异形玻璃幕墙施工技术

冯 颖，黄尚克，韦雨秀

(1.广西建工第五建筑工程集团有限公司，广西 柳州 545001；2.巴马瑶族自治县重点项目建设服务中心，广西 巴马 547500；3.巴马瑶族自治县农业综合开发服务中心，广西 巴马 547500)

0 引言

据统计，建筑在建造和实际使用过程中需消耗的能源量为总能源的27%～30%。绿色、节能环保、低碳建设是当今建筑研究的主题思想，在建筑中，当主体结构和建筑高度已定，围护结构则成为建筑节能关注的重点。玻璃幕墙是一种应用广泛、新颖美观的建筑墙体装饰方式，现代幕墙更多地成为建筑整体的有机组成部分，参与整个建筑的功能建设，环保节能与追求美观及个性化是幕墙的发展方向，随着建筑造型不断朝着异形异状、凸显个性发展，为满足契合建筑构造形式，幕墙工程结构与材料多样化，受力形式多样复杂，材料形状各异。

1 工程概况

柳州风情港酒店、商务楼工程幕墙建筑面积 94 463m2，地下2层，地上25层，建筑高度99.2m，为框架-核心筒结构。抗震设防烈度6度，建筑耐火等级一级，主体设计使用年限为50年。幕墙形式包括隐框玻璃幕墙、明框隔热断桥玻璃幕墙、3mm厚氟碳喷涂铝单板幕墙、3mm厚氟碳喷涂铝单板雨篷、采光顶、金色蜂窝格栅幕墙，面积约55 000m2，设计年限25年；铝合金装饰格栅幕墙面积约 30 000m2，设计使用年限25年。设计思路主要以合理性、先进性、安全性、经济实用性、环保设计、美观设计等方面为原则。

如图1所示，建筑设计为钻石形蜂窝状外凸形不规则形体，为达到这一效果，传统立柱支撑方式难以适用，取消立柱支撑钢框架，改为梁式受力，支撑结构以钢桁架作为支承体系，主要以受弯形式传递荷载，竖梁沿空间竖向斜向布置、横梁沿空间水平布置，满足建筑物立面凹凸起伏钻石形外观要求。

图1 风情港酒店钢桁架模型

2 蜂窝状外凸形不规则幕墙结构

构件式幕墙最大优势在于造型多样、散件拼装。为达到设计观感要求，发明一种玻璃幕墙单体、蜂窝状外凸形不规则幕墙整体结构，该整体结构在固有受力体系无法改变的情况下，运用几何原理将立体幕墙外形分化为单个平面形状，由点及面、由面及体塑造立体，形成异形玻璃幕墙外形。将成熟的平面玻璃幕墙工艺通过深化设计应用于新兴异形玻璃幕墙上，解决目前异形玻璃幕墙选材难、材料尺寸多样、施工工艺复杂、施工管理繁琐等问题。

该玻璃幕墙单体由m块标准玻璃及n块非标准玻璃和结构边框线组合构成，每块标准玻璃为矩形或正方形，结构边框线为正六边形、矩形或梯形，n块非标准玻璃位于m块标准玻璃外围与结构边框线构成的空隙间，m，n均为4～12的偶数。

如图2所示，玻璃幕墙单体由4块标准玻璃及4块非标准玻璃和结构边框线组合构成，标准玻璃为矩形，边框线为正六边形，非标准玻璃为1/2标准玻璃。

图2 玻璃块和正六边形结构边框

蜂窝状外凸形不规则幕墙整体结构由P(P为>3的整数)块玻璃幕墙组件组合构成。使用时，将平面不等大三角形玻璃幕墙等边连接，形成蜂窝状外凸形不规则幕墙整体结构。整体结构由玻璃幕墙单体及龙骨构成，玻璃幕墙组件包括正六边形幕墙组件、三角形蜂巢状玻璃幕墙面组件Ⅰ、三角形蜂巢状玻璃幕墙面组件Ⅱ。组件如图3所示，整体结构如图4所示。

图3 三角形蜂巢状玻璃幕墙面组件

图4 蜂窝状外凸形不规则幕墙整体结构

3 玻璃幕墙施工工艺原理

通过改善幕墙结构受力体系，受力体系特殊处理幕墙空间异形分割降维平面安装，配合其他形式结构构造，采用涂料原料喷涂，隐藏幕墙玻璃外框，达到建筑外形设计和颜色设计效果，同时满足承载力、环保节能、安全性等要求。

1)钢框架整体梁式受力设计技术 通过受力计算，取消立柱，打破横平竖直的一般结构受力形式，取消立柱支撑钢框架，改为梁式受力，支撑结构主要以受弯形式传递荷载，通过将竖梁沿空间竖向斜向布置、横梁沿空间水平布置，满足建筑物立面凹凸起伏钻石形外观要求，有效保证幕墙体系承载力。

2)空间异形降维技术 通过将钻石形建筑空间异形外形三维转二维，将空间结构转换为平面结构，使用型钢梁将平面不全等三角形玻璃幕墙位置相邻等边连接，两三角形面间形成一定角度(见图5)。

图5 轴立面展开示意

4 幕墙安装施工

4.1 预埋铁件

通常采用镀锌、镀铝锌、喷涂等表面处理方法来增强抗腐蚀能力。预埋铁件为幕墙与主体结构连接的结构件，应根据设计要求，随着主体施工进行预埋。预埋件施工关键在于定位和防腐处理，幕墙施工前，对预埋件位置、尺寸、锈蚀和锚固强度进行检验。

4.2 连接件安装

对预埋件进行清扫或待后植埋件强度满足要求后，对连接件进行安装。连接件主要作用是连接幕墙与主体结构(见图6)，以焊接为主，焊缝质量为控制要点，焊接完成后进行清渣、防腐、防锈作业。

