随着城市的日益发展, 建筑外围护结构的功能要求逐渐增多, 幕墙也不仅限于玻璃幕墙、铝板幕墙等常规幕墙结构。建筑外立面采用混凝土预制构件, 且以干挂形式施工, 在全国实属首例。混凝土砌块作为幕墙, 自重大、安装精度非常高、施工难度大, 属于新技术、新材料、新工艺, 为施工方带来了很大的难题。

浙江大学艺术与考古博物馆幕墙工程位于余杭塘河北侧, 花蒋路东侧, 建筑面积25 189m², 地上4层, 地下1层, 建筑高度23m, 抗震设防烈度为6度。

本工程幕墙面积约13 500m², 种类有半隐框玻璃幕墙、铝板幕墙、大面混凝土砌块幕墙、遮阳百叶、格栅及玻璃采光顶。其中近10 000m²的外立面大面采用混凝土砌块, 并以干挂的形式施工。混凝土砌块尺寸多为3 000mm×240mm×150mm, 2 000mm×240mm×150mm, 最大构件为压顶部位的3 000mm×670mm×240mm, 最小构件为转角部位的 (245+245) mm×240mm×150mm, 砌块安装时采用干挂形式且错位安装。

为减轻混凝土砌块自重, 混凝土砌块背部需要做挖空处理, 砌块造型结构和中部断面如图1所示。混凝土砌块制作主要包含不锈钢预埋件加工、模具制作、钢筋下料、混凝土浇筑等施工工艺。

外立面幕墙使用的混凝土砌块厚度不同, 且同一砌块上下、左右干挂施工时采用的预埋件规格不同。为保证挂件的精准度, 所有预埋不锈钢挂件采用开模形式制作。混凝土砌块挂件形式如图2所示。

为保证混凝土砌块幕墙干挂精度, 不锈钢预埋件钢筋孔加工偏差控制在±1mm, 避让钢筋孔位偏差控制在±1.5mm, M10方形螺母用于砌块的高低调节, 方形螺母与不锈钢预埋件都采用开模的形式浇铸出来, 保证其受力性能。

组合钢模具主要由10mm厚的钢板通过连接件连接组成, 其侧模、端模和底模工作面之间的局部最大缝隙应≤0.5mm。砌块挖空部位的模具由于不受荷载影响, 采用6mm厚钢板作芯模。同时, 模具四周加设8mm厚的钢板勒板, 以避免浇筑混凝土时模具变形, 如图3所示。

混凝土砌块外立面尺寸要求高, 偏差要求控制在±2mm以内, 表面不得有明显的气孔与缺陷, 外立面四周设有5mm的倒角, 为此定制专门的钢模具, 模具内焊接倒角, 保持同样大小且打磨平整。

按照设计要求, 砌块幕墙实心部位钢筋的上下主筋采用2ф12螺纹钢筋, 腰筋采用单排2ф4钢筋, 箍筋采用ф4@200钢筋。

挖空部位钢筋的上下主筋采用2ф12螺纹钢筋, 腰筋采用单排1ф4钢筋, 箍筋采用ф4@200钢筋。

将钢筋放置在组装好的模具内, 钢筋与模具底部、左右两侧保持20mm的保护层间距。保护层间距内采用铁丝绑扎在短边的小方管上吊起来。

钢筋放置好后, 将芯模反扣在钢筋上 (保证与面层之间有50mm的间距) , 芯模两侧的支架通过螺栓固定在模具上。

由于整个混凝土砌块的受力都在砌块两端的不锈钢挂件上, 受精度要求, 挂件预埋偏差限制在±2mm之内, 在埋设该构件时要定位准确, 还要保证混凝土在浇筑振捣后位置不发生偏移。

同时, 每个挂件上留设钢筋孔, 在下料钢筋穿过该孔后, 采用电焊将钢筋与预埋件连接, 防止晃动。

为方便砌块现场安装时的吊装, 需要设置吊装孔, 吊装孔设置原则为长条形砌块在两端各设置1个吊装孔;转角砌块除了在两端设置外, 还要在转角处设置1个吊装孔, 保证起吊时的平稳。

