超大规模双层混合幕墙结构体系施工技术

方 园 赵 毅 张红永 周常林 黄心颖 李佐强

1. 中建三局集团有限公司 湖北 武汉 430064；2. 华中科技大学土木工程与力学学院 湖北 武汉 430074

大型公共建筑与超高层项目的建筑表面大多采用幕墙结构，幕墙主要分为玻璃幕墙和金属幕墙两类。为控制造价，幕墙多为单层幕墙结构[1-6]，双层幕墙结构体系应用较少，关于双层幕墙结构体系的施工技术资料较为少见。因此，对双层混合幕墙结构体系的施工技术进行探索和总结，具有重要的工程技术应用研究价值[7-13]。

河南省科技馆新馆（图1）项目为超大规模双层混合幕墙结构体系。双层混合幕墙施工技术的成功应用，为大规模复杂幕墙工程施工积累了经验。

1 工程概况

项目建设地点位于河南省郑州市郑东新区白沙象湖规划区，由主馆和为配合项目整体建设的圭表塔组成。主场馆建筑高度43.0 m，地下1层，地上4层（不包括北侧夹层），幕墙面积约95 000 m2。主馆建筑整体外形是由多个不规则的曲面体有机顺滑地集合成的一个不规则异形体，其表面大部分为铝装饰板所覆盖。主场馆非透光部位采用鱼鳞状铝板，透光部位采用铝板角度渐变翻转，内层透光玻璃幕墙。首层带状玻璃幕墙通透、明亮。中庭设置玻璃采光穹顶，满足采光要求。建筑的整体形态由6个延展曲面和3个端面等基本面构成，各个基本面之间圆滑过渡形成建筑整体表皮（图2）。

图1 主馆玻璃幕墙整体效果

1.1 FS01混合幕墙结构体系

本系统由内到外的构造层次分别为：主体钢结构层（非幕墙范围）—三明治保温一体板—3 mm装饰阳极氧化铝单板面层。各层表皮之间的相对关系为：防水层表皮距主体钢结构250 mm，装饰面层表皮距主体钢结构1 000 mm。内侧三明治板由80 kg/m3的厚120 mm保温岩棉及内外厚0.5 mm镀锌铁皮＋0.7 mm铝镁锰板组成，自重为81 kg/m3，最大板块为1.0 m×4.5 m，质量为43.74 kg。外侧铝板最大板块面积为2.075 m2，单块质量为31.76 kg。

图2 主馆玻璃幕墙系统分布

连接杆件自室内侧到外侧分别由φ102 mm×6 mm高耐候钢支撑柱、φ70 mm×5 mm高耐候钢支撑柱和φ52 mm×5 mm铝合金撑杆组成，其中φ102 mm×6 mm高耐候钢支撑柱自重为8.83 kg，每根φ70 mm×5 mm高耐候钢自重为3.87 kg，每根φ52 mm×5 mm铝合金撑杆自重为5.64 kg。基材采用镀锌钢龙骨，用于面层与主体钢结构之间的连接，其中主龙骨采用80 mm×60 mm×5 mm、60 mm×60 mm×5 mm镀锌方钢，次龙骨采用50 mm× 50 mm×5 mm镀锌方钢（图3）。

图3 FS01内层框架式幕墙＋外层阳极氧化铝板幕墙（角度固定）

1.2 FS02混合幕墙结构体系

内层框架式玻璃幕墙＋外层3 mm装饰阳极氧化铝单板幕墙（角度渐变）混合幕墙结构体系由内侧玻璃幕墙与外侧翻转铝板幕墙组成[3]。距主体钢结构250 mm内层玻璃幕墙构造：6 mm＋1.52PVB＋6 mm＋16Ar＋8 mm钢化夹胶Low-E中空超白玻璃（建筑脊线以上夹胶玻璃放在室内侧），玻璃外侧设置防脱不锈钢压块；玻璃最大单块面积为6.48 m2，质量637.35 kg。距主体钢结构1 000 mm装饰面层构造：3 mm装饰阳极氧化铝单板，最大板块面积为2.075 m2，单块质量31.76 kg；背附铝合金圆管φ80 mm×4 mm骨架连接系统；φ70 mm×6 mm高耐候Q345钢支撑柱，长度0.71 m，质量14.37 kg；φ20 mm不锈钢拉杆加强结构稳固。基层龙骨与FS01系统相同（图4）。

1.3 FS03首层竖明横隐玻璃幕墙系统

此系统位于首层各立面及A1A2东面部分地下室玻璃幕墙，装饰面层采用12 mm＋16AR＋6 mm＋1.52PVB＋6 mm单夹胶钢化中空Low-E超白玻璃，最大板块尺寸为1.5 m× 4.5 m＝6.75 m2，单块质量为405 kg。

