一种异形建筑单曲变截面铝板幕墙施工新技术

作者：郑晓敏             

1  工程概况

  望京SOHO位于北京市朝阳区，由3栋集办公和商业于一体的高层建筑和3栋小型独立商业楼组成，最高1栋高度达200m。3栋塔楼及小商业楼全部使用独特的曲线造型，极具时尚和未来感(见图1)。各塔楼及小商业楼外装均为幕墙结构，通透部分为单元式玻璃幕墙，各层之间“白色流动飘带”为铝板幕墙，铝板幕墙单曲铝板截面形式多变，在各层建筑周圈形成一个自由连续的异弧形曲面。铝板幕墙工程从下至上与玻璃幕墙环环相扣，逐层退缩，空间角度多变，侧挂铝板倾角在500~890，其中屋盖部位最小倾角190。

2  铝板幕墙设计特点及施工难点

2.1  铝板幕墙设计特点

  铝板幕墙的造型形似一条鱼（见图2）。

  1)鱼尾部位铝板①平台结构挑板距离较大，平台铝板大多由2块或多块构成；②侧挂铝板多为弧形自由曲线，铝板可展开摊平，为单曲铝板；③侧挂铝板与水平面倾角变化较大；④平台铝板、侧挂铝板、吊顶铝板的纵缝在水平面的投影有错位现象，不在一条直线上。

  2)鱼头部位铝板①平台结构挑出较少，平台铝板由1块铝板构成；②侧挂铝板由相对规则的曲面铝板构成；③侧挂铝板与水平面的倾角变化相对规则；④平台板、吊顶板与侧挂板的纵缝在水平面的投影错位现象不严重。

  3)层间高度渐变部位铝板  ①侧挂铝板高度为变化状态，平台及吊顶铝板呈现斜坡状倾角；②横向钢龙骨与铝板面相距100mm，与铝板走势一致，为倾斜分布；③纵向钢架与水平面垂直分布，横向钢架与纵向钢架表面呈非900交错分布状态；④平台板、吊顶板与侧挂板的纵缝在水平面的投影错位现象不严重。

  4)侧挂铝板最小倾角部位铝板  ①倾角较小处均出现在鱼尾部位，越到高区楼层鱼尾部位，倾角相对越小；②600mm高侧挂铝板处，钢龙骨安装空间相对较小，容易出现安装空间不足的情况，龙骨加工、定位及施工要求相对精确。

  5)鱼头、鱼尾钢架设计  ①优化钢架体系，使钢架传力体系更清晰简洁，即纵向主受力钢架垂直于水平面布置，横向弯弧龙骨与挂座连接，保证精度；②避免出现各种转接件与挂座相互干扰情况发生；③简化施工环节中的测量放线步骤，提供简单、方便、快捷的龙骨定位方式；④横向龙骨的选型以及转接方式需要考虑角度适应性。

2.2  铝板幕墙施工难点

  1)顶埋侧出和起步钢架施工  根据设计要求，侧出的钢架与结构弧形边线距离为190mm，起步钢架统一高度为280mm，定位随建筑物造型生根于结构悬挑弧形板上，如何控制好钢架的定位、外伸长度是铝板幕墙安装成败的关键（见图3）。

  2)钢架龙骨安装  工程铝板钢架为工厂加工好的成品构件，且各构件长度因结构退缩宽度不一，定型尺寸各不相同，特别是鱼尾钢架单个构件较长，龙骨中间有支座，外侧龙骨斜度较大，保证龙骨安装定位准确是铝板顺利安装的关键（见图4）。

  3)曲面铝板安装工程铝板幕墙造型特殊，铝板分为平台板、吊顶板、侧挂板，尤其是侧挂板有倾角，倾角大小不一，各部位均不相同，无规律，保证侧挂铝板的安装定位、弧度是工程的一大难点，侧挂板的定位直接影响后续平台铝板、吊顶铝板的安装。

3  深化设计

  因外幕墙工程造型奇特、新颖，BIM技术在工程幕墙深化设计和施工中的运用显著提高了工作效率和质量。根据设计单位提供的幕墙外皮模型，直接构建包括埋件、龙骨、铝板、玻璃单元、连接件的幕墙三维精细模型，生成铝板、龙骨、玻璃单元等材料加工图、施工图，再将模型输入机床，实现曲面铝板的数字化加工，幕墙龙骨均根据生成的加工图在工厂加工成型，现场直接安装，大大降低了材料损耗，提高了劳动效率，确保了安装质量。

