雙曲面幕墻的多段弧形梁施工技術研究

唐林波 李志強 李平均 黃進飛 李志黎

多段弧形梁是雙曲面幕墻的主要支撐結構，其施工技術和質量會直接影響整個幕墻的穩定性和安全性。屋面設計中使用雙曲面多段弧形梁，是一種新型施工工藝，施工難度較大[1]。由于對加工過程的精確控制，無法達到一次成形的效果，往往需要進行多次返修，從而導致材料浪費、成本增加、時間延誤。所以，采用新工藝提高工程質量，實現“創新、創優、創效益”，具有重要的意義。

1 工程概況

成都市蒲江縣國家現代農業產業園冷鏈物流基地建設項目-倉儲物流農產品交易平臺大樓外立面采用豎明橫隱玻璃幕墻系統，形狀復雜，為雙曲面形狀幕墻，高度為32 m，玻璃幕墻整體面積約6000 m2，主要采用透明中空鋼化玻璃與彩釉夾膠鋼化玻璃，具有重量輕、防水性能好、采光與富有科技效果等特點，效果圖如圖1 所示。幕墻鋼結構安裝基于主體結構的多段弧形梁，梁結構形狀偏差與質量對幕墻安裝效果有極大的影響。

圖1 數字水果交易中心效果圖（ 來源：成都市蒲江縣國家現代農業產業園冷鏈物流基地建設項目資料）

2 工程重難點

2.1 技術難度大

倉儲物流農產品交易平臺大樓多段弧形梁上下共4 層，設置在框架結構外圈，戶型寬度為45～55 m，存在多種圓形、橢圓及雙曲線形狀，且各形狀半徑或焦點尺寸不一致，同時具有高低差大、坡度陡、拐點多等特點。各階段的施工工藝存在一定的聯系，但具有不同的結構特征，對施工過程的質量管理也提出了不同要求。平臺大樓立面圖如圖2 所示。

圖2 產品交易平臺大樓立面圖（ 來源：成都市蒲江縣國家現代農業產業園冷鏈物流基地建設項目資料）

2.2 安全要求高

建筑外形多變，弧形梁懸挑出主體結構，幕墻鋼結構龍骨形狀復雜，受雙曲面幕墻形狀影響，其支撐結構與操作平臺搭設在安裝過程需要多次搭拆，加上夏季高溫天氣，因此在保證施工品質的前提下，必須加強施工的安全管理。

3 雙曲面幕墻連接安裝技術

農產品交易平臺的幕墻主要由3部分組成，分別為雙曲面彩釉夾膠玻璃、單曲面高透光玻璃、屋面平面高透光采光頂。

3.1 重難點分析

項目施工難點如下：第1，由于雙曲面形狀不規則，需要分別建立模型并進行組合，對各節點的定位精度提出較高的要求。第2，彎曲板的圓弧是一種漸進多變的曲線，其彎曲量大，對聯接設備的空間調節能力提出很高的要求[2]。

3.2 方案設計

采用由檁條、矩形鋼管組成的支承體系，再用鋁合金掛件將鋁片懸掛。這種連接方法能滿足對節點的多維可調節需求，且采用與單體板一樣的掛接方法，施工方便，能節約工期[3]。但部分雨水會滲透到裝飾面板的下方，因此在鋁面板的下方，使用了一層由熱塑性的聚合物防水卷材構成的防水層。雙曲線幕墻的主骨架用圓鋼管，不用方管，因為圓管的拉彎加工相對容易，可減少開模數量，且在完成管材拉伸后，依附于圓管的鋁材連接裝置安裝方便，提高了安裝效率。節桿、旋轉軸和鎖定機構組成，底座采用鋁合金材料，具有輕便、強度高、耐腐蝕等優點。調節桿采用螺紋桿結構，可以方便地調節長度和位置，旋轉軸可以實現水平旋轉和垂直旋轉，滿足不同角度的調整需求。鎖定機構采用螺紋旋鈕和插銷組合的方式，可以方便地鎖定和解鎖，保證連接裝置的穩定性和可靠性。