图4 FS02内层框架式幕墙＋外层阳极氧化铝板幕墙（角度渐变）

此系统竖龙骨为140 mm×75 mm×8 mm高精密焊接钢龙骨（5 500 mm跨度以下）、200 mm×75 mm×10 mm× 8 mm高精密焊接钢龙骨（5 500～8 000 mm跨度）、200 mm×75 mm×20 mm×18 mm高精密焊接钢龙骨（8 000 mm跨度以上）。其中最大截面龙骨长8.2 m，质量约为335 kg（图5）。

图5 FS03首层竖明横隐玻璃幕墙

1.4 FS04穹顶采光顶幕墙系统

该系统位于屋面正中部位，中庭穹顶，装饰面层采用8 mm＋16Ar＋6 mm＋1.52PVB＋6 mm单夹胶钢化中空Low-E超白玻璃，最大板块尺寸为2.1 m×2.5 m＝5.25 m2，单块质量为263 kg。材料采用汽车吊运至屋面楼板处，采用满铺木跳板平台进行施工（图6）。

图6 FS04穹顶采光顶分布区域

2 施工总体部署

2.1 施工部署

为了实现河南省科技馆新馆工程幕墙项目的建设工期、质量、安全及管理等方面的目标，按照以下原则进行工程部署：在工序安排上，遵循统筹考虑、合理搭接的原则；在资源组织上，遵循比选优化、均衡配置的原则；在工艺选择上，遵循先进可行、经济适用的原则；在业主管理上，遵循全面遵从、周密服务的原则；控制关键线路上阶段性进度目标，以实现总体工期目标。

总体施工工序：施工准备→整体土建结构复测→幕墙样板实施→幕墙施工→收口部位幕墙施工→竣工验收。各区施工时间均以主体结构及钢构移交时间为开始时间，彼此独立施工。

各区外立面均整体按照以下顺序进行施工：

各主场馆（ACD区）：龙骨基层吊装→脚手架安装→玻璃及铝板安装。中庭钢构具备幕墙施工条件：脚手架搭设→转接件安装→玻璃幕墙安装→铝板幕墙安装。

2.2 施工段划分

幕墙工程施工段划分情况如图7所示。

图7 幕墙工程分段示意

2.3 施工设备

机械设备在施工过程中的使用管理是机械设备管理的基本环节。机械设备的使用管理应包括机械设备的正确选择，合理地组合使用，适时地维护和保养等环节。正确选择施工方案是选择机械设备的前提。

在拟定施工方案时必须考虑工程环境、技术经济条件，以及供应机械设备的装饰性能。在使用中，必须严格按照机械设备的性能规定，不允许超性能使用。在施工方案允许的范围内，选择机械设备时应综合考虑设备的生产效率、工程质量完成情况、使用便利性与可靠性、后期维护和对环境的影响等因素。

3 施工工艺技术及措施

3.1 总体测量放线工艺流程

常规测量放线均采取在建筑外围，采用全站仪对点位进行校核。在扭曲部位，因造型独特，故采取在扭曲面平台上，搭设操作平台用于架设全站仪。操作平台由扣件式脚手架搭设而成，随施工进度逐步向下拆除（图8）。

图8 测量放线流程

3.2 FS01混合幕墙结构体系

本系统由内部三明治板与外部80°铝板组成，分布在外立面大面区域。施工高度为9.00～43.75 m。端头部位的龙骨及支撑杆采取在地面焊接后采用25/50 t汽车吊，配合吊笼进行安装。三明治板采取手动葫芦从地面进行起吊，铝板面板单边尺寸均小于1.6 m，采取施工电梯与平板车运至施工区域，部分区域采取汽车吊转运至卸料平台后，采取平板车在脚手架内部运输。

施工流程：测量放线→支撑柱及撑杆焊接→主次龙骨焊接→镀锌钢板安装→三明治板安装→打胶→防水层泛水包柱安装→铝合金连接爪件安装→阳极氧化铝板安装。施工前，按照移动小吊安装要求进行安全检查，同时在小炮车后方采用麻绳或安全绳与后方柱子拉结固定；检查施工用电的接驳是否符合机械用电需求，接电是否正确；检查灭火器的配备；检查施工人员是否符合工种要求；检查施工人员的安全防护用具是否正常佩戴；检查施工安全维护及消防设施等。

3.3 FS02混合幕墙结构体系

本系统由内部玻璃幕墙与外侧渐变角度铝板幕墙（30°～90°）组成，分布在外立面眼睛区域，处于立面中部位置，施工高度为9.00～43.75 m，安装方式与FS01系统相同，因铝板翻转，其离主体结构较远，故相较于FS01系统的铝板安装，需搭设四排架进行施工。其中玻璃面板最大板块为三角形玻璃，尺寸为4.4 m×3.5 m×3.8 m，质量为637.35 kg，采用移动小吊进行吊装。

