不规则幕墙施工技术分析

刘斌

【摘 要】近些年来，随着经济的不断发展，对城市建筑的功能、美观、区域标识作用等要求越来越高，超高层建筑和异形建筑不断增多，与这类建筑物相配套的不规则幕墙施工技术也到了普遍应用和发展。在不规则幕墙施工中，测量定位的精确、单元块结合建筑外形de 深化设计、型材的防水构造和选型、幕墙体系的防水构造和工艺质量管控等是需重点考虑的技术要点和管理重心。本文主要介绍上述不规则幕墙施工的技术要点，并结合了工程实例仔细地分析其管控要点，提供了比较详细的不规则幕墙施工和管控的参考方案。

【关键词】不规则幕墙；单元块深化设计；防水构造和选型；施工技术要点；管控要点

前言

超高层建筑和异形建筑的发展催生了呼吸式幕墙、复合构造幕墙、景观幕墙等新型功能幕墙。“不规则”的外形造型似乎是一种潮流，引领了近年来标识性建筑的发展方向。

这股潮流对幕墙施工技术提出了跨越式要求，也为幕墙的外部造型提供了广阔的创意空间。圆形、六角形、八角形、凹凸形的单元块已经司空见惯，模仿梅花鹿、斑马、鳄鱼等皮肤的仿生幕墙外形设计也相继出现。针对这种技术发展形势和要求，本文就几种近年来主要实施的不规则幕墙施工技术进行分析。

一、不规则幕墙施工技术现状

不规则幕墙技术是基于幕墙施工技术上的一种技术种类，我国很多大型建筑物，一般多为公共建筑（例如剧场、购物广场、以及一些娱乐休闲综合广场等），这些建筑一般会采用用不规则幕墙施工技术，此项技术的最大特点就是造型美观、时尚个性、能够充分彰显出一个城市的经济发展水平、人们的审美品质。在世界各地，很多城市的标志性建筑都采用了这项施工技术。例如：我国的上海中心（图1），Gensler建筑设计事务所（图2）以及西班牙的毕爾巴鄂古根海姆博物馆（图3），它们的外形都十分独特，让人过目难忘，非常具有时代特点以及艺术气息。

图1 上海中心 图2 Gensler建筑设计事务所

图3西班牙的毕尔巴鄂古根海姆博物馆 图4某酒店

其中，上海中心采用直立阶梯式双层幕墙系统，具有高、柔、扭、偏、空五大特点，率先采用了整体建模和亢余度设计。扭转、剪切和轴向力共同作用下玻璃幕墙支撑构件的校核，温度作用和抗震设计性能都突破了中国现行规范。内层玻璃幕墙沿标准层楼板外围布置呈垂直的圆筒形，外层幕墙平面投影近似为尖角削圆的等边三角形，三角形幕墙从建筑底部扭转直到顶部，每层扭转约1?左右，总扭转角为120?。幕墙的平面形式为轴对称圆形，采用了多个圆心，平面曲线可划分为138个相等模数组成的截面，通过从竖向控制这些细分截面角度、从横向控制平面的基准半径、基准点来拟合曲线的形状。支撑结构是每层设置的水平周边圈梁，通过25组双吊杆悬挂于每层设备层的主结构上。

二、结合案例对不规则幕墙技术进行分析

2.1.该项目幕墙施工特点

某酒店大楼地上28层，裙房地上6层，地下2层，总的建筑面积有54000平方米，建筑物的总高度为99.6米。垂直面的玻璃幕墙施工总面积大概有38000平方米，单元式幕墙的施工总面积大约为11000平方米，拼装式幕墙施工面积大约为18500平方米。本工程建筑的墙面的几何形状非常的复杂，主要表现在以下几个方面：东西端的墙面呈现圆弧形状，幕墙施工难度特别大；本工程的裙房也很复杂，存在很多的圆弧阶台阶造型；从地上1层到地上6层都是不规则的幕墙，4层到6层的南面呈现半弧形；裙房的顶部是一个玻璃天棚，主要是由20个不同的集合面相交而成的，裙房局部墙面倾斜。

2.2.针对该不规则幕墙项目的具体施工技术

（1）施工放样

首先，在一楼设置好整个大楼幕墙施工的平面控制点，并且由一层向其他楼层投设，从而确定其他楼层的平面控制点。除此之外，还应在楼层的周边设置多条引伸线，从而更好地控制处置面的尺寸。由于顶层是斜面尺寸变化较大，因此必须在顶层重新设置控制平面线。布置好控制线之后，将其显示在楼层上面并以此作为角码的安装依据。在两个立面的相交之处拉上钢丝线，钢丝线要拉直，以便对幕墙施工的位置进行定位。整栋大楼的幕墙施工的核心就是钢丝线的设置，只有将钢丝线准确无误地设置好了，才能保证幕墙施工的质量。因此，在设置完钢丝线之后，要反复检查确保无误之后才能进行下道施工工序。

