苏州现代传媒广场项目建筑面积为32.8万m², 整个项目由2栋L形塔楼组成, 办公楼高214.8m, 共43层;酒店楼高164.9m, 共38层, 中间以倒马鞍形户外透风防雨幕墙相连。防雨幕墙单榀剖面外形如同英文字母M, 形状独特, 造型优美, 是舞动的丝绸设计理念中最为突出的建筑屋面表现形式。倒马鞍形防雨幕墙东西方向全长约109.2m, 南北方向顶部凹形部跨度为23m, 南北方向底部支座间跨度为34m。整体搁置在办公楼、酒店楼2个结构单体上;下支座高度:办公楼在6层32.880m标高处、酒店楼在7层30.150m标高处;顶部高度都在43.000m标高处 (办公楼8层、酒店楼9层) 。防雨幕墙沿东西长度方向从全长中央分别向东西两边排水, 即在屋架东西全长中央, 凹形底部至顶部约为17m, 而防雨幕墙东西两端凹形底部至顶部要更低, 约为22m。防雨幕墙表面的玻璃翼采用12mm+1.52PVB+12mm夹胶钢化彩釉玻璃。玻璃翼跟随主体钢结构呈曲面形状。玻璃翼长边用铝合金型材包边, 短边接缝注入耐候胶防水。每块玻璃翼4个支点连接 (见图1) 。

防雨幕墙主体钢屋架结构重约680t, 整体由两侧桁架、铸钢件、拉杆、水平杆和U形钢管组成, U形钢管由ф500×16无缝钢管弯曲而成, 水平杆由ф180×10无缝钢管直线连接在U形钢管侧壁上。防雨幕墙表面玻璃翼通过焊接在水平杆上的基座利用驳接件连接而成。防雨幕墙钢屋架的施工质量对后续玻璃翼的施工影响较大, 其安装技术参见文献[1], 在此不做赘述。由于防雨幕墙复杂的曲面造型, 高度高、长度和跨度都较大, 造成玻璃翼安装在施工工艺、保证质量、安全措施选择上存在一定困难, 如何选择合理、高效的施工工艺, 直接影响着整个工程的观感效果和施工进度, 做好防雨幕墙的施工技术的研究是成功的关键。

1) 防雨幕墙设计深化较复杂钢结构呈大跨复杂的曲面形状组合体, 建筑师只给出了一个轮廓效果图, 无法按设计立面形式图进行现场施工, 需要幕墙专业设计师在领会建筑设计师设计意图的基础上, 结合钢结构设计师设计的曲面形状进行深化设计, 正确选择面层材质、规格和尺寸以及固定方式。

2) 对复杂曲面防雨幕墙的细部节点, 还需要现场技术人员进行认真复核和相关计算, 对曲面最高、最低等关键部位的节点连接做法, 是采用加工复杂的大曲面玻璃连接, 还是采用小面积的直板玻璃翼进行拼接, 需要根据施工经验进行连接方式的考虑, 并及时与设计师沟通协商, 以便提供现场施工下料加工和安装节点蓝图。

3) 玻璃翼的加工、运输要求高采用曲面玻璃翼会增加构件加工、制作的难度, 采用小直面玻璃翼会造成每一块玻璃的加工尺寸不同, 增加了加工量和拼接精度的要求。玻璃翼生产厂家距该项目较远, 过多的材料对加工、运输条件要求高, 需要相应的辅助措施。

4) 现场施工堆放难度大防雨幕墙最低点距离地面21m, 最高点43m。下方是施工主要通道, 采用满堂脚手架无法保证玻璃翼搭接施工顺序, 占用主施工道路又会影响其他专业开展工作。同时大量的材料进场无法堆放在钢结构构架上, 只能根据施工进程陆续进场随用随吊, 增加了二次搬运的损坏风险。

5) 安装质量要求高、安全操作防护难度大由于每块玻璃翼采用4个支点固定, 每个支点的空间标高不同, 安装中的质量偏差易造成玻璃翼的不均匀受力, 在受到风雪荷载、钢构件不均匀受力变形等条件下容易产生自爆。安装工人在操作过程中主要的立足点在纵向直径150mm钢水平杆上, 由于曲面高差较大, 施工角度普遍在43°~67°的区域, 高空安装施工操作难度相当大。

