超高層建筑玻璃幕墻快速拆除更新綜合施工技術*

華裕奇，劉 揚，馬國鑫

(中建三局集團有限公司，北京 102600)

0 引言

從全國范圍來看，目前我國已進入城鎮化進程中后期，城鎮化發展趨緩。據測算，2020—2030年我國城鎮化率每年提升約0.85%，顯著低于過去10年1.27%的年均升速。從重點城市群城鎮化水平來看，珠三角、長三角、京津冀整體城鎮化率已超過國家“十四五”規劃確定的常住人口城鎮化率65%的目標，其中，珠三角城鎮化水平超過80%。主要城市發展模式由大規模增量建設轉為存量提質改造和增量結構調整并重。其中，國家層面要求加快轉變城市發展方式，統籌城市規劃建設管理，實施城市更新行動，推動城市空間結構優化和品質提升。目前，城市更新多圍繞城鎮老舊小區、大城市老舊廠區、大型老舊街區、城中村進行，超高層建筑品質提升項目較少，在此背景下，本文圍繞建筑功能重新定位，對超高層建筑玻璃幕墻快速拆除更新進行研究。

1 工程概況

本工程位于北京市朝陽區東四環路與朝陽路交匯(慈云寺橋)西南角慈云寺1號院內，東臨東四環輔路，北臨朝陽路輔路，西、南側為東區國際小區，以圍墻及小區道路為分隔線。總建筑面積8.8萬m2，地上建筑面積6.5萬m2，共35層，高158m，地下建筑面積2.3萬m2，共3層。

1.1 拆除前幕墻設計概況

本工程外立面幕墻分為單元體式幕墻、框架式幕墻及屋頂塔冠幕墻(見圖1)，現階段塔冠幕墻未施工，單元體式幕墻、框架式幕墻部分施工完成。

圖1 拆除前幕墻分布示意

1)單元體式幕墻

單元體式幕墻由正三角形和倒三角形單元組成，每個三角形單元由7個板塊組成，板塊最大尺寸為4 250mm×2 100mm(長×寬)，重750kg。

2)框架式幕墻

鋁包鋼框架式幕墻系統位于空中大堂外立面，由正三角形和倒三角形單元組成，每個三角形單元由7個板塊組成，板塊最大尺寸為4 250mm×2 100mm(長×寬)，重750kg。

本工程拆除幕墻面積約1.57萬m2，包括7 000m2單元體式幕墻、1 200m2框架式幕墻、5 700m2鋁合金框架、1 300m2裝飾鋁板、500m2巖棉。

1.2 更新后幕墻設計概況

更新后幕墻外立面分為裝配式幕墻、框架式幕墻及屋頂塔冠全玻璃幕墻、內側裝飾格柵，內外立面鋁板幕墻收口，外立面裝飾格柵、少量通風百葉、首層入口門及雨棚、首層坡道及屋面內幕墻等。層間高4.25m，周長192m，樓高158m，幕墻面積約5萬m2。更新后幕墻安裝范圍如表1所示，幕墻完工效果如圖2所示。

表1 更新后幕墻安裝范圍

圖2 幕墻完工效果

2 玻璃幕墻快速拆除更新綜合施工技術

2.1 技術特點

本工程工期緊張，外立面幕墻節點做法多，斜交叉網格主結構單元內三角異形單元體板塊多且零碎，場地周邊緊鄰居民生活區、城市主干道，安全風險突出。為此，采用新技術、新工藝、新設備進行幕墻快速拆除安裝，形成超高層建筑玻璃幕墻快速拆除更新綜合施工技術，該技術具有以下特點。

1)使用定制夾具拆除單元體式幕墻，具有易安裝、可周轉、質量小、造價低的特點。

2)幕墻拆除時采用“卷揚機+吊籃+定制夾具”吊拆體系，使拆改項目現場無塔式起重機、施工電梯等大型垂直運輸機具。

3)由于本工程幕墻主要由三角形單元組成，單元體均為異形板塊，組裝廠加工產量低，因此將原單元體式、框架式幕墻體系調整為裝配式無序安裝幕墻體系，使組裝廠和施工現場分攤安裝工作量，并形成流水作業，縮短加工周期，以有效避免工期延長，使施工組織更合理。

4)幕墻安裝時采用“卷揚機+環軌+電動吸盤+卡鉗式吊籃”安裝體系，最大限度提高工具利用率，安裝速度由200m2/d提升至300～500m2/d，工期效益顯著，質量控制較好。

