1 工程概况

　　国家速滑馆项目天坛轮廓曲面玻璃幕墙支撑结构采用竖向钢拉索(幕墙索)+竖向S形钢龙骨。幕墙索上端固定于顶部钢结构环桁架上，下端固定于主体结构首层顶板外圈悬挑梁端，幕墙索间距4m。钢龙骨采用箱形截面，通过销轴耳板与幕墙索对应位置的索夹铰接。立面连续弯曲的玻璃幕墙随屋顶轮廓的高低变化水平延展，共由3 360块单曲面玻璃和平板玻璃拟合而成，其中，单曲面玻璃1 440块，面积约8 800m²;平板玻璃1 920块，面积约5 900m²。围护结构外由22根“冰丝带”环绕，平均每条丝带长约622m。幕墙采用超白中空Low-e热弯钢化曲面夹胶玻璃，单元块无一相同，大量曲面玻璃加工困难。国家速滑馆项目效果如图1所示。

　　图1 国家速滑馆项目效果  

　　2 深化设计

　　2.1 主体结构扫描复测

　　待屋面索网张拉、屋面临时配重加载、环桁架支座锁定依次完成后，依据幕墙索实际定位对S形钢龙骨进行深化，此时主体结构相对稳定。根据现场实际情况下料加工S形钢龙骨，幕墙分割线须与S形钢龙骨中心重合才能满足建筑效果要求。

　　主体结构扫描复测是指S形钢龙骨与幕墙索和环桁架连接点的定位测量。复测工作分2个阶段进行:(1)第1阶段在屋面索网张拉完成后立刻进行幕墙索平面投影的定位复测工作，验证屋面索网张拉过程中幕墙索的变形轨迹是否符合理论计算;(2)第2阶段在屋面临时配重加载完成且环桁架支座锁死后，对幕墙索夹及环桁架预埋件位置进行复测，以确定S形钢龙骨支座牛腿的尺寸长度及BIM模型是否需调整。复测工作如图2所示。

　　图2 主体结构扫描复测  

　　2.2 幕墙参数化设计

　　通过扫描结构实体，生成实测点位模型，依据实际点位进行S形钢龙骨BIM定位及深化。通过BIM模型(见图3)将S形钢龙骨由原来的带侧向弯曲的双弯构件优化成易于加工的单弯构件，提高钢结构加工可控性和可操作性，质量更易保障。考虑幕墙玻璃安装需求，将M10螺栓的机丝孔开孔大小及位置在170mm×70mm×10mm横向龙骨BIM模型上体现出来。

　　图3 幕墙龙骨BIM模型  

　　根据S形钢龙骨的优化结果对建筑外表皮进行重新分割，使分割线能完美匹配S形钢龙骨，将龙骨、连接件、玻璃面板等生成可加工的模型文件，并对构件进行统一编码。

　　深化设计时考虑曲面玻璃幕墙采用单元式安装，面板及龙骨均在加工厂组装成型，现场进行螺栓连接固定。最大单元板块尺寸为4 050mm×2 340mm(长×高)，单元板块上、下边各设计4组铝合金连接件，通过螺栓固定到幕墙横向龙骨上，冰丝带玻璃管采用现场型材插接安装。

　　3 构件加工

　　3.1 幕墙龙骨加工

　　S形钢龙骨材质为Q420C，尺寸为360mm×150mm×12mm×16mm，由4块钢板拼焊而成。最长S形钢龙骨直线长度为32.6m，最短为17.9m。幕墙网壳整体呈椭圆形曲面，主要钢构件均为弧形梁，其中竖向主梁为箱形弧梁，侧面表现为多个连续的S形，水平梁为弧形圆管，牛腿、封边梁等主要为矩形方通。

　　将S形钢龙骨BIM模型通过插件导出为数控设备可用文件，将数控加工技术与数字设计技术对接，实现数据传递，保障异形钢板加工精度。

　　S形钢龙骨的组立遵循“三点放平”原则，采用仿形胎架、三维坐标法进行构件组装，并在焊接过程中控制变形。S形钢龙骨拼装如图4所示。

　　图4 S形钢龙骨拼装示意   

　　3.2 弧形玻璃加工

　　经BIM模型分析发现，每块弧形玻璃展开后并非常规矩形(标准弧形玻璃展开为矩形)，而是4片不规则四边形，且弯弧半径小，以1 450mm居多(标准的弧形玻璃半径常规为1 800mm以上)。

