武汉建工科技中心大楼位于湖北省武汉市蔡甸区沌阳大道交创业路路口，是1栋以企业办公为主的多功能写字楼，共31层，建筑总高度149m，其中1～6层为裙楼，7～31层为塔楼 (见图1) 。大楼秉承绿色建筑的设计理念，通过钢铝组合幕墙框架、幕墙自呼吸系统、中空夹胶玻璃等科技手段，打造绿色健康、节能环保的商务办公环境。武汉建工科技中心幕墙以单元式玻璃幕墙为主，单元式幕墙共3 406块板块，分布于塔楼东、南、西、北4个立面，通过吊钩进行挂装。典型单元式板块包含上、下2块中空夹胶玻璃。

每个单元式幕墙板块宽1.1～1.2m，长3.6, 4.5, 6m，板块单重320～450kg，一般铝型材难以承受该质量。如果整个单元体框架均采用铝型材，极易引起框架变形，既影响单元式幕墙板块安装的安全性，又影响安装后幕墙大面的整体观感。

钢材的弹性模量为200GPa，高于铝材的72GPa，其承载力满足结构安全要求。与铝材一样，钢材亦具有很好的连接便利性，运用焊接、钻燕尾钉等方法能够实现钢材与钢材、钢材与铝材的连接。

典型幕墙单元式板块采用以钢为主要承载，铝为装饰和连接的先进设计理念，利用钢结构的连接便利性，将钢立柱同铝型材副框通过燕尾钉连接在一起，共同作为幕墙板块的框架承力部分。

钢铝组合单元式板块节点设计如图2所示。在大楼混凝土主体结构上开槽，安装槽式埋件并定位，利用钢立柱上焊接的钢挂耳挂装单元式幕墙板块;通过燕尾钉连接钢立柱、通长三元乙丙胶条及铝型材副框;通过槽式铝横梁插芯，拼接铝型材副框及铝型材横梁，构成框架结构;利用双面贴及硅酮结构胶将超白钢化中空夹胶玻璃黏结在铝型材副框上，框架中部安装铝型材托条，用于支承单元式板块的上部玻璃;单元式板块最外侧安装铝型材挡边及扣条，利用耐候密封胶及泡沫棒等柔性材料进行密封，使单元式板块满足气密性和水密性要求;铝型材下横梁处设计有卡扣，安装可开闭式自然通风器，形成幕墙自呼吸系统;钢立柱底部焊接竖向角钢，此角钢上开有2个竖向椭圆孔，能连接上、下2块单元式幕墙板块，起到竖向可调节、横向锁死的功能，加强幕墙的整体性。

单元式幕墙板块加工制作精度要求高，如果偏差过大，将影响幕墙板块挂装的整体美观性;同时，单元板块间缝隙过大会影响幕墙的密闭性能，不利于幕墙系统的整体防水。如何保证制作安装精度是加工生产钢铝组合单元式板块的关键问题。

钢立柱作为框架结构部分，在钢铝组合之前，需进行加工处理，如图3所示。钢立柱截面为□125×30×4矩形方钢管，钢立柱顶部焊接└30×4竖向角钢，角钢上开竖向椭圆孔，与上节钢立柱底部的螺栓套筒通过不锈钢螺栓在施工现场相连。安装过程中，该竖向角钢起定位作用，单元板块的横向位置更易于控制。竖向角钢下焊接钢挂耳，钢挂耳上焊接长螺母，长螺母用于挂装后单元板块竖向高度的微调。

所有钢立柱加工成品在制作过程中，都需要经过下料、打孔、焊接、打磨、涂刷油漆、长螺母内攻丝、滚轮校正、火焰校正等步骤。钢立柱上的钢挂耳为幕墙板块挂装后的主要承力部分，对结构安全具有重要意义，要求钢挂耳必须为满焊，焊缝饱满平滑，不得有夹渣、裂纹。滚轮校正和火焰校正在钢立柱加工过程中所需时间较长，但不可缺少，目的是使钢立柱保持平直，便于铝型材和玻璃的安装。由于钢材相比铝材刚度更高，钢立柱一旦发生弯曲，将导致整个幕墙板块变形，影响单元式板块成品的平直度及工地挂装后的整体观感效果。所以，钢立柱在钢铝组合之前必须仔细检查平直度并及时校正。上述钢立柱的加工步骤均可在钢结构加工厂完成，钢立柱加工完成后，可批量运输至幕墙生产车间。

