渐变式圆弧状玻璃幕墙具有新颖的建筑造型及多变的形态, 在建筑行业中得到大量应用^[1,2,3]。渐变式弧形玻璃幕墙为建筑外形带来多元艺术的同时也为其施工过程带来了一定困难。望京SOHO-T3工程外墙设计为渐变弯弧板块幕墙^[4], 其施工过程通过布设坐标控制网、严控预埋件定位、龙骨精确加工等措施, 有效保证了复杂造型幕墙安装质量及安全。天津周大福金融中心建筑外立面为异形曲面造型^[5], 其施工过程采用双环形轨道经测量放线、底料安装、吊运换钩和单元体转场等工艺措施完成了超高层异形曲面幕墙安装, 有效提高了施工效率, 保证了施工安全。北京南站站房弧形玻璃幕墙安装^[6]、宁波梅山岛商务中心双曲弧形幕墙安装^[7]等工程均通过设计与施工结合, 采用合适的结构形式与施工技术, 解决了异形圆弧状玻璃幕墙安装难题。

本文着重介绍广西西林县民族高中体艺中心渐变式圆弧状玻璃幕墙施工技术, 该幕墙施工过程是深化设计、工艺操作和质量控制的载体, 其施工工序繁多, 测量放线技术要求高。在其施工管理过程中, 总结形成大直径渐变式圆弧玻璃幕墙施工技术。

西林县民族高中体艺中心工程位于百色市西林县民族高中校园内, 主体结构为框架混凝土结构, 共3层。建筑外立面为玻璃幕墙结构, 高18.64m, 圆弧半径由下而上逐渐变大, 半径渐变值为32～36m。1层玻璃幕墙为明框幕墙, 2～3层为渐变式圆弧铜鼓状竖向隐框玻璃幕墙, 面积3 914.4m², 设计风压为1.94kN/m², 抗风压性能达到Ⅰ级, 气密性、水密性达到三级要求。工程外立面效果如图1所示。

本工程大直径渐变式圆弧状玻璃幕墙施工时, 测量精度、幕墙安装精度要求高, 渐变式圆弧幕墙的线条观感质量控制难度大。

1) 渐变式圆弧状玻璃幕墙半径在32～36m, 幕墙施工在主体结构施工后, 幕墙安装无法确定圆心, 需采用传统测量技术与计算机软件相结合的方法进行测量放样, 以确保放样的精度。

2) 弧形钢结构立柱、横梁在车间加工成型, 现场组装, 幕墙安装精度高, 难以达到渐变式圆弧状幕墙线条平滑优美的要求^[8]。

3) 整个施工过程, 涉及钢结构立柱、横梁吊装安装及幕墙安装的高空作业, 现场安全管理也是施工中应控制的重点。

施工准备→测量放线→后置埋件定位与安装→构件车间制作→渐变式钢立柱安装→弧形横梁现场安装→避雷件安装→防火、保温隔断安装→玻璃板块安装→窗扇安装→耐候密封胶填缝→淋水试验→清洁、验收。

主体结构施工完成后, 在建筑首层合适位置测放幕墙安装控制点, 并建立幕墙安装平面控制网。按设计图纸分格定位, 利用平面控制网测放型钢立柱中心点、方通立柱中心点、幕墙四周大角点和分格立面中心点。在首层墙面测放立面控制线, 并使用经纬仪向上引垂直控制线直至主体结构顶部。幕墙各道横梁标高控制用水准仪和标准钢尺测设, 由主体结构各层建筑标高控制线引出。施工必要的控制点、线确定后, 现场应弹出幕墙各构架、分格及转角安装各向位置线并进行逐条复核。

采用计算机模拟放样, 利用AutoCAD软件建立渐变式弧形钢立柱与弧形横梁模型并确定其立柱及横梁坐标数据^[9], 具体做法如下。

1) 根据设计图纸圆心坐标运用CAD软件对钢立柱中点坐标进行编制, 按幕墙相邻2根渐变式弧形钢立柱中点分格尺寸, 并以相邻2个中点为端点, 弧形横梁中心轴线到幕墙圆心距离为半径画弧线, 该弧线即为第1道横梁中心轴线, 如图2所示。

2) 取相邻型钢立柱间扇形区域分格确定该区域的第1道弧形横梁中心轴线, 并对该扇形弧段均等再分格, 获取方通立柱分格点, 即D1, D2, …, D10点, 其中, D1和D10点为型钢立柱, 其他点为方通钢立柱, 如图3所示。

3) 以相邻两型钢立柱连线中点C为坐标原点, 以圆弧上AB两型钢立柱间弦长延长线为x轴, 垂直于x轴通过坐标原点C建立坐标y轴, 形成直角坐标系。利用该直角坐标系获取弧形横梁中心轴上各分格点 (方通立柱) 坐标 (x_n, y_n) , 如图4所示。

4) 以D3 (x₃, y₃) 点为例, 弧形横梁中心轴线上的D3点和幕墙圆心连线与AB弦存在交点d3 (d₃, 0) , 利用D3, d3两点即可确定弧形横梁分格点与圆心连接线。