　　通过定制3 660mm以上超常规原片，采用单边设备逐边切割磨边、玻璃钢化热弯弧形偏差控制、4层双夹胶抽真空防破损等技术，保障弯弧玻璃的加工质量和精度。

　　4 关键施工技术

　　4.1 S形钢龙骨高精度调节

　　通过对S形钢龙骨和幕墙索连接点调差机制的研究与精准测控，实现S形钢龙骨与幕墙索精准对接安装。

　　S形钢龙骨上部支点通过套座设计实现钢龙骨顶部与环形桁架连接的六向调整，消除顶部环形钢桁架施工偏差对幕墙S形钢龙骨上端定位、安装的影响。

　　S形钢龙骨下部支点通过现场实测钢龙骨销轴基准点与主体结构埋件间的距离，定制支座耳板，从而消化主体结构的前后进出偏差。其他方向(上下、左右以及偏转)的偏差由现场安装调节。

　　S形钢龙骨索支撑节点通过定制长度的单片钢耳板，消化幕墙索与S形钢龙骨之间的前后偏差，其他方向(上下、左右以及偏转)的偏差在容差范围内都能消化。

　　偏差调整措施如下。

　　1)主体间连接支座调节牛腿支座销轴为基准定位点。

　　2)连接耳板根据现场实测尺寸加工，现场焊接至正确位置，保证S形钢龙骨连接的空间位置准确。

　　3)S形钢龙骨拉索连接点以幕墙索夹具上销轴为基准定位点，另一端连接耳板根据现场实测加工，焊接至S形钢龙骨上(见图5)。

　　图5 S形钢龙骨拉索连接安装调节  

　　结合调节所需的定位控制点，在BIM模型中利用GH插件快速导出现场安装需要的S形钢龙骨定位坐标，施工现场利用全站仪将定位点精确放样，保障安装精度。幕墙S形钢龙骨安装效果如图6所示。

　　图6 幕墙S形钢龙骨安装效果  

　　4.2 天坛轮廓玻璃幕墙容差消除

　　曲面玻璃幕墙单元板块间充分考虑S形钢龙骨壳体的结构变形，横向上，板块与板块间留有20mm缝隙，用于吸收水平方向的结构位移及幕墙自身变形;玻璃板块顶部采用可滑移支座，在竖向可吸收±10mm位移量(见图7)。

　　4.3 玻璃幕墙单元体安装

　　4.3.1 单元体吊装

　　S形钢龙骨安装完成后，从两侧开始进行幕墙单元体吊装。使用80t起重机起吊至临近预定位置后，操作人员在单元体左、右两侧将单元体扶装、入位，固定单元体左、右侧压块，然后再分别固定单元体上、下转接件，转接件采用机丝孔正面固定，即完成本单元体吊装，继续施工下一单元体(见图8)。

　　图7 玻璃幕墙安装容差消除设置  

　　图8 玻璃单元体安装示意  

　　4.3.2 室内扣盖安装

　　单元体吊装完成后，所有室内扣盖在室内搭设脚手架安装。

　　4.3.3 室外扣盖安装

　　单元体安装完10个分格后，开始从(17)轴位置向中间流水安装单元体扣盖、保温毯等，扣盖安装完成后，对单元体十字交叉位置进行打胶处理。

　　4.3.4 单元体钢圆管安装

　　由于横向钢结构圆管的阻碍，无法实现内凹区玻璃安装，需在玻璃安装完成后安装横向钢结构圆管。每个分格内受影响的圆管共计5支，单元体扣盖安装完成后，将5支未安装的钢圆管栓接在主钢结构预留的钢挑板上。

　　4.3.5“冰丝带”安装

　　“冰丝带”安装固定在单元体外侧22圈钢圆管上，使用脚手架安装转接件，转接件安装完成后安装防火铝塑板、“丝带”玻璃半圆管，对胶缝位置进行打胶。玻璃幕墙安装过程中，通过容差安装控制，保障了玻璃安装精度、整体效果及使用功能。

　　5 结语

　　国家速滑馆项目天坛轮廓玻璃幕墙结构从深化设计至现场施工，应用主体结构扫描复测及参数化设计，将BIM模型数据传递至加工生产环节，指导施工阶段幕墙龙骨高精度调节和玻璃容差安装，实现了幕墙精准高效施工。