光谷国际网球中心15 000座网球馆由钢筋混凝土结构、钢结构屋面网架组成,钢屋盖为平移式可开合钢结构,总建筑面积54 340m²,建筑总高度46m,地上5层,网球馆呈圆形,观众席沿比赛场地环形布置,内场直径72m,斜看台顶部直径123m。该工程外立面造型独特,由64根倾斜的三角形主立柱与反向斜交的次圆杆件焊接形成了弧面菱形空间大网格结构,该结构既充当外幕墙结构的主支架,又形成了“旋风”的造型意象;网球馆外墙檐口以下由玻璃幕墙构成,面积约7 000m²,玻璃采用8+12A+6+1.52PVB+6钢化中空夹胶Low-E玻璃,为菱形分格。工程效果及主要节点如图1,2所示。

幕墙深化设计是根据主体结构图纸理论尺寸及结合BIM模型进行的,设计过程中综合考虑了幕墙线形、分割等外观美学因素,并将玻璃主板块分割为1 575mm×1 575mm的标准尺寸,以确保固定玻璃板块的点支座与主体结构支撑杆件正交对接及幕墙与主体结构弧面造型完美贴合。由于幕墙点支座是焊接在双向斜交形成的主体气旋钢结构上,这就决定了主体气旋结构的施工误差将会对点支座的安装产生直接影响。主体钢结构施工误差是必然存在的,因此点支座安装过程中必须进行重新定位调整,点支座的定位变化又将对幕墙线形、板块分割及后续玻璃板块下料尺寸产生直接影响。因此,点支座的合理定位是本工程的最大难点。

弧面菱形幕墙板块固定驳接支座是本工程的又一大特点及难点。一般的点式玻璃幕墙的承支爪件是平面的,很难对本项目的菱形弧面玻璃板块实现全面贴合固定,势必会对玻璃板块产生附加应力,出现安全隐患。另外,幕墙与原结构杆件贯穿处的玻璃缺口测量下料的准确性也是顺利施工的关键。

因此,根据上述分析的项目实施特点及难点,探索出一套合理有效的施工方案,对项目的顺利实施意义重大。

根据设计图纸,本幕墙共有5 016块菱形玻璃,每块玻璃由4个点支座进行固定,因此必须对每个支座进行科学合理的编号,以便后续测量复核及玻璃板块安装定位。编号按以下原则进行。

1)根据建筑样式,将幕墙立面平均分为东、南、西、北4个区。

2)将分隔点沿着距离最近的圆管从上而下排序(表皮下边缘上的分隔点不纳入编号范围),综合圆管的顺序编号形式X(西区)**(圆管序号)—**(圆管上点的序号)。

根据幕墙设计图纸提供的玻璃幕墙点支座焊接点位三维坐标(x,y,z),用全站仪进行定位校核,发现因主体结构杆件存在施工偏差,导致焊接点位无法按照原设计与原有主体结构杆件形成弧面正交对接,且这些偏差呈不规则状态,因此必须对点支座位置重新定位。

为保证幕墙结构安全,必须使得点支座与主体结构杆件有可靠的接触面,依照主体结构布置的原则执行,底座要确保能与圆管正交焊接,偏差不得超过±3mm,若偏差超过3mm需对支座在x,y方向上平移,并对支座连接进行加固处理;若严重偏离原结构杆件,则需对原结构杆件进行纠偏处理。支座在x,y方向调整规则为:首先保证圆管上同一水平方向点位标高一致,再确保斜面弧向的点位在圆管上连线为顺滑曲线,如此操作则能保证在误差存在的前提下达到较好的视觉效果,如图3所示。

依照以上原则对底座点焊安装完成后,在平台及各楼层进行多角度视觉观察,保证底座在玻璃分格上是顺畅弧线。如发现有明显偏离,要及时进行分析。如因结构误差引起,要通知钢结构施工单位马上进行调整结构;如因自身焊接原因引起,要尽快对底座进行调整。底座安装完成确认无误后,对底座进行满焊,满焊完成做完防锈处理后才能进行玻璃尺寸反馈。

