烟台某酒厂科研楼, 由1栋主楼及配套裙房组成, 建筑面积35 000m², 主楼地下1层, 地上19层, 檐口高99.3m。整个建筑物外形复杂, 呈竖立橡木桶造型, 外装饰分为双曲面隐框式玻璃幕墙和穿孔铝板幕墙两部分, 其中玻璃幕墙像6个玻璃酒杯镶嵌在橡木酒桶上。如图1所示。

主楼中间截面大, 上、下截面小, 从每层平面看, 呈不断变化的梅花状。由于主楼每层大小不一致, 每层悬挑长度与角度均不一致, 即没有标准层, 双曲面异形玻璃幕墙钢骨架及玻璃制作、安装控制是一大难点。如图2所示。

1) 采用rhinoceros软件三维建模, 制定严密的测量方案进行准确定位、放线来实现对高程传递控制的精准性。

2) 钢结构制作拼装根据三维模型、现场1∶1放样, 利用钢管脚手架作胎架。幕墙骨架的制作拼装在胎架上完成, 骨架龙骨交叉点增加钢制圆盘, 通过监测钢制圆盘的位置来保证钢骨架的制作精度, 并减少焊缝。

3) 双曲面幕墙骨架安装针对主楼中间截面大, 上、下截面小的特点, 双曲面幕墙骨架采用2种安装方式;14层以下安装采用塔式起重机、倒链配合方式;15层以上采用塔式起重机安装。

4) 分片安装时, 相邻两片钢骨架间增减钢制插销, 保证相对位置的准确。

幕墙深化设计→施工准备→测量放线→后置件安装→幕墙骨架制作→幕墙骨架安装→玻璃安装→打胶→清洗。

rhinoceros软件针对异形曲面三维设计方便、快捷, 因此, 利用rhinoceros软件进行三维建模。如图3所示。

幕墙因弧面造型, 整个测量放线采用全站仪进行精确定位。对所有幕墙立柱进行编号, 每根立柱均有独立坐标, 这样可以保证幕墙立柱安装误差控制在1mm以内, 采用精确测量放线方案, 可以保证后期材料加工图的制作精确, 同时保证整体造型的曲面顺滑性。

后置埋件的位置由深化设计决定。

依据三维建模图纸, 并结合现场复核实际偏差以及施工技术方案, 在现场进行1∶1实体放样, 搭设脚手架作为胎架。

脚手架胎架搭设完毕后, 用全站仪进行复核, 并在骨架加工过程中全程监控。为保证幕墙钢骨架的加工精度, 骨架龙骨连接点增加1个钢制圆盘, 先将钢制圆盘的中心位置对准胎架立杆中心, 用全站仪逐一复核龙骨连接点标高及水平位置, 确定无误后用方钢龙骨先将钢制圆盘进行横向连接, 同理进行下一组圆盘横向连接, 最后进行圆盘斜向连接, 最终形成整片幕墙骨架。

1) 吊装前准备拟吊运平台必须设置隔离区域, 吊装时专职安全员应到场, 并应检查吊装设备及钢丝绳是否完好、缆风绳设置是否准确。吊装前做好试吊记录, 并报公司审批通过后方可开始吊装工作。

2) 由于制作的整榀钢网壳近50t, 而塔式起重机的安全起重量有限, 吊装时采用分片吊装的方式。由于中部外凸部分至下部内收近4m, 因此在中部外凸部分以下钢网壳吊装采用塔式起重机、倒链相互配合的方式, 中部外凸部分以上采用塔式起重机直接吊装。

中部外凸部分以下吊装; (1) 首先用塔式起重机将网壳吊运至安装的水平位置。 (2) 网壳起吊前根据设置的倒链数量, 在网壳吊点上固定好相同数量的吊带, 当塔式起重机将网壳吊至超出安装位置高度大约1m时, 施工人员用3m长钢筋钩将吊带拉至可操作位置与倒链连接。如图4所示。 (3) 塔式起重机将构件吊至结构安装位置的水平高度时采用倒链与网壳上起吊前预留的钢丝绳连接, 用倒链将网壳慢慢拉到安装位置后微调定位。同时塔式起重机根据倒链的受力情况慢慢松钩。此时构件质量作用在倒链上。 (4) 网壳吊装就位倒链与网壳上预留的吊带连接后, 开始倒链提升, 同时塔式起重机配合松钩, 网壳构件会慢慢地向安装位置靠拢。根据倒链设置的位置及力学原理, 塔式起重机完全松钩、网壳离安装位置还有300mm左右空间时再用设置在安装层结构柱上的倒链水平向内侧拉, 直到控制位置。使用全站仪三维坐标控制网壳的正确安装位置, 过程中的误差采用倒链微调, 就位后开始下道工序转接件焊接。

中部外凸部分以上吊装:塔式起重机将制作完成的钢网壳吊装在安装位置, 通过倒链进行调整至安装位置。

相邻两片钢骨架通过预先留置的插销来保证相对位置, 再对幕墙骨架进行检查校核, 误差控制在允许数值内。如图5所示。

钢网壳分片起吊、安装, 在每片网壳吊装至安装位置时, 与上片网壳进行焊接。

本工程玻璃规格为6+12A+6LOW-E中空钢化玻璃, 玻璃安装采用电动吊篮由上至下进行安装。玻璃板块应严格下料, 并按照层间统一编号。安装玻璃前, 先通过室内施工电梯运送至拟安装楼层分规格、按安装顺序进行堆放, 安装时从室内通过钢网片玻璃孔洞传递至室外吊篮上安装人员。

玻璃板块初装完成后就对板块进行调整, 调整的标准即横平、竖直、面平, 横平即横梁水平, 胶缝垂直;面平即各玻璃在同一平面内或弧面上。室外调整完后还要检查室内部分是否平直, 各处尺寸是否达到设计要求。

玻璃板块调整完成后用压板固定。如图6所示。

1) 清洁注胶缝 选用干净不脱毛的清洁布和二甲苯, 用“两块抹布法”将拟注胶缝在注胶前0.5h内清洁干净。

2) 填塞垫杆 选择规格合适、质量合格的垫杆填塞到拟注胶缝中, 保持垫杆与板块侧面有足够的摩擦力, 本工程玻璃幕墙胶缝为15mm, 则选用的垫杆直径为20mm, 填塞后垫杆凸出表面距玻璃表面约4mm。

3) 注胶 胶缝在清洁后0.5h内应尽快注胶, 超过时间后应重新清洁。

4) 刮胶 刮胶应沿同一方面将胶缝刮平 (或凹面) , 十字交叉处不得有接头, 同时应注意密封胶的固化时间。

5) 清理 撕掉刮胶纸, 用清洁剂和清洁布清理装饰面。

玻璃板块间胶缝处理完成后, 进行装饰条安装。

综上所述, 酒杯形双曲面玻璃幕墙施工技术详细介绍了酒杯形双曲面玻璃幕墙的施工步骤, 重点突出BIM技术在建筑幕墙中的应用, 利用三维模型1∶1实体放样, 通过脚手架胎架的重复利用, 双曲面钢网壳制作过程形成流水线作业, 为后续幕墙骨架钢网壳吊运、安装提供了有效的质量保证。同时也为今后高层建筑幕墙施工, 特别是曲面异形建筑幕墙提供借鉴。