5) 本工程相邻钢立柱间沿高度方向有多道弧形横梁, 每道弧形横梁到圆心的距离不一, 可根据第1道弧形横梁分格点与圆心连线以及各横梁与第1道横梁间隔确定其他横梁分格点, 分格点连线即为各弧形横梁中心轴线。

1) 运用全站仪对两相邻钢立柱A, B进行坐标放样, 定出A, B两点实际位置, 再根据圆心、A, B点坐标及方位角分别确定钢立柱中点与圆心连接线。

2) 现场弹出两型钢立柱间弦线AB。

3) 现场弹出弦高线CD。

4) 在CB线上以D3横坐标绝对值|x₃|为长度放出D3横向位置, 在CD线上以D3纵坐标绝对值|y₃|为长度放出D3纵向位置。

5) 以两坐标轴上已放出的纵横两点为基点分别拉平行线 (图4中虚线) , 两虚线交点即为方通钢立柱分格点D3 (x₃, y₃) 的现场位置。

6) 在CB线上以d3横坐标绝对值|d₃|为长度放出d3位置, 根据D3, d3两点即可确定第1道弧形横梁上该分格点与圆心连接线。

7) 重复上述步骤, 即可确定第1道横梁中心轴线上各方通钢立柱分格点位置Dn (x_n, y_n) , 利用Dn和dn确定第1道弧形横梁其他分格点与圆心连接线。

8) 根据每道横梁中心轴线与第1道弧形横梁分格点间隔在第1道弧形横梁其他分格点与圆心连接线上确定其他横梁分格点, 分格点连线即为弧形横梁中心轴线。

9) 重复以上步骤将每分格段型钢立柱中点与圆心连接线及每道横梁中心轴线现场测设定位。每一分格段弧形横梁平面如图5所示。

为科学组织流水施工, 施工段划分如图6所示, 施工段按顺时针方向划分为4个施工段。

1) 第1施工段西北角, 共7根渐变式弧形钢立柱, 分6个分格段测量放线施工。

2) 第2施工段东北角, 共7根渐变式弧形钢立柱, 分6个分格段测量放线施工。

3) 第3施工段东南角, 共7根渐变式弧形钢立柱, 分6个分格段测量放线施工。

4) 第4施工段西南角, 共7根渐变式弧形钢立柱, 分6个分格段测量放线施工。

1) 将预埋件在现场准确定位并安装, 安装完成后检查预埋件位置偏差, 其各项误差允许值如表1所示。

2) 使用后置预埋件时, 对埋置的锚栓进行拉拔试验。后置埋件的连接螺栓、螺母及垫圈均应符合规范要求。

3) 确定立柱的定位点, 按照3.2节所述测量放线步骤, 将安装支座十字中心线测放至预埋件上, 作为各类型立柱安装依据。

弧形钢立柱安装分为型钢主立柱安装及方通次立柱安装, 先安装型钢主立柱, 再安装方通次立柱。其安装要点如下。

1) 立柱安装前对型钢及方通钢材进行检查, 确认其型号、规格符合图纸要求, 确认其原材经验收合格。

2) 将预安装立柱运送至对应位置对号就位, 吊运过程注意对钢材表面及连接口进行保护, 确保钢材连接准确。

3) 立柱分段拼接由下而上依次施工, 各柱段上端带芯套。各立柱在安装最底一节柱段时, 需先固定上端 (芯套端) , 待柱段各项调正后再固定下端;第2节柱段安装时, 将柱段下端对准第1节柱段上端芯套, 套芯时预留15mm的伸缩缝并临时固定, 待对位梁安装及梁柱位置检查无误后再进行最终固定。重复本步骤, 依次往上安装柱段。

4) 立柱初装完毕后, 对各定位线进行复核, 对立柱各向位置进行调整, 确保立柱各向偏差<1mm。确认各向位置准确后, 按焊接要求对立柱进行加焊, 完成立柱安装。

1) 检查横梁型号、规格并对号就位, 横梁安装前包装不应破损, 防止横梁受到污染。

2) 立柱安装后、横梁安装前, 用水平尺将横梁位置线在立柱上测放并弹出;横梁安装时应严格控制安装精度, 横梁与立柱应垂直;梁柱节点采用绝缘垫片分隔, 防止不同金属材料接触面电化学腐蚀对结构造成损伤。

3) 横梁安装完成后要对横梁安装质量进行检查, 检查项目包括横梁与立柱接口吻合情况、焊缝质量、横梁水平度、横梁与立柱外侧面顺平情况等。

1) 检查玻璃板块各向尺寸;清理并调整排栅以满足安装要求。

2) 玻璃板块初装需横平、竖直、面平, 即横梁水平、胶缝水平, 竖梁垂直、胶缝垂直;各玻璃在同一平面内或弧面上。

3) 玻璃板块调整完成后进行固定, 采用压块上紧螺丝, 或采用外装饰条固定, 安装牢固, 杜绝玻璃板块松动现象。

西林县民族高中体艺中心工程幕墙安装工程中应用了大直径渐变式圆弧状玻璃幕墙施工技术, 大大提高了现场定位的准确性, 节约人工费、提高施工效率, 通过严格管理, 圆满完成施工任务。