幕墙连接节点和构造形式应当具有安全性和合理性, 其技术物理性能等指标应符合原设计和规范要求。对具有复杂异型曲面的防雨幕墙进行尺寸复核和下料工作, 必须通过CAD三维建模, 勾画出实物的空间三维尺寸外形 (见图2a) , 再按折面完全包裹曲面的方法, 将整个防雨幕墙曲面碎拼成长度方向为1 896~2 257mm, 宽度方向为764~1 199mm大小的、合计4 128块的梯形玻璃翼组合体。曲面的起始段、中间段和最高段如图2所示。

由于整个防雨幕墙合计采用了4千多块尺寸不同的玻璃翼, 材质为12mm+1.52PVB+12mm夹胶钢化玻璃, 生产周期长, 加上玻璃翼采用上下搭接固定, 只能从下向上顺序安装, 生产过程必须与现场安装流程一致, 对生产厂家的生产能力、流水组织、产品质量都有严格的要求。实际操作中厂家对出厂的每一块玻璃都使用了条码跟踪技术, 现场操作人员只需要用手机扫一下条码标识, 这块玻璃的加工时间、加工人员、质检员、安装位置等信息一目了然。安装工人只要找到相应图示的玻璃翼即可快速施工, 避免了现场乱堆难找的现象, 节省了时间, 当某块玻璃翼损坏时, 只需要将条码编号发回厂家及时补充加工, 快速而方便。

首先利用BIM技术可在虚拟环境中进行全部或部分试建造, 通过在计算机上进行虚拟试建, 按照既定的工艺进行虚施工, 反复模拟出安装过程可能出现的技术和安全问题, 提出相应的解决方案, 得出工期最短、资源消耗最优的施工工艺和路线, 以及如何对影响施工安全的隐患部位进行围护的措施和方法 (见图3a) 。并由项目工程师向安装作业班组进行交底, 让每个参与施工者都明白要干什么、如何干。当钢结构施工验收完毕后, 项目经理组织设计师、项目工程师、安装班组成员, 现场根据虚拟工序技术得出最优施工工艺进行预安装。对安装中发现的问题及时纠正, 尤其是玻璃分格尺寸、开孔的大小问题, 是否在整体上达到了建筑设计师的要求, 工人实际操作在抛面上的立脚点、安全绳固定点、玻璃的运输固定方式、一个班组的合理人数、安全网的设置等都进行详细的观察、分析和提出具体要求。只有通过了这个步骤, 玻璃翼、驳接件等材料才能大规模的生产加工。正式的安装工作才能有效开展, 才能在保证质量、安全的条件下顺利完成安装工作 (见图3b) 。

测量放线→基座安装→驳接件安装调整→玻璃翼初步安装固定→玻璃翼长边包边封堵, 短边对缝, 调平→玻璃翼最终固定→短边注胶密封→清理、拆除安全防护网。

测量放线工作的好坏直接关系到项目安装的质量和进度, 现场测量人员首先要对已完成的钢结构工程进行复核, 确保基层面可满足要求。考虑安装高度较高, 如果从地面控制点直接引测会产生数据误差, 部分钢结构纵向支杆也会影响观测视线。实测中控制主轴线如图4所示。利用高精度的经纬仪放出上节点长度方向各5个全站仪安装点, 然后分别在这10个点上架设2台全站仪, 其中1台放点, 1台复核。首先放出13根主钢构件上的驳接件基座固定点位置, 再通过相邻主钢构件上的驳接件基座固定点拉紧细钢丝, 按照每跨四等分用钢尺放出纵向钢拉管上的驳接件基座固定点。

