點(diǎn)

4.2測(cè)量放線

本工程采用逐層投點(diǎn)，層層閉合測(cè)量，細(xì)部放線的方式。通過(guò)精密激光投點(diǎn)儀將已有控制點(diǎn)進(jìn)行逐層投遞。并在每層用全站儀進(jìn)行控制點(diǎn)閉合測(cè)量，對(duì)容許誤差進(jìn)行平差處理，對(duì)誤差超限的重新進(jìn)行控制點(diǎn)投遞。然后在其中一個(gè)控制點(diǎn)上架設(shè)全站儀后視第2個(gè)控制點(diǎn)，測(cè)量第3個(gè)控制點(diǎn)作為校核。采用反射片配合進(jìn)行細(xì)部放線測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)轉(zhuǎn)點(diǎn)不能超過(guò)2次，以保證轉(zhuǎn)點(diǎn)測(cè)量精度，保證細(xì)部測(cè)量準(zhǔn)確。確保每根豎龍骨安裝的準(zhǔn)確位置，并用墨線彈出。

4.3豎龍骨安裝

本工程塔樓為核心筒剪力墻結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)爬架拆除后，為保證安全，研發(fā)了一種可靠、靈活的移動(dòng)操作平臺(tái)，該平臺(tái)放置于室內(nèi)，受大風(fēng)影響較小，可根據(jù)風(fēng)向靈活選擇背風(fēng)面進(jìn)行安裝。本幕墻系統(tǒng)豎龍骨質(zhì)量約90 kg，該平臺(tái)可用于連接件焊接及豎龍骨的安裝。操作平臺(tái)就位后（圖5），用頂撐和底撐進(jìn)行固定，并用斜撐可調(diào)節(jié)撐托頂住梁，防止平臺(tái)傾覆。一個(gè)操作人員上到平臺(tái)上，另一個(gè)人員在下部配合安裝豎龍骨，下方人員安全帶一端與柱間設(shè)置的鋼絲繩生命線連接，進(jìn)行高空臨邊作業(yè)。

圖5 移動(dòng)操作平臺(tái)設(shè)計(jì)

4.4玻璃、橫梁安裝

豎龍骨安裝完成后，在樓層內(nèi)部依次安裝底橫梁，安裝底部玻璃（高度1 083 mm），安裝中橫梁，由下面安裝工和移動(dòng)平臺(tái)上安裝工安裝中間玻璃（高度1 680 mm），安裝最上面一塊玻璃（高度630 mm），安裝最頂部橫梁，最后于平臺(tái)上完成室內(nèi)防火封邊收口。

4.5層間鋁板、防火避雷等工序安裝措施

4.5.1 吊籃選用及布設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，經(jīng)計(jì)算施工中吊籃的最大載荷為344 kg，選用ZLP630型吊籃的額定載荷為630 kg，安全載荷為額度載荷的80%，約為504 kg，滿足承載要求。該型號(hào)吊籃籃筐外形尺寸寬為700 mm、高為1 200 mm。

結(jié)合酒店塔樓平面橢圓形的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用單元長(zhǎng)度為5.5、4.5、4.0 m這3種規(guī)格。按照?qǐng)A弧曲率大設(shè)置短吊籃，曲率小設(shè)置長(zhǎng)吊籃的原則，第1施工段設(shè)置5.5 m長(zhǎng)度吊籃6臺(tái)、4.5 m長(zhǎng)度吊籃8臺(tái)、4.0 m長(zhǎng)度吊籃14臺(tái)，共28臺(tái)；第2及第3施工段均設(shè)置5.5 m長(zhǎng)度吊籃6臺(tái)、4.5 m長(zhǎng)度吊籃8臺(tái)、4.0 m長(zhǎng)度吊籃10臺(tái)，共24臺(tái)。