2.2 單元體式幕墻快速拆除技術

通過使用卷揚機、吊籃、定制夾具等設備，在不使用大型垂直運輸工具的前提下，實現單元體式幕墻的快速拆除。通過在板塊上增加1組吊點，兩側使用纜風繩輔助板塊運輸，確保安全。

2.2.1工藝原理

1)“卷揚機+吊籃+定制夾具”吊拆體系

本工程因未使用塔式起重機等大型起重吊裝設備，為保證幕墻單元體板塊快速順利拆除，特設計“卷揚機+吊籃+定制夾具”吊拆體系，于35層設置4臺起吊量為5t的卷揚機。對于卷揚機的吊裝機構，主挑梁采用前梁200mm×150mm×8mm和后梁150mm×100mm×8mm矩形鋼管，支撐結構前立柱采用140mm×140mm×5mm方形鋼管，支撐結構后立柱采用140mm×140mm×5mm方形鋼管，頂部采用φ14mm鋼絲繩張緊，將各構件組焊成空間機構進行吊裝，各鋼件通過6mm滿焊及螺栓連接。鋼架后端配重≥1t，采用額定荷載5t的卷揚機，后端與立柱相連。吊籃根據具體單元體板塊尺寸進行設計，本工程吊籃長3 130mm，鋼框選用100mm×100mm×6mm方形鋼管，材質為Q235鋼。吊籃上焊接耳板尺寸為120mm×80mm×10mm，中間開φ20mm孔洞，方便鋼絲繩穿過。進行吊籃設計時應對吊籃承載力、剛度、穩定性進行復核，并結合吊裝工況對耳板孔局部承壓、耳板根部焊縫進行驗算。

2)定制夾具設計及技術原理

本工程設計了幕墻單元體板塊快速拆除夾具，板塊頂端設有卡槽，卡槽槽口口沿處設有向下彎折的溝槽部，夾具本體頂部開設用于與起重機掛鉤掛接的吊孔，夾具本體底部外緣處設有向上彎折的掛鉤部，掛鉤部與溝槽部掛接(見圖3)。夾具工作原理如下：首先將2個對稱構件推入單元體式幕墻頂部槽內，構件端部設有向上翹起類似于鉤狀的構造，使夾具與單元體緊密連接；然后通過螺栓將二者固定，夾具間距可根據現場施工單元體板塊具體尺寸及受力要求設置，依據單元體頂部槽寬設置對稱構件的具體尺寸及末端彎鉤的詳細尺寸；最后通過末端彎鉤實現夾具與單元體的連接固定，頂部圓孔用于與垂直運輸設備連接。

圖3 單元體式幕墻快速拆除夾具

2.2.2工藝流程

單元體式幕墻快速拆除工藝流程為：施工準備→確定首件拆除單元→手動倒鏈安裝就位及連接件、插接件切割→夾具安裝、固定→夾具與吊具連接→幕墻玻璃板塊間膠條切割→手動倒鏈慢速提升板塊→卷揚機運輸板塊落地→單元體解體。

2.2.3施工方法及操作要點

1)完成拆除吊裝準備工作，在準備拆除部位上方35層位置架設卷揚機，驗收合格后方可進行單元體板塊拆除。首先對拆除單元所在樓層及上層臨邊拉設鋼絲繩，作為臨邊防護措施；然后將鋼絲繩兩端固定在結構柱上，將工作人員安全帶系掛在鋼絲繩上，臨邊作業小車及工具等均需做好臨邊安全防護，與臨邊鋼絲繩連接固定。

2)進行三角形頂部及中間位置單元體板塊拆除與提升，使用吊籃通過3t吊裝帶或φ14mm吊裝鋼絲繩在三角形主鋼梁與樓板橫向鋼梁交界處(或通過5t工字鋼夾具夾在工字鋼橫梁上)固定3t手動倒鏈或3t電動倒鏈，使用3t U形卡扣連接。單元體三角形尖角部位有2個長條孔，將0.5t吊鉤和1t U形卡扣掛在兩側長條孔部位。使用等離子切割技術將連接件與鋼結構切割，慢慢提升單元體，至單元體與下方插接框脫離5～10cm。此時，將吊籃提至上層停放，緩慢下降三角形單元體至首層存放。