部分砌块安装后完成面会凸出结构面50mm, 为保证吊装孔不暴露在外面, 进而影响内部构造钢筋, 为此, 吊装孔设置时中心距与面层之间的距离保持在65mm左右。

由于混凝土预埋构件精度的要求及保证外立面气孔尽可能得减少, 将各种需要浇筑的模具放在振捣平台上, 进行操作。

将拌制好的混凝土循序渐进地放入模具内, 每填至50%混凝土时, 采用人工进行压平, 压平时不可用力挤压, 防止钢筋及埋件变形。将灌满混凝土的振捣平台来回振动, 直至混凝土饱满。

振捣完毕后, 检查不锈钢埋件、吊装孔等位置偏差, 如超过允许偏差, 应立即清理混凝土, 取出钢筋再另行浇筑。

混凝土振捣完毕约5h后将挖空部位的芯模拆除, 然后将整个模具放置在蒸养设备上进行蒸养处理, 蒸汽养护8h或强度达到80%时脱模进行自然养护至强度100%。

混凝土砌块安装主要工艺流程为:完成预埋件敲凿→测量放线→补打后置埋件→预埋件、后置埋件现场抗拉、抗剪试验→钢龙骨安装→墙体清理、防水施工→保温、防火岩棉施工→防水透气膜安装→砌块安装→打胶、收尾施工。

为减轻建筑整体荷载, 采用槽式预埋件系统, 这种预埋件自重轻, 还能避免大量焊接板式埋件, 且方便调节, 保证工程质量, 加快施工进度。

槽式预埋件系统结合上墙转接角码等其他安装系统的设计, 能够充分地对幕墙系统进行上、下、左、右、进、出的调节, 从而很好地实现幕墙安装时的三维调节, 消化建筑对幕墙存在的尺寸误差, 以满足幕墙的安装需要, 保证幕墙的安装质量。埋件系统剖面如图4所示。

由于预埋件数量多, 在施工过程中如出现漏埋、埋设后在混凝土施工中被损坏或者偏差过大, 都将会影响龙骨的安装精准度。为能保证工程质量, 发生以上情况需要后补埋件。后补埋件中采用M12×160倒锥形 (定型) 化学锚栓, 每个后补埋件打4颗化学锚栓。后补埋件与预埋件均进行抗拉、抗剪等安全性能检测。

混凝土砌块作为外墙装饰面非常罕见, 且构件质量较大, 为保证施工质量, 采用的材料主要如下:竖向主龙骨采用100mm×100mm×6mm (厚) 热镀锌钢管, 结构梁部位采用 (220+70) mm×110mm×8mm钢角码连接, 二次板墙或不受主拉力的部位采用 (110+70) mm×110mm×8mm的钢角码连接, 砌块与龙骨之间采用65mm×50mm×8mm、长度为60mm的不锈钢连接件进行挂接, 同时采用相应的螺栓进行可靠固定。

钢龙骨安装时, 先用M12×145螺栓将其初步固定在连接件上, 再固定下部钢龙骨, 待初步固定好后, 再进行左右、进出的微调, 微调完成后方可进行螺栓的紧固工作。龙骨安装由下而上进行施工。

大面龙骨安装好后, 需要对整面的龙骨进行复核, 检查、调整偏差并进行记录, 最后进入满焊阶段。待槽式预埋件上M16螺栓部位方垫片等安装好后, 方垫片与钢角码之间采用三面点焊, 防止滑动。后置埋件与钢角码之间采用三面围焊, 焊缝高度不得低于钢角码的厚度。所有上部受拉部位方垫片都要进行点焊, 下部不需要焊接处理。

龙骨伸缩缝部位安装时采用20mm厚橡皮垫保证尺寸, 待龙骨安装完成后, 取出橡皮垫, 最后采用耐候胶进行封堵。

由于本工程的室内温度、湿度要求严格。因此, 外立面砌块内部四周需进行防水处理且处于连续封闭状态, 外立面采用80mm厚憎水性保温岩棉进行外保温施工。

为满足功能要求, 选用2mm厚喷涂速凝橡胶沥青防水涂料, 且在钢龙骨安装完成后进行大面喷涂施工。

80mm厚的保温岩棉铺设时, 由于会覆盖钢龙骨, 进而影响防水透气膜与砌块挂件的安装, 故在龙骨两侧挖掉25mm×100mm岩棉板, 留出足够的空间, 以便下道工序施工。