4.5.2 第1施工段安裝措施

沿16層樓板邊40 cm滿掛吊籃，籃前吊桿最大伸出長(zhǎng)度為1 300 mm，前支架與后支架的搭設(shè)距離為4.6 m，工作平臺(tái)與外墻完成面距離為300 mm，吊籃間距為30 cm。樓層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為從16層以下逐層向內(nèi)收縮，因此為方便施工，室內(nèi)施工人員用系在籃體上的繩子輔助將籃體向內(nèi)拉，然后用繩子將吊籃固定在地面設(shè)置的固定點(diǎn)，或用繩子系于柱間設(shè)置的鋼絲繩上，將吊籃固定后進(jìn)行幕墻作業(yè)。

4.5.3 第2施工段安裝措施

為保證酒店塔樓17層以下玻璃幕墻（即第1施工段）作業(yè)的安全性，以及防止上部結(jié)構(gòu)施工可能出現(xiàn)的高處墜物的風(fēng)險(xiǎn)，在17層采取外挑工字鋼并做硬防護(hù)措施，采用厚15 mm模板＋鋼笆片的雙層防砸方案，懸挑工字鋼挑出結(jié)構(gòu)邊緣3 m，立桿橫向間距為1.5 m，縱向間距為1.5 m，外立桿中間加設(shè)1道攔腰桿，間隔0.6 m。17層外挑硬防護(hù)搭設(shè)示意如圖6所示。

圖6 17層外挑硬防護(hù)搭設(shè)示意

沿25層樓板邊滿掛吊籃，前支臂離結(jié)構(gòu)邊線40 cm，吊籃前支臂伸出1 600 mm，前支架與后支架間距為4.6 m，吊籃間距30 cm。因樓層結(jié)構(gòu)從16層以上逐層向里收縮，為保證吊籃能夠沿著漸變的結(jié)構(gòu)進(jìn)行幕墻安裝施工，在17層外挑硬防護(hù)（兼做吊籃停放臺(tái)）上設(shè)置吊籃導(dǎo)向鋼索，以方便吊籃沿著25層向下施工（傾斜角度約為3°）。為克服吊籃的側(cè)向外拉力，對(duì)吊籃采取后拉穩(wěn)定措施。

4.5.4 第3施工段安裝措施

結(jié)合塔樓屋面花架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用特制鋼支架固定式吊籃進(jìn)行屋面及25層至屋面花架層的幕墻施工。同時(shí)為滿足屋面幕墻安裝及吊籃自制鋼支架焊接需求，搭設(shè)多排腳手架，配合外部吊籃完成龍骨及面板安裝，頂部設(shè)置操作平臺(tái)（圖7），因施工此段時(shí)17層的吊籃停放臺(tái)已經(jīng)拆除，故在25層同樣設(shè)置停放臺(tái)。待該段施工完成，吊籃最終由地面人員拉系于吊籃的大繩下放至地面并完成解除。

圖7 屋面花架結(jié)構(gòu)模型與操作平臺(tái)

4.5.5 特殊樓層安裝措施

完成18—24層幕墻施工后，其中18層僅安裝豎龍骨，將吊籃停放在18層外挑鋼方通上，拆除17層外挑硬防護(hù)，自下而上依次完成16—18層幕墻施工。在吊籃施工期間，在吊籃下部?jī)啥讼道|風(fēng)繩，由地面人員輔助向外拉配合施工。最終完成后，吊籃籃體下放至地面，解除吊籃。

5 結(jié)語(yǔ)

平潭海洋國(guó)際會(huì)展中心酒店工程幕墻借鑒門(mén)窗安裝的思路，提出了將豎向外裝飾條與幕墻豎龍骨合并的設(shè)計(jì)方案，豎龍骨既可作為幕墻的受力框架，也可作為裝飾線條，該技術(shù)酒店工程應(yīng)用量約1萬(wàn) m2。工程實(shí)踐證明，幕墻豎龍骨外裝方案既能減少幕墻鋁材，又能加快施工進(jìn)度，減少吊籃的使用，解決了該系統(tǒng)在高風(fēng)壓地區(qū)下的施工安裝問(wèn)題。