3)進行三角形剩余單元體板塊拆除與提升，使用卷揚機、吊籃配合的施工方法拆除單元體板塊，將φ14mm吊裝鋼絲繩通過3t U形環固定在三角形主鋼梁與樓板橫向鋼梁交界處(或通過5t工字鋼夾具夾在工字鋼橫梁上)進行拆除。通過3t手動倒鏈連接吊裝夾具，將夾具固定在單元體上口公框橫框上。通過手動倒鏈勻速提升單元體板塊，提升5～10cm后，轉換到卷揚機吊裝掛鉤上。單元體與卷揚機掛鉤通過夾具和吊具連接，為保證吊裝安全，采取二次保護措施，利用φ14mm鋼絲繩與單元體掛鉤相連。起吊前需將吊籃提升至拆除單元體的上層停留，單元體拆除時通過撬棍撬動插芯，敲擊至水槽內，錯開2塊單元體連接部位，以避免吊裝時帶起側面單元體板塊，發生墜落。

4)吊裝夾具固定牢固后松開單元體式幕墻連接件頂絲，拆除的螺栓通過專用鐵桶存放。手動倒鏈勻速提升單元體板塊，單元體掛件脫離幕墻連接件后，為保證單元體垂直運輸的安全性，采取二次保護措施，將備好的鋼絲繩固定在單元體掛件掛鉤上，然后進行單元體板塊垂直運輸。

5)單元體板塊垂直運輸前，在單元體兩側掛鉤處綁扎纜風繩，安排2名專業人員通過纜風繩控制板塊運輸穩定性，避免板塊在垂直運輸過程中旋轉。將卷揚機吊鉤固定在連接夾具的鋼絲繩上，利用手動倒鏈勻速下降單元體板塊，在手動倒鏈鏈條所受荷載為零的狀態下取下掛鉤，此時控制卷揚機勻速下降，將單元體板塊通過卷揚機垂直運輸至地面。在現場指定的拆解區進行二次拆解，并將拆除后的材料分類辦理退場手續。

6)首先進行玻璃拆除工作，單元體板塊玻璃與型材通過結構膠進行固定，其他框架采用螺栓連接固定，使用美工刀割膠取下玻璃，分別對螺栓進行拆除解體，完成玻璃單元體拆解工作。

7)幕墻拆除完成后，對原有臨邊防護進行修復。

8)進行單元體和框架拆除時，正下方須設置警戒區域，并由看護人員監督。

2.3 裝配式幕墻快速安裝技術

采用裝配式幕墻快速安裝技術時，需依托裝配式幕墻體系設計、無序快速安裝施工工藝及“卷揚機+環軌+電動吸盤+卡鉗式吊籃”安裝體系，實現快速安裝更新，保證工期。

2.3.1工藝原理

1)無序安裝技術

裝配式幕墻無序安裝技術原理為：保持原有板塊劃分，僅進行微調，并在工廠組裝成梯形板塊和三角形板塊，剩余部分板塊采用現場安裝的方式，玻璃全部現場安裝。將1個三角形大板塊劃分為5個小板塊+現場安裝部分，現場按照板塊編號吊裝安裝，一方面可保證組裝質量，解決了異形單元體板塊零散放樣難度大的問題，另一方面可使現場實現多點施工，充分利用工作面，加快施工速度。

2)鋁龍骨體系

依據施工圖紙，裝配式幕墻以三角形為單位分布，以滿足外飾板塊效果尺寸。每個三角形板塊面積約46m2，重644kg。考慮實際情況，安裝框架龍骨時，可先將裝配式桁架單獨吊裝完成后，再進行剩余豎、橫框安裝。也可在首層同時拼裝裝配式桁架及剩余框料，再吊裝至安裝樓層。

3)玻璃面板體系

正三角形節點玻璃在三角形中軸偏位分格，并在上下層間樓板部位和可視部位劃分玻璃分格，每個三角形面板設置5層玻璃，層間樓板部位玻璃分格長1.5m，高1.25m，層間可視部位玻璃分格長1.5m，高3m。倒三角形節點玻璃在三角形中間分格，并在上下層間樓板部位和可視部位劃分玻璃分格，每個三角形面板設置5層玻璃，層間樓板部位玻璃分格長1.5m，高1.25m，層間可視部位玻璃分格長1.5m，高3m。

4)橫向龍骨銷軸體系

本工程采用“銷軸+前端固定限位角片”體系安裝橫向龍骨，可加快安裝速度。

2.3.2工藝流程

裝配式幕墻快速安裝工藝流程為：測量、定位→后補埋件施工→桁架板塊和龍骨安裝→框架調整→層間封修→連接件施工→玻璃幕墻板塊安裝→膠縫填充→鋁合金外飾扣板安裝→打膠、修膠→清理。