1)为避免测量人员对处于高空位置的玻璃板块尺寸进行测量时出现混淆,进而导致玻璃尺寸反馈出错,需根据前述已定位编号的支座进行玻璃板块编号,以便玻璃板块加工完成后进行标识、存放、运输及安装。

2)按照理论,玻璃下料尺寸必须是玻璃放置到安装位置时的尺寸。但经施工人员对一个区域的玻璃进行复核发现,直接测量底支座间的距离,与精确测量尺寸的最大误差不超过5mm,因此玻璃分格尺寸反馈时,直接测量底座中心距即可。

3)对于菱形玻璃,要求反馈的尺寸为4条边长及2条对角线长度,为确保现场反馈尺寸的正确性,必须进行理论校核,即根据4条边长(A,B,C,D)与1条对角线长度(E)通过理论计算出另一条对角线的长度(F)与实际测量尺寸(F″)进行比对,如果误差较大(误差值>10mm),属于原始测量数据有误,需重新安排测量。若在误差范围内,则根据表1中A,B,C,D,E,F与设计胶缝宽度(20mm)通过三角函数计算出实际下料尺寸a,b,c,d,e,f,如图4所示。

菱形玻璃板块为四边形,且支撑点为4个角部,为解决尖角部受力易产生应力集中现象,加工时对玻璃板块的4个角部进行反倒角处理,这样也更好地与万向支座有更加紧密贴合的连接,有效解决了应力集中及不稳定等现象,如图5所示。

根据弧面菱形玻璃幕墙的特点,制作有针对性的支座是项目顺利实施的关键,本项目所采用的支座为万向驳接支座,主要由钢转接支座、球铰结构、圆筒芯、隔压板及装饰板构成,有效解决了与菱形玻璃板块的可靠连接,又保证了幕墙立面的弧面造型效果,具体特点及构造如下。

1)球铰结构的球缺平面部分贴合玻璃,由非金属材料(如尼龙)或软金属(如纯铝、铜等)制成,与玻璃为平面接触,有利于玻璃受力(见图7)。该结构与夹具的前后压盖为球面接触,球铰靠专用球面螺栓连接在前后压盖上,即保证球铰灵活转动,又把铰接结构与夹具连接为整体,方便施工。

2)玻璃内外2个球缺连同中间夹持部分的玻璃厚度正好形成球体,球心接近玻璃厚度中心,玻璃可发生自由变形(见图6)。该结构既有利于玻璃的转动,又保证玻璃与夹具有合理的接触面积。

3)夹具中每对玻璃球缺两侧的隔板也为非金属材料(如尼龙)制成,与夹具中间的圆筒芯一起对菱形玻璃幕墙板块形成三面合围,由于菱形玻璃板块下料时进行了反倒角处理(见图5),这样菱形玻璃板块的每个角部就可和夹具中间的圆筒芯达到很好的契合。

根据现场实际情况,主结构(Ф325圆管)贯穿玻璃幕墙接驳主要有A,B 2种类型。类型A为贯穿4块玻璃,即主结构杆件中心与玻璃板块点支座中心基本重合;类型B为贯穿2块玻璃,即主结构杆件中心与玻璃板块点支座中心偏离,如图7所示。针对这2种贯穿类型,玻璃板块下料处理规则为:(1)A型玻璃缺口形状为圆弧形,B型玻璃缺口的形状为椭圆形;(2)对于开缺玻璃的测量数据,必须是玻璃放置到安装位置时的尺寸;(3)A型需现场反馈尺寸为AB,AC,AD,AE,AF,BC,BD,CE,CF,B型需现场反馈尺寸为AB,AD,AE,AG,BG,BH,BC,DI,CD,CI,CF,DH,如图8所示。

光谷国际网球中心15 000座网球馆外围弧面菱形玻璃幕墙,具有主体结构复杂、玻璃板块下料加工、安装难度大、要求精度高等特点。结合项目实际,制定出了一套弧面菱形玻璃幕墙测量、下料、制作及安装等关键施工技术的控制要点及施工方案,准确高效地完成了幕墙安装任务。