本工程幕墙采用的预制混凝土砌块一般约200k N, 最重砌块约1 600k N, 少量转角及收口部位为小型砌块。对于质量不同的砌块, 采用的吊装方式也不同。砌块长度1 000mm以上、3 000mm以下时采用电动起重机进行吊运施工;不超过90k N的小型砌块, 采用吊篮直接施工;压顶部位砌块一般在1 200~1 600k N, 采用起重机械直接安装到位。

砌块吊装前, 先运输至墙面, 将起重机上的挂钩拧进砌块预埋的吊装孔。慢慢提升砌块, 待其吊运至施工部位后, 在下面一块砌块左右各放置1块硬质橡皮垫, 既有效控制胶缝尺寸, 也能避免砌块下落时产生硬性碰撞, 使砌块表面破损。

砌块就位安装时, 先将砌块上不锈钢挂件与钢龙骨上不锈钢挂件初步卡扣, 再拧下吊装孔, 进行微调。

砌块竖向调节:调整时应保证不锈钢角码之间的卡扣相互锁扣, 基本无间隙。如出现偏差导致砌块预埋件的扣孔与钢龙骨上的不锈钢不能紧扣时, 应将砌块上侧两块预埋件方形螺母处的M10×25螺栓进行上下调节受力;另外, 两个不锈钢扣件高低距离太大时, 除了采用M10×25螺栓调节外, 还应在两个挂件的空隙处填充尼龙垫片。

砌块横向调节:横向调整时, 主要靠65mm×50mm×8mm不锈钢角码上的长条孔, 该长条孔的左右调节余地为±3mm, 而且只能进行单块砌块在该范围内的调整, 没有累计误差调整, 横向调整好后, 在砌块的一端采用M10×30不锈钢限位螺栓进行紧固。为防止滑动, 不锈钢外侧面与垫片都带有齿轮工作, 砌块幕墙剖面如图5所示, 局部效果如图6所示。

转角部位砌块也采用交错施工方式进行安装。如尺寸较小部位角码无法直接挂在钢龙骨的不锈钢连接件上, 则需要在转角尺寸小的面分段安装1根60mm×30mm×4mm的矩形管, 矩形管与100mm×100mm×6mm主龙骨之间采用M10×160螺栓进行连接。

女儿墙等压顶部位砌块质量较大, 需等该立面以下部位的砌块施工完毕并拆除吊装装置后才能进行施工。由于女儿墙砌块非常重, 直接采用50t起重机进行吊装。砌块安装前, 先在竖向主龙骨上安装热镀锌钢角码, 规格为63mm×40mm×6mm, 并在上面垫上10mm厚的橡皮垫块, 然后用M12×230不锈钢螺栓由底向上反穿过热镀锌角码。砌块在使用起重机械吊装时, 由人工配合将砌块的预留孔对准不锈钢螺栓安装, 对准螺栓后, 缓缓下落砌块。砌块位置调整完毕后, 螺栓孔采用与该部位相同颜色的混凝土进行封堵, 完成女儿墙压顶部位砌块安装。

浙江大学艺术与考古博物馆工程要求大面积采用混凝土砌块, 并以干挂形式施工, 这在全国实属首例。本工程运用组合模具结合芯模制作混凝土预制砌块, 采用槽式预埋件系统避免大量焊接板式埋件, 在干挂砌块部位的钢龙骨上安装不锈钢角码, 通过高强螺栓与钢龙骨有效连接, 利用喷涂内防水、保温棉外保温施工, 并通过对混凝土砌块吊运、干挂、微调等技术, 完成大体积砌块的吊装施工, 满足安全性能要求, 并保证了施工质量。

混凝土砌块幕墙施工完成后, 有效解决了混凝土砌块幕墙干挂的问题, 保证了建筑质量, 且建筑外观美观, 达到业主及设计要求。