2.3.3施工方法及操作要點

1)測量、定位

建立水準測量控制點和平面控制網，復核現有結構尺寸偏差、后補埋件偏差、建筑高差及建筑沉降差，采取有效措施，以滿足設計偏差要求。

2)后補埋件施工

埋件與結構連接須牢固平整，在結構不平整位置進行剔鑿處理，平整度需滿足安裝要求，埋件施工位置需與深化圖紙對應，藥劑、脹栓錨固深度需滿足設計要求，藥劑、脹栓錨固時不允許破壞結構。

3)桁架板塊和龍骨安裝

使用叉車將板塊運送至吊運點位，通知板塊吊機卷揚機操作人員將吊鉤放下，板塊通過3t吊裝帶和3t綁扎帶固定，玻璃通過800kg 4爪電動吸盤和3t綁扎帶固定，使用5t U形卡扣與軌道吊機掛鉤相連，軌道吊鉤上吊掛3t手動葫蘆，便于微調。使用卷揚機吊機將板塊運輸至安裝樓層后，通過屋面軌道吊機在安裝樓層進行換鉤轉換，轉換完成后，通過軌道水平移至安裝點位進行安裝。板塊下行至掛點與連接件相對高度為200mm時，命令板塊停止下行，安裝點位的吊籃操作人員和樓層內安裝人員共同將板塊移至安裝位置，卸除防護纜風繩，安裝板塊桁架，并使用吊籃與樓層內安裝人員配合安裝豎框，豎框通過連接件與埋板連接，最后安裝橫框，橫框通過銷軸及前端角片固定。

4)框架調整

根據穩定的標高基準點，利用水準儀進行復測，旋轉高度調節螺栓，對重新安裝的幕墻框架進行調整，使其達到設計標高。查看現場框架安裝質量是否滿足幕墻安裝施工驗收規范要求，如不滿足要求，通過調整幕墻螺栓等進行微調，裝配式框架調整完成后進行固定焊接。

5)層間封修

需根據設計要求的尺寸進行防火巖棉加工，并將其安裝于層間背襯鋼板內，不得在雨、雪天氣下施工，且施工完成后應及時用鋼板封閉，防止巖棉受潮。

6)連接件施工

連接件定位后需通過點焊進行臨時固定，在連接件與埋板連接處兩側各點焊2，3處，確保連接件焊接牢固。

7)玻璃幕墻板塊安裝

使用800kg 4爪電動吸盤吊裝玻璃，并使用3t綁扎帶進行二次捆綁，防止因吸盤失效發生墜落，使用臨時壓板固定。

8)膠縫填充

在膠縫兩側玻璃、型材上粘貼30mm寬保護膠帶，防止密封膠污染玻璃和型材，影響視覺效果。使用易揮發的清潔劑擦拭硅酮密封膠表面灰塵，防止密封膠因粘貼不牢出現滲漏。

9)鋁合金外飾扣板安裝

鋁合金外飾扣板一端插接在已安裝完成的鋁板副框上，板縫調整完成后通過機制螺絲釘將扣板另一端定距壓緊在橫、豎框上。

10)打膠、修膠

在膠縫兩側型材、鋁板上粘貼30mm寬保護膠帶，然后注膠，密封膠表面使用刮板修整至光滑、平整、均勻。

11)清理

對玻璃幕墻進行清洗，確保玻璃整潔，同時撕掉保護膜。

3 施工效果分析

采用“卷揚機+吊籃+定制夾具”吊拆體系及“卷揚機+環軌+電動吸盤+卡鉗式吊籃”安裝體系，用時45d完成2.4萬m2玻璃幕墻拆除，在最大限度上提高了卷揚機吊運效率，將安裝速度提高至300～500m2/d，節省3～5個月工期，施工質量控制良好。將原幕墻體系改為裝配式幕墻無序安裝體系，解決單元體須按層依次施工的問題，實現了作業面充分利用。

4 結語

當前，城市更新已成為建筑市場新的發展導向，傳統老舊小區改造以多層、高層住宅建筑外墻面保溫涂料更新為主。本工程圍繞158m超高層建筑外立面玻璃幕墻改造更新，解決了超高層建筑垂直運輸距離長、耗時長的問題，提出“卷揚機+吊籃+定制夾具”吊拆體系及“卷揚機+環軌+電動吸盤+卡鉗式吊籃”安裝體系，對幕墻快速拆除、幕墻拆除配套夾具、裝配式幕墻無序安裝等進行介紹，形成超高層建筑玻璃幕墻快速拆除更新綜合施工技術。