大扭转双向曲面玻璃幕墙设计与施工

大扭转双向曲面玻璃幕墙设计与施工

李娜

深圳市建星项目管理顾问有限公司

摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，基于某项目，介绍了构件单元组合式幕墙系统设计与施工技术的主要内容。由于某项目的建筑幕墙立面采用麻花形的扭曲收腰式构造，为幕墙的建造带来了很多有别于常规幕墙的挑战;基于构件单元组合式幕墙系统，应用基本单元板块间打胶连接和分体组合式横梁，解决双向曲面玻璃幕墙的造型扭转、竖向连接定位和防水难题;利用BIM技术、三维扫描和可伸缩调节双轨挑架，提高了施工精度、缩短了建造周期、节约了安装成本，可以为类似幕墙工程的建造提供参考。

关键词：扭转玻璃幕墙;构件单元组合系统;分体组合式横梁;双轨挑架系统

引言

玻璃以其很强的可塑性与虚无缥缈的气质而被誉为“物质的第四种形态”。它以不同的组合万式运用于建筑之中，富有张力地演绎着建筑的时代特色，获得众多建筑师的垂青。在时代技术、又化观念、审美艺术的冲击之下造就了班璃幕墙，其特有的透明性消解丁建筑在时问与至问上的距离，虚与实的交替、精神与物质层面的更迭使得玻璃幕墙具有无限的可能性，成为玻璃材料在建筑中的王要应用万式。纵观玻璃幕墙这一百多立的历史，从其生命伊始的“水晶宫”到如今随处可见的玻璃幕墙建筑，无一不昭示其强大的生命力。

1工程概况

案例工程位于某区，该工程幕墙面积约8×104m2，总建筑面积14.7×104m2。本文所介绍的双曲面玻璃幕墙便位于该楼内庭院的东入口，建筑高度24m，双曲面幕墙最大净空高度13m，跨度16m。该入口幕墙采用了单曲面玻璃705块、双曲面玻璃283块，安装方式为竖隐横明玻璃幕墙和半隐框玻璃顶，造型新颖大气，完美表达出了“太湖石”的设计概念。

2大扭转双向曲面玻璃幕墙设计与施工

2.1幕墙方案的选择

传统的幕墙分为构件式和单元式。构件式幕墙最大的优势在于其造型多样、散件拼装，但同时其安装工艺繁杂、工序较多，在异形结构中，构件式幕墙板块较为零散，每块板尺寸各异，安装难度较大、安全风险大、质量难以把控、材料使用率低;对于常规的平面玻璃幕墙来讲，单元式幕墙能够通过工厂内流水化加工成单元板块，现场挂接安装，大幅度提升了幕墙加工安装的效率、降低了安全风险;但对于非平面幕墙，其最大的不足之处在于造型困难，难以实现设计效果。重庆仙桃数据谷项目的幕墙为大扭转的双向曲面玻璃幕墙，在实现设计效果的前提下，如何提升施工效率、降低作业安全风险至关重要，经过团队的科研攻关，最终将构件式和单元式幕墙的优势集于一体，完美呈现了双向扭转的小蛮腰造型。目前实现外玻璃幕墙扭曲的三种组合式方法包括空间框、冷弯法和平面框。空间框单元板块平面外的第四个点与板块另三个点不共面，进而实现外立面的整体扭转效果，面板材料为平面，但相邻面板之间相互错开一定夹角，为鱼鳞状排步。但是由于平面外的第四个点与板块另个三点不共面，加工难度较大;排水设计可能导致单元横框加大;左右玻璃不在一条等温线上，保温性能略有降低。冷弯法的单元板块在工厂组装成平板，现场带应力安装，强制性实现板块的变形，进而实现外立面的整体扭转效果，由于冷弯是通过外力强制性实现板块的变形，幕墙杆件及板材长期处于扭转应力状态下，幕墙易发生自爆;而且适用范围较小，仅适用于空间扭转较小的设计，根据相关经验，原则上平面外的第四个点与板块另三个点确定的平面的垂直距离不大于20mm。平面框单元板块中单元板的框四点共面，板块相互错开如鱼鳞状排布，形成独立单元，和普通单元体做法一致，受力更合理。集合构件式幕墙和单元式幕墙的优势，形成一种新的复合型幕墙施工体系“构件单元组合式”幕墙。这种幕墙结构体系的龙骨、面板以及相关构件在加工厂加工成单元板块，单元板块按照单元体的安装方式，在现场吊装，即为单元式幕墙做法。幕墙的竖龙骨自由错位，形成扭曲状，两板块之间打密封胶，密封胶打完后，单元体上的装饰线条在现场做扭曲安装，即为构件式幕墙做法。通过单元板块之间打胶连接和扭转组合安装实现幕墙整体“收腰扭转”造型，既具备单元体幕墙的整体特性又具备构件式幕墙的线条造型。建筑扭曲产生的翘曲值通过对单元体竖框的角度切割和组合式横梁进行消化，平面玻璃面板与竖框的完美组合，实现了“鱼鳞扭转”，高效、高质量地保证了扭转哑铃型建筑的外立面效果。