在幕墙生产车间中使用单、双头锯切割机切割铝型材，单头锯切割机和双头锯切割机均为数控切割机，切割误差控制在1mm内。

如图4所示，利用燕尾钉，将钢立柱加工成品、25mm×1mm和80mm×1mm的通长三元乙丙胶条、下料后的铝型材副框连接在一起，并在铝型材副框上安装槽铝插芯。三元乙丙胶条在钻燕尾钉时起隔振防噪的作用。

考虑到大部分幕墙单元式板块长度的一致性，钢立柱与铝型材副框结合的精度控制问题能通过自行设计的立柱组装结构得到解决 (见图5) 。考虑人体工艺学，将立柱组装结构设置到工人方便操作的高度，顶面为操作区域，操作区域四周利用角钢自制的靠山和多个推拉式顶紧夹具，保证每对同长度的钢立柱和铝型材副框被固定在同一位置。钢立柱、三元乙丙胶条、铝型材副框放置到位后，用顶部的盖板压住，并使用立柱组装结构上的插销锁好，然后在顶板上钻燕尾钉，插销固定可有效避免钻燕尾钉时振动造成的安装偏位，保证钢铝组合成品尺寸的统一性。盖板上开有定位孔，保证燕尾钉的位置一致，盖板上焊接的角钢，专门用于槽铝插芯的平面定位。利用立柱组装结构，能够批量完成钢铝组合成品，并保证燕尾钉、槽铝插芯的位置一致，如图6所示。

由于每个单元式板块都由2根对称的钢立柱拼接而成，考虑钢铝组合成品必须成对生产，需2台立柱组装结构，并设计成左右对称的形式，方便工人批量化加工。

钻完燕尾钉后，钢铝组合成品在钢立柱矩形管内有部分钢铝残渣，需清除干净。钢铝组合成品质量大，人工清除费工费时，宜采用工装胎架批量完成清渣工作。为此，设计立柱翻转清渣结构 (见图8) ，利用电动提升机吊起钢铝组合成品，并倾斜一定角度，立柱翻转清渣结构底部固定振动机，可将残渣从钢立柱管内振出。钢铝组合成品可放置在立柱翻转清渣结构的凹槽内，结构倾斜以后，钢铝组合成品上的槽铝插芯会扣在凹槽内的小圆钢柱上，同时，利用角钢和螺栓可将钢铝组合成品完全约束在凹槽内。开启振动机将钢铝残渣从钢立柱矩形管内振出，进入钢铝残渣回收盒，完成清渣工作。

将钢铝组合成品搬运到框架组装结构上，通过成品上的槽铝插芯，可以将1对左右对称的钢铝组合成品与铝型材上横梁、中横梁和下横梁拼接在一起，形成框架。框架组装结构上焊接的直立角钢可作为靠山，靠山对侧利用推拉式顶紧夹具顶紧，能够固定框架，方便拼装。槽铝插芯均为直角切割，即钢铝组合立柱与铝型材横梁的组装方式为直角插接式，不存在多角度切割及钻、铣、车、刨等加工工序，加工制作简单，提高施工效率。槽铝插芯截面需涂刷密封胶。

制作完钢铝组合框架后，利用注胶机注射硅酮结构胶黏结中空夹胶玻璃、柔性材料密封单元体并妥善堆放，待结构胶形成强度后，可由生产车间运输至施工现场进行挂装。

利用钢尺检查单元式幕墙板块成品尺寸，检查结果均符合规范要求 (见表1) 。

单元式板块挂装完成后，横竖分格整齐清晰，整体观感效果好，满足设计效果。

武汉建工科技中心幕墙工程针对工程技术难点，设计不同形式的工装胎架，考虑人体工艺学，强调简单、高效的加工制作方法，工人能够根据不同的工装胎架及幕墙专业加工设备进行分工，相互配合实现流水化生产，加工过程不间断进行，加工精度符合规范要求。

本工程采用钢材替代部分铝型材作为结构承载部分，钢材强度为铝型材的2～3倍，价格为铝型材的1/4～1/3，相比全铝框架的单元式幕墙系统，钢铝组合幕墙框架的承载力更大，用铝量减少约1/3，降低材料成本，有效提高工程经济效益。