在施工過程中，需要根據設計要求將鋁合金龍骨安裝到指定位置，將三維可調的連接裝置固定在龍骨上，作為鋁板掛接的支座。最后，使用鎖定結構鎖定連接裝置，確保鋁板的穩定性和安全性。使用三維可調的連接裝置作為鋁板掛接的支座，可以實現鋁板的精確調整，提高施工質量和美觀度。

3.3 安裝過程

3.3.1 使用三維可調的連接裝置作為鋁板掛接的支座

三維可調的連接裝置由底座、調

3.3.2 裝配式單元板塊

由于受到裝配精度的限制，不能保障雙曲線板的光滑程度，所以參考傳統單體幕墻，采用了雙曲面鋁的皮膚網格，然后將其單體化，這樣就可以方便地在工廠中進行加工和裝配，并將其整體運送到工地[4]。

將已完工的幕墻面板和主要的鋼模進行組合，以確保已完工的面板表面有足夠的空間。根據鋼構布局設計要求，對玻璃幕墻的骨架進行計算和調整，將建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）建模元件的數據導入模具，實現對材料的處理。接下來是一系列材料的使用，如鋁合金掛件、插接件、不銹鋼六角頭螺栓、加強筋、鋁板、有機硅結構密封膠、雙面膠貼、M6 螺樁焊以及3 mm 厚的雙曲鋁合金板，這些材料被組裝成一個小型單位，組合好的小型鋁片被運送到工地。其中，鋁片單位片墜子應安裝在鋁合金插片上，需使用M5 mm×30 mm 不銹限制螺絲以及M5 mm×30 mm 不銹機器螺絲進行安裝固定。

4 弧形梁施工控制技術

4.1 施工準備

在工程開始之前，項目部已經安排相關人員認真研究圖紙，理解設計的目的和要求，并做好圖紙審核工作。根據工程的實際情況，對項目的相關操作進行仔細研究，制訂了屋面大跨度弧形梁模板專項施工方案。經過企業技術主管和總監理工程師審核后，組織實施工作。技術主管對現場管理人員和組長進行了詳細的技術交底，并針對關鍵部位進行了個別說明，同時還制作了標準的工序流程圖。

4.2 模板施工

4.2.1 應用CAD及BIM技術輔助模板及支撐高精度放樣

在計算機輔助診斷（Computer Aided Diagnosis，CAD）中，采用矢高的方法對其進行快速的造型和分解，并依據弧線、弧長等參數，對每一控制點的標高、弧長進行分割，并繪制這些控制點的間距、標高等信息內容，將其與建筑工地的實際建設情況結合起來。

4.2.2 模板、支撐選型以及支撐搭設要求

搭建要求如下：第1，采用具有良好塑性的竹材板材作為模板支承。第2，依據CAD 分解后的資料，參照高支模設計中立柱的位置，確定立柱的排置點。在施工過程中，在架子施工層面上進行放樣，確定控制點，逐漸減小控制點之間的距離，并放入圓弧[5]。利用全站儀在弧面上的任意一個點進行“前方交匯”檢查和校正，然后將引線移到操作層模板上。

4.3 鋼筋加工、安裝

利用BIM 建模技術對曲線梁的縱筋進行定位，并使用折彎機確保縱筋的位置準確，使保護層均勻分布。在鋪設鋼筋時，必須嚴格按照設計和工程驗收規程進行操作。便于施工人員在屋頂進行混凝土澆筑和屋面防水工作，需要將鋼筋固定在梁脊上，并在梁脊上設置一個比梁脊高的加強筋彎曲鉤，通常設置約20 m 的間隔[6]。