（2）单元板块的防水构造技术

单元幕墙的防水结构设计原理的核心是雨幕压力平衡原理。雨幕原理指雨水对幕墙的渗透如何被阻止的原理。如何将雨幕原理较好地应用到单元幕墙中，从系统设计中处理好这些自由缝，是解决单元幕墙防水的关键。由于缝隙腔内外的气压差是雨水渗漏的主要动力，因此要求缝隙空腔内的气压与室外气压相等，以防止内外空气压力差将雨水压入腔内。本项目的单元式幕墙单元板块是在厂房里制作、组装完成的，能在现场直接安装到建筑主体结构上。单元板块在上下左右以及单元板块“十字”接口处均进行密封处理。

（3）幕墙体系的防水构造

不规则幕墙的施工非常困难，其防水构造也是非常复杂，本工程中选择了多套型材的模具。很多型材之间的尺寸差别非常小，因此在拼装的时候很难选择辨识度非常低。型材的加工很复杂很多，无法经一次切割而达到要求，必须进行多次切割。除此之外型材的加工图还是以三维制图的形式完成增加了辨认的难度。

（4）幕墙体系的安装技术

由于单元板的拼装工作量很大，而且很占场地。为了保证单元板的拼装质量和进度，一定要保证模具的数量和种类，本项目组建多个队伍进行同时拼装，各管理人员以及技术人员到拼装现场进行技术指导。本工程中安装单元板之前检查型材的尺寸与外观质量是否符合要求，控制型材的安装累计误差在规定的范围之内。在安装槽内进行密封胶注入之前，先调整好开孔机的孔位，胶缝用专用清洁剂清洗干净，并且要在胶缝两变贴上保护带，然后把泡沫条缓缓地注入胶缝并填入密封胶，最后拧紧固定挂件的螺栓，否则注胶的时候就会沾到石材上去。值得一提的是，以上操作要避开下雨和高温天气，否则胶缝就会粗细不一致影响美观。

（5）天棚钢结构幕墙施工技术

虽然天棚钢结构的幕墙面积不算很大，但是它的形状非常的复杂，主要是由二十个斜面相交而成的。在本工程中，为了保证施工的质量，首先用计算机绘出了天顶棚的三维立体图，并测量出其中每个交点的准确三维坐标，然后在天顶棚的每个交点上使用角钢作为其支架，并将各交点的三维坐标写在其对应的角钢上，最后拉钢丝线将各个平面的相交线体现出来。除了以上提到的环节之外，天顶棚的幕墙施工与规则幕墙施工工序大致相同。具体的施工过程如下：测量放线、四周钢结构边梁安装、斜面支座安装、主梁施工、次梁安装、玻璃支架安装、玻璃放样、玻璃抓件安装、玻璃安装、注胶以及板面清洁。

（6）裙房的幕墙施工技术

本工程中的裙房幕墙的施工难点在于对倾斜面、折线以及圆弧的幕墙进行测量定位。与天棚幕墙施工相似，首先用计算机绘出了裙房的三维立体图并利用相关的仪器测量出立体图中交点的三维坐标，其他的施工步骤与规则幕墙相似。在对圆弧段进行幕墙施工时，每一根龙骨的安装都要定位。

三、不规则幕墙施工技术的管控要点

3.1不规则幕墙深化设计的管控要点

（1）不规则幕墙在设计上必须要考虑到幕墙风压变形性能、幕墙雨水渗漏性能、幕墙空气渗透性能、幕墙平面变形性能等多项指标，确认设计及材料选择的正确性和幕墙设计功能是否符合实际情况。材料选择上可以适当进行新材料尝试，大力发展绿色建筑。在确保玻璃幕墙工程的结构安全和重要使用功能前提下，把科学环保放到首位。同时要做好材料以及安装的精度控制、刚度控制。具体深化设计管控要点如下：

1）防水构造设计——为防止雨水在水压的作用或游离状态下流入室内，幕墙单元块的型材断面构造设计至关重要，型材断面构造所形成的通气道既要有足够的通气空间，也要通过凸起、弯折等构造阻断雨水的渗入。若型材是曲面的不规则幕墙，设计时应考虑确保型材的防水构造一致性。近年来，在石材幕墙体系中，出现在内层采用镀锌板设置整体防水层的方案。

2）减少约束的措施——过于狭窄的单元块或玻璃块约束点，可能会导致玻璃温度应力收到约束而产生自爆开裂（如汕头某海滨度假村、海口美兰机场候机大楼3000㎡ 采光顶玻璃 ）。对于不规则幕墻，可采取组合单元或归零取整的方案进行受力设计。应避免外墙板之间的间隙过小，避免使外墙板因受气温影响而发生膨胀。幕墙与主体结构之间避免采用刚性连接（如焊接）。

3）玻璃设计——玻璃幕墙的玻璃必须采用安全玻璃，热反射玻璃的镀膜面应朝室内，中空玻璃镀膜应在第二面上。中空玻璃的里外玻璃强度不应相差太大（如珠海某宾馆安装的采光玻璃）；非钢化玻璃面积不应太大，强度不应太低；玻璃边缘应磨边；玻璃下方胶垫不应太薄。对于热弯玻璃，应明确弧长偏差、高度偏差、扭曲偏差及吻合度偏差。呼吸式幕墙可采用吸热玻璃，加工时加入铁、硒、钴等元素或氧化物，可使玻璃变成灰、绿、茶等颜色，可吸收30～40%太阳热量。