2.2安装过程的测量

拼装支撑主钢管时需在场地内及时设置三维控制点与水平定位点。作为后续测量定位的起算依据。支撑主钢管的现场拼装过程中需要及时测量胎架的定位尺寸，焊接部位的三维形状，构件在水平方向与垂直方向的投影尺寸，及构件最终完成后的检验复测。伴随着节点吊装安装工作的进行，现场所用临时支撑持续加荷，受刚度、挠度及地面沉降所影响，变形逐渐加大，有可能对安装定位精度产生较大影响。现场不间断对临时支撑沉降、挠度变形进行监测，发现变形、位移超过允许值及时进行调整。现场采用可靠的测量平台，双曲面玻璃的定位以坐标控制为主，同时采用与支撑主钢管间距离控制为辅。坐标控制点设置在玻璃面板四角，以油性涂料作出明显标记。施工中在控制点处直接放置棱片定位，结合设计深化过程中所得到的玻璃面板三维控制数据，精确进行玻璃板三维定位。

2.3拉索结构的安装

①竖横向拉索、连接端安装按照先大面后转角的顺序利用电动卷扬机将拉索牵引到安装位置，牵引时绑扎点应保证锚具端部有一定的自由摆动量，上端固定于耳板上，下端固定于主体钢结构上。通过调紧索头进行轻微张拉，达到预紧要求，并及时调整拉索在悬空中的位置。安装过程中严格检查每根拉索的扭转和连接情况，防止拉索与节点扭转变形连接。②拉索预紧、初拉目测观察各组件基本对位后，对拉索进行预紧，预紧过程中拉杆连接组件应处于自由活动状态下，全部就位后对拉索进行初拉。③拉索张拉张拉的顺序:先中间竖索进行张拉，再对已张拉完毕的竖索两侧的竖索进行张拉，依次向左右两侧进行张拉。竖索的张拉方法:采用特制牵引工装与拉索端张拉锚具可靠连接，用液压穿芯式千斤顶牵引拉索，应力达到设计要求后调整拉索可调索头间距，将索头固定于下端固定耳板上。保证连接件连接可靠，如有角度或尺寸偏差应采取必要的措施调整。张拉完成设计应力后停止工作，待24h后拧紧结构梁上的连接件组件。横索的张拉:将不锈钢索和索夹固定于结构柱耳板上。横索、调节锚固索头作为一整体进行张拉。张拉时利用同位器对千斤顶群均匀施压。拉索初拉后24h以上，对索网结构进行复核检查。

结语

本文集合构件式幕墙和单元式幕墙的优势，提出“构件单元组合式”幕墙系统。该幕墙系统通过幕墙基本单元板块之间打胶连接和分体组合式横梁解决双向曲面幕墙的造型扭转、竖向连接定位和防水难题。这种幕墙系统既具备单元式幕墙的整体特性又具备构件式幕墙的线条造型，是一种新型的复合型幕墙施工体系。基于该体系施工中应用的BIM技术、三维扫描和可伸缩调节双轨挑架系统，极大程度地满足了该幕墙系统的施工需求，取得了良好的施工效果、提高了施工效率。目前该系统及施工技术集成在重庆仙桃数据谷项目运用并取得了较好的经济效益和社会影响力，该系统和技术集成可以进一步推广到各种异形扭曲建筑幕墙系统施工之中。

参考文献

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［2］廖昉，马悦，梁涛．某体形扭转的高层结构设计［J］．重庆建筑，2019，18(2):56-60．

［3］李世钧．建筑幕墙的施工工艺和质量控制［J］．上海建设科技，2008(3):35-37．