施工流程：镀锌钢转接件安装→支撑圆管焊接→铝型材龙骨安装→玻璃安装→层间封堵安装→拉索安装→铝板转接件安装→铝板安装→翻转角度调整。渐变角度铝板安装时，其翻转角度不一，投影长度不一（翻转角度最大时，铝板外侧距离主体结构1.5 m），故施工时，需将当层脚手架改为施工平台，避免脚手架与翻转铝板碰撞。每层的架体改动均需由班组根据进度向项目部提出申请后，由架子工进行改架，项目部进行复核验收后方可投入使用。铝板采用卸料平台及人工搬运进行施工。

3.4 FS03首层竖明横隐玻璃幕墙系统

首层幕墙分布区域为建筑物首层一圈，造型高度渐变，最高点位于西面1-DC—1-CC轴，玻璃幕墙高度10 m，吊顶铝板完成面离地面8.95 m，龙骨生根面离地面11.2 m。首层玻璃幕墙龙骨采用钢龙骨，且跨度较大，安装时采用架设在钢构上的手动葫芦进行起吊后安装，玻璃利用手动葫芦进行起吊后，施工人员站在脚手架上，配备室内辅助人员进行安装。先安装龙骨，再安装玻璃。

3.5 FS04穹顶采光顶系统

采光顶施工高度43.65 m，造型呈拱形，坡度27°，最大板块尺寸为2.1 m×2.5 m，单块质量为516.37 kg。玻璃板块的运输采用塔吊/汽车吊吊运至屋面堆放，严禁集中堆放；应分散并选择有结构梁体的部位堆放；吊装时在地面塔吊运行轨迹内设置防护警示，并派专人看护，禁止人员在轨迹内走动；采光顶材料采用东南角塔吊/汽车吊垂直运输至屋面的观景平台，施工前由人工搬运至施工区域，玻璃吊装采用玻璃架绑定，型材吊运时应进行保护，捆扎应牢固可靠，防止吊装时损伤及掉落。

屋面玻璃采光顶幕墙系统分布在屋面中心位置，采用厚50 mm木跳板满铺平台施工；在安装玻璃板块前要将玻璃清理干净，按层次和安装顺序堆放好，堆放时要适当倾斜，以免玻璃倾覆。

采用人工抬运的方式进行安装；安装时中庭地面做好防护围栏，派专人防守，禁止人员在施工下方走动；施工时，从顶部向下施工，基座型材通过人工搬运至施工平台后，通过螺栓进行固定连接。

3.6 扭曲幕墙部位脚手架工程

在建筑西面中部，东北角、东南角，交会部位造型扭曲，以屋脊为分界线，下方造型为垂直面，上方造型为扭转造型，从平面渐渐扭曲变形至立面造型。均为双层幕墙，施工难度大，搭设措施复杂，屋脊下方为垂直面，该区域可直接搭设脚手架进行施工。

东北角扭曲造型位于1-3c轴交1-Cb轴，屋脊线高度起于17.90 m，止于41.17 m，高度为23.27 m，屋脊上方面层南北方向倾斜成20.23°，东西方向倾斜，高差21 m，横向距离66.69 m，倾斜成17°。该区域铺设安全兜网及木跳板，按照分格设置横向檩条阻挡下滑，满足人员站立施工条件。

东南角扭曲造型位于1-Da轴交1-4c轴，屋脊线高度起于17.90 m，止于41.17 m，高度为23.27 m，屋脊上方面层南北方向倾斜成24.83°，东西方向倾斜，最大高差23 m，横向距离16 m，倾斜成59°。该区域仅部分区域铺设木跳板，按照分格设置横向檩条阻挡下滑，满足人员站立施工条件，另一部分采取搭设满堂脚手架，立柱落在钢结构上搭设平台进行施工（图9）。

图9 扭曲部位脚手架搭设方案

西面扭曲造型位于1-Bb轴交1-Ea轴，屋脊线高度起于14.326 m，止于34.136 m，高度为19.81 m。屋脊上方面层南北方向倾斜成11.45°，东西方向倾斜，坡度较陡，倾斜成59°～80°。木跳板平台不满足施工条件，因此采取搭设脚手架的方式安装，钢管立柱落在钢结构上搭设平台进行施工。

为便于施工，采取分段搭设措施：屋脊下方采取搭设满堂脚手架进行施工，屋脊上方平面区域采用在边缘钢构上固定脚手管作护栏，施工区域满铺木跳板进行施工。对于屋脊上方坡度较陡区域，采用在钢结构上搭设脚手架，并分层施工，分层拆除脚手架，从上至下进行施工直至施工完成。

4 结语

本工程目前已顺利完成共计50 000 m2双层混合幕墙结构体系的施工任务。本文所总结的双层混合幕墙结构体系的施工总体部署、总体测量工艺、施工流程及扭曲部位脚手架搭设方案等主要工程经验，可供同类工程施工参考和借鉴。