图6 连接件节点连接

4.3 转接件安装

安装铁角码、槽钢作为转接件，在其安装前首先对上一步安装的连接件进行清理，将污染物清除，必要时可喷涂防腐材料进行防腐处理。安装直角铁角码或槽钢时，连接件和转接件采用高强螺栓连接，拧紧螺栓，但要使其处于水平可调节状态，便于后期安装其他构件时进行调整。安装完成后，根据图纸再次核对转接件位置，及时调整或更换。

4.4 竖梁安装

竖梁是构筑幕墙工程成空间异形及保证其形状准确的关键，竖梁与水平面形成角度与横梁连接，框架整体形成外凸形钻石状效果。通过有限元软件进行建模，施加模拟荷载，分析受力特点，优化钢架截面尺寸，节省材料。通过受力分析，获得钢架整体受力较大的部位和节点，对其进行特殊加固处理，严格控制其施工质量。

1)竖梁安装自下而上，采用吊船施工，首根竖梁按悬垂构件安装方式，芯套一端朝上，上端先固定在预连接件上，调整下端对齐预埋连接件后进行固定。其他竖梁安装时，下端对准上一根竖梁上端芯套，保留伸缩缝，伸缩缝宽20mm，再对位安装上端。

2)每根竖梁安装后，先根据图纸初调其三维位置，保持误差在允许范围内，全部安装完成后，在下道工序中进行全面调整。

3)竖梁安装后，及时进行校正和调整，确保螺栓拧紧质量，幕墙质量及效果由竖梁决定，对此道工序的反复验收是整个幕墙质量的基础。

4.5 横梁定位、安装

横梁与竖梁采用可伸缩结构连接，设置伸缩缝，以胶垫或密封胶密封，满足温度应力产生的伸缩效应，消除幕墙伸缩噪声，提高幕墙抗震变位能力。横梁安装包括横梁角码安装(横梁角码即横梁与竖梁连接的转接件)、横梁防震垫圈安装和横梁安装，且连续性进行安装。先确定横梁位置，两端安装横梁角码后，安装横梁垫圈，再安装横梁，采用螺栓将3个部分连接并拧紧。

4.6 玻璃安装

根据蜂窝状外凸形不规则幕墙单体结构，将幕墙玻璃尺寸进行确定与核准，根据尺寸对玻璃进行切割加工，玻璃板块由车间加工，然后在工地安装。板块初装完成后对板块进行调整，调整标准为横平、竖直、面平。板块调整完成后立马进行固定，主要是用橡胶垫块固定，垫块要压紧，杜绝板块松动现象。

1)由于该玻璃幕墙单体由标准玻璃、非标准玻璃和结构边框线组合构成，每块标准玻璃为矩形或正方形，标准玻璃尺寸统一，便于采购、管理。

2)该玻璃幕墙单体(包括四边形、梯形和正六边形)为平面结构构件，施工工艺成熟。

3)玻璃幕墙单体结构线条选材多样性，同时满足现有隐框和明框2种玻璃幕墙需求。

4)多个正六边形玻璃幕墙单体组成的正六边形玻璃幕墙组件呈蜂巢状，造型美观。

5)单元体正六边形玻璃幕墙单体借助玻璃幕墙固有受力型钢龙骨作为正六边形玻璃幕墙组件区域分割线，保证大型幕墙自身重力及受力传递满足设计要求。

6)三角形蜂巢状玻璃幕墙面组件运用三角形三边关系管理玻璃幕墙，借助玻璃幕墙固有受力型钢龙骨作为正六边形玻璃幕墙组件区域分割，形成平面三角形幕墙，较一般幕墙型钢龙骨横平竖直观感有更好的视觉效果。

7)相邻三角形使用等长共享边，保证了设计美观性。

8)运用型钢龙骨刚性大的特征，2个相邻三角形蜂巢状玻璃幕墙面设计呈一定角度，使原本平面结构形成相交关系，形成外凸或内凹形状变化。

9)多个相邻三角形蜂巢状玻璃幕墙面通过深化设计，面与面间两两相交，且均形成一定角度，最终闭合，形成异形体。采用成熟平面玻璃幕墙工艺简化了异形玻璃幕墙结构。

4.7 格栅幕墙施工

采用明框、隐框玻璃幕墙施工技术，龙骨室外面外露部分进行材料喷涂处理，达到隐形效果。深化设计中，以蜂窝为点、三角形为面、面面相交成体，将三维异形曲面简化为二维平面单元组合施工，达到建筑设计优美外形效果。使用铝制方通、单板等产品作为装饰条，满足抗拉、抗剪强度要求，自重小，便于施工，提高施工速度，表面进行2道氟碳喷涂，抗腐蚀性强。

1)对格栅进行定位放线后安装格栅(见图7)，可采用模具定位，格栅安装时要求螺栓孔位准确。

图7 格栅安装效果

2)安装时，先在格栅两端安装格栅角码，再安装格栅垫圈，通过不锈钢螺栓将格栅角码、垫圈和竖梁连接。为保证格栅安装质量，拧紧螺栓时，观察格栅角码就位情况和各配件位置，边拧边调整。幕墙安装完成效果如图8所示。

图8 幕墙安装完成效果

5 结语

依托柳州风情港工程，对钻石形蜂窝状外凸形不规则幕墙进行研究，不仅发明了一种玻璃幕墙单体构造，还对梁式受力结构的玻璃幕墙安装方法进行剖析和详细描述，最终达到设计要求的富有视觉冲击力的效果。钢框架整体梁式受力设计技术和空间异形降维思维具有实用性，可为类似工程项目提供经验借鉴。