4.4 混凝土澆筑

在進行砼灌注之前，必須配備足夠的人力、機械設備，以確保混凝土的灌注質量。項目部對模板、鋼筋、保護層、預埋件等的規格、尺寸、數量、位置進行全面驗收，驗收合格后才能開始澆筑。

項目使用的混凝土采用普通的商品混凝土，采用塔式起重機運送到混凝土澆筑點。因為曲線梁的彎曲程度很大，所以在施工過程中，要對混凝土進行合理配比，合理控制混凝土的水膠比、坍落度等。在澆筑過程中，塌落度宜控制在120 ～150 mm，這樣可以防止因重力引起的水流和下沉，從而確保混凝土的施工質量。曲線梁混凝土按照檢測批次從高處向下，以300 mm 為宜，采用整層澆筑，并適時振搗。

采用30 ～50 mm 的插棒器，插針要快速拔出，插針要按照“梅花”形排列，并按照灌注次序依次進行，不能缺針。每隔40 cm 用30 mm 振動桿進行振搗，每隔約40 cm 振搗1 次。在第1 次振搗過程中，澆筑5 cm 厚的水泥砂漿，以減少兩次澆筑之間的裂縫。混凝土表層出現浮灰時，是振搗的最佳時機。

在澆注混凝土時，各拱梁應一次澆注完畢，其間不能留下任何冷接縫。為防止由于自身重量及收縮引起的開裂，在混凝土收水初凝之前，應先用木抹抹平2 遍。

4.5 施工質量管理措施

4.5.1 建立完善的弧形梁施工控制工藝技法

為確保弧形梁施工順利進行，需要制訂詳細的施工方案，包括弧形梁的放樣、定位、加工等方面的工藝流程，為后續施工提供指導和依據。弧形梁的形狀和位置精度要求較高，因此需要在施工前進行精確的測量和定位。

采用先進的測量設備和技術手段，對施工現場進行測繪和放樣，確保弧形梁的位置和形狀符合設計要求。根據施工方案中的工藝流程，對弧形梁加工和制作。在加工過程中，要嚴格控制材料的選用、加工設備的精度和操作規程，確保加工出的弧形梁符合設計要求。

4.5.2 實施嚴格的質量監控措施

梁模具的質量會直接影響弧形梁的形狀和尺寸，在模具制作過程中，要嚴格控制模具的設計和加工精度，確保模具符合設計要求。鋼筋是構成弧形梁的重要組成部分，在鋼筋加工過程中，要嚴格控制鋼筋的規格、加工設備的精度和操作規程，確保鋼筋加工質量和安裝位置的準確性。澆筑施工是形成弧形梁的關鍵環節，在澆筑過程中，要嚴格控制混凝土的配合比、澆筑速度和振搗方式，以確保混凝土的澆筑質量和密實度。每個施工環節結束之后，都要進行嚴格的質量檢測，采用先進的檢測設備和技術手段，對弧形梁的尺寸、彎曲度、保溫層等各項指標進行檢測，確保符合設計要求。

4.5.3 實行全程記錄和追蹤

為確保施工質量的可追溯性，需要建立完整的施工檔案，記錄每個施工階段的關鍵參數、施工數據和質量檢測結果，為后續的質量控制提供依據。在施工過程中，要對每個環節進行實時記錄，包括施工人員的操作情況、施工材料的質量狀況、施工設備的運行情況等。在發現施工質量問題時，要及時進行修正，根據記錄的施工數據和質量檢測結果，找出問題所在并進行針對性修正，確保施工質量符合要求。

5 結語

本文對雙曲面幕墻的多段弧形梁施工技術進行了深入探討和研究，旨在分析其中工法為現代建筑領域的相關內容提供一定借鑒，但仍有一些挑戰需要克服。未來，可以進一步完善施工工藝和管理模式，結合先進的技術手段，探索更高效、更精準的施工方法，為雙曲面幕墻建筑的發展提供更多創新思路和解決方案。