4）防雷设计——幕墙必须设置防雷体系，与主体结构防雷系统连接牢靠。不规则幕墙的防雷设计主要解决防雷构造及均压环的连接牢固和美观问题。

5）防火设计——按规范要求，上下楼层之间应设置50mm以上的防火隔离层，窗间墙与幕墙间应填充不燃材料隔开，窗下无墙时应设800mm以上高度的实体梁、板或墙体。不规则幕墙设计应注意设置横梁标高与楼面标高一致。为防止一块玻璃跨在两个防火分区，当横梁与楼面标高不一致时，可在楼面外侧设水平铝型材填充，铝型材与玻璃用透明结构胶黏结牢固。不规则幕墙的防火设计主要解决规范要求和美观匹配问题。

6）紧固件设计——不锈钢紧固件一般采用奥氏体A类钢，组别代码为A1～A5，其共性是不能淬火，无磁性。对于重要的不规则幕墙工程，自钻自攻螺钉的钻孔性能、拧入性能、破坏力矩等应经验算和试验确定。

7）结构密封胶（结构胶）和建筑密封胶（耐候胶）——结构玻璃安装使用的结构密封胶只能是聚硅氧烷密封胶，因为它具有良好的抗紫外线性能，是非常稳定的化学物质。耐候聚硅氧烷密封胶必须是单组份中性胶，不能使用酸碱性胶，因为酸碱性胶对铝框和结构聚硅氧烷密封胶产生不良影响。不得将结构胶作为耐候胶使用，因为结构胶更重要的是发挥其延性、黏结性和强度等力学性能，而耐候胶更强调耐紫外线、耐老化和耐大气变化等性能。

3.2不规则幕墙施工技术的管控要点

不规则幕墙施工技术应选择具有资质及较强施工能力的专业施工队伍，严格玻璃幕墙工程的设计审核，对材料、构件的加工制作、安装等设置相应的安全质量控制点，施工过程中严格按相关深化设计和安装方案进行，消除质量和安全隐患。具体施工技术管控要点如下：

1）单元框架的螺纹连接和构件连接处应采取有效的防水和防松动措施，工艺孔应采取防水措施。2）玻璃幕墙立柱必须通过连接件和主体结构中的预埋件相连，不得采用膨胀螺栓连接。3）连接件防锈和调节范围应符合设计要求。角码连接应有三维调节构造。幕墙连接件应有三维调节余量，可调节范围各为40mm，并有防松脱措施，受力的铆钉和螺栓每处不得少于2个。4）连接件应安装牢固，不松动，螺栓应有防松脱措施。焊缝饱满、不咬肉、无焊渣。5）玻璃与构件不得直接接触，玻璃四周与构件凹槽底应保持一定空隙，每块玻璃下部应设不少于2块弹性定位垫块，垫块的宽度与槽口宽度应相同。

3.3不规则幕墙检验的管控要点

1）钢化玻璃的试验——曲面钢化玻璃应做弯曲度试验、冲击试验、热稳定性试验和抗弯强度试验。

2）中间检验——不规则幕墙组装过程中，应设置以下中间检验：竖向及横向构件的尺寸及组装偏差要求、隐框幕墙结构装配组件要求、金属板幕墙的组件要求、金属板幕墙的表面质量要求、金属板幕墙的构件尺寸要求、金属板幕墙的组装要求、结构胶和耐候胶切开剥离试验、耐撞击性能。

3）物理试验——不规则幕墙的安装工艺顺序具有不可逆性，防火、防雷、抗震性能和现场渗漏检验等物理试验均应逐层进行。

4）采光顶静载试验——通过对幕墙的加载，掌握采光顶各部分结构的工作性能、受力性能和变形性能，以验证设计的准确性和使用功能的完备性。采光顶试验的试件可以是与工程实体的模型件，必要时也可进行现场实际加载试验（如深圳市民中心采光天棚）。

结束语

建筑行业的发展以及城市化进程的加快，使得很多新型的建筑形式不断出现，建筑物也逐渐被赋予了新的功能和外形，从世界范围来看，很多大城市中都具有自己的地标性建筑。这些建筑不但性能优良，在造型与视觉效果上，也展现了独具匠心的设计理念。上海中心采用了立面盘旋上升的螺旋造型，类似项目有福州518大厦（518米）、瑞士再保险公司（180米）、芝加哥螺旋塔（444.5米）、中国天津浙江大厦（单轴螺旋）、中国天津海蛇大厦（三轴螺旋）、加拿大玛丽莲·梦露大厦（曲轴螺旋）、迪拜跳舞大厦（曲轴螺旋）等。不规则幕墙技术具有施工难度大，工艺复杂等特点。造型独特的标志性建筑将会越来越多，这对从事不规则幕墙的工程技术人员要求会越来越高。本文所研究的不规则幕墙技术意在不规则中开始寻求其技术管控的规律性。

参考文献：

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