基座焊接在钢构件上, 长度随水平杆位置误差调整。焊接点位置表面上的油漆应用砂轮机清理干净, 焊点周围应进行有效保护, 以防焊渣溅伤钢构件表面 (见图5) 。基座中的螺母应与驳接件的螺杆进行试连接, 以防止基座固定后更换困难。焊接时先点焊, 待位置校正后再满焊牢。质量员按检验批检查基座位置偏差、焊缝尺寸和焊接饱满度, 并报监理进行隐蔽验收, 合格后及时补刷与钢构件同材质、同做法油漆。基座不用时用塑料盖套好保护。

玻璃翼在加工厂按分格图先后拼装顺序加工完成, 每块玻璃都有不同的编号, 安装工人按分格图上相应的编号将玻璃通过软性吊带、电动葫芦牵引平放在指定位置上, 通过工人小心调整玻璃的左右、上下位置, 使玻璃翼能较轻松地套在4个驳接件上初步固定, 玻璃翼的安装顺序为先下后上、先里后外, 中央向两边对称进行, 安装后的玻璃翼保持缝隙均匀自然顺滑 (见图6) 。

驳接件外径较玻璃翼固定点开孔小0.5mm, 加上驳接件两端均设计成万向铰接, 方便玻璃翼局部轻微调整。由于玻璃翼相邻2块短边设计有1cm左右的胶缝, 拼缝要在同一面上才能进行打胶工作, 所以主要调整的就是相邻玻璃翼之间的接缝平整度, 精度要求在2mm以内, 调好后最终拧紧螺栓固定。再用2.5mm厚铝合金U形封边与玻璃翼长边用结构密封胶封边粘牢, 粘接前要用抹布将玻璃和铝合金接触位置擦洗干净, 采用满粘密封做法。短边接缝采用耐候胶连接, 工人先用专用的溶液对接缝打胶部位玻璃进行清洗擦干, 然后在胶缝两边侧贴保护胶带, 再用手动胶枪在胶缝处注入胶水。待干燥后将保护胶带小心清理干净, 质量要求保证胶体外观光滑, 整洁美观, 微向内凹, 无接头, 无残胶。

1) 由于防雨幕墙采用搭接式玻璃翼板块拼装, 宜从低处向高处搭接施工, 搭设满堂脚手架既无法满足顺序安装作业要求, 又影响地面主施工通道的使用。根据现场实际情况, 采用在钢结构下方随曲面形状挂设1层防火滤网和1层保护密网, 利用双层防护网, 防止小型物件如螺栓、螺母掉落地面, 安装工人用的扳手等工具用线绳拴在腰间的工具带上, 确保较大的用品万一发生掉落, 不会对下方人员和物料造成损害和发生安全事故。安装工人工作时主要穿专用防滑鞋踩在钢管梁上, 身体只能斜靠在钢管梁侧曲面上, 安全带扣在头顶上方的钢管梁上, 操作起来具有一定危险性, 安装工效不高, 每日工作时间不能超过6h。雨、雪天及五级以上大风天气停止施工作业。

2) 做好对每个安装工人安全技术教育的书面交底工作, 每班组施工前要对安全防护用品、围护结构、钢丝绳、电动葫芦等设施和工具进行全面检查。只有经过试拼阶段的安装工才能上岗作业, 并保证作业人员相对固定。每个安装班组13人, 其中3人在地面通过电动葫芦向上吊运材料, 4人在防雨幕墙临时接物点上接应, 并沿搭设好的临时平台搬运到安装点, 4人在曲面水平杆上安装。1名电焊工在旁边利用电焊机随时对个别偏斜较大的基座进行割除和调整, 班组长1人负责全面指挥。安全员每班全程跟班检查, 发现异常情况随时进行处理。

苏州现代传媒广场工程大跨复杂曲面透风防雨幕墙经过近3个月的现场安装顺利完工, 完成后的防雨幕墙观感顺滑流畅, 整体达到了“舞动的丝绸”的设计效果, 得到了业主、建筑设计师等各方的肯定。要想完成复杂曲面形状的玻璃翼安装施工, 测量放线定位准确是基础, 利用BIM模拟仿真技术下料合理是关键, 现场试拼装完善工艺流程是保证, 安全围护措施得当是保障。