4  方案选择及施工流程

  外装铝板幕墙与单元板玻璃幕墙均为独立系统，先后安装互不影响，仅对安装难易、工程进度有影响，根据具体情况有如下2种方案。

  1)方案1 先安装铝板幕墙，再安装单元板玻璃幕墙（塔3做法）：测量定位->起步钢架、顶埋侧出龙骨安装->界面交接（土建屋面施工）->单元板底部、顶部基座型材安装->铝板纵向、横向龙骨安装->披水板安装->侧挂铝板转接铝挂件安装。侧挂铝板上、下口定位铝板条安装->侧挂铝板安装->吊顶铝板处擦窗机轨道安装->吊顶铝板安装。平台铝板灯槽安装->平台铝板安装->层间单元板安装->细部节点处理、保洁->验收。

  该方法优点有：①铝板安装先行，单元板块跟进，可以方便层间材料转运，施工效率高；②安全防护措施简单，操作便利；③铝板安装质量易控制。

  该方法也有缺点：楼层形成封闭条件较晚，对后续室内精装提前插入施工不利。

  2)方案2先安装单元板玻璃幕墙，再安装铝板幕墙（塔1、塔2做法）：测量定位->起步钢架、顶埋侧出龙骨安装->界面交接（土建屋面施工）->单元板底部、顶部基座型材安装->层间单元板安装->铝板纵向、横向龙骨安装->披水板安装->侧挂铝板转接铝挂件安装->侧挂铝板上、下口定位铝板条安装。侧挂铝板安装->吊顶铝板处擦窗机轨道安装。吊顶铝板安装->平台铝板灯槽安装->平台铝板安装->细部节点处理、保洁->验收。

  该方法优点为各楼层能很快形成封闭，为室内精装提前插入创造条件。其缺点有：①铝板层间运输、安装较困难；②安全防护措施搭设困难；③铝板收尾工作量大，细部处理不易控制。

5界面交接

  1)幕墙埋件随结构施工做好预埋，由幕墙单位进行预埋，土建配合。

  2)具备安装幕墙条件下，土建分层分段移交幕墙结构板边，主要检查结构板边线弧度是否符合设计要求。

  3)幕墙施工方接收结构后，即可进行单元板玻璃幕墙下钢架及铝板幕墙顶埋侧出龙骨安装，安装完成并经验收合格后把作业面移交给土建施工方。

  4)土建施工方接收幕墙施工方移交作业面，即可进行岩棉保温退台屋面施工，在土建施工方退台屋面各道工序完成后，土建施工方再次把作业面移交给幕墙施工方进行后续工序施工。

  5)平台铝板安装前，需先施工泛光灯槽，灯槽由幕墙施工方施工，电源预埋预留由机电单位进行，槽内灯管定位安装、电源线对接、调试由泛光单位完成。

6  施工技术措施

6.1测量定位

  测量全部采用全站仪进行，根据已有楼层坐标控制点建立坐标控制轴网，设置参考坐标点，完成对埋件、龙骨、铝板的测量定位。根据地面布设的坐标控制网对每层测量情况进行检查复测。如幕墙先封闭，土建结构需要提前完成测量定位工作，现场需做好测量点位保护工作。

  1)埋件测量放线  依据埋件点位分布图、幕墙板边线定位图，在CAD图上对每个埋件的中心进行精准坐标标注；利用全站仪直接在楼板上打出埋件中心点的坐标，对每个埋件进行精准定位。

  2)平台及吊顶铝板龙骨放线定位从3D模型 中直接导出CAD二维铝板龙骨平面图，在CAD图 上对每根龙骨的端点进行精准坐标标注，再利用全 站仪直接在楼板上打出龙骨端点坐标，对每根龙骨都能做到精准定位。

  3)铝板放线定位铝板轮廓线不规则无规律，但是侧挂铝板表面距挂座中心的距离可以根据模型维持不变，因此只要找准每个挂座的定位点点口可；挂座的水平标高测量，沿平台铝板表面向下97mm为定值；挂座的进出及左右定位完全依照模型，从模型中导出每个挂座的定位坐标，用全站仪定位。

  4)铝板外形轮廓测量复核  根据3D模型，对每块铝板上、下端各抽查至少3个点的坐标值（两端点及中间背筋处），利用全站仪，在建筑楼层外侧地面的多个参考测量点进行扫描打点，对每块铝板的控制点进行复查，将测量坐标与模型中坐标进行比对。根据实测点坐标结果，对铝板进行多维微调修正，直至达到要求的效果。

6.2起步钢架、顶埋侧出龙骨安装

  在埋件施工完成后，结构楼板面具备作业面的条件下，可随时提前施工。根据已测放控制线逐一安装立柱和顶埋侧出龙骨，随后再焊接立柱之间水平向角钢。①根据设计要求侧出的钢架外表面距离结构边线120mm；②如图5所示，设置2条结构参考线（因实际结构边线与理论结构边线有差异）；③将侧出的钢支座沿平台铝板纵缝水平投影面分布；④前后移动钢支座，当钢支座边线上的两个控制点与两条参考线重合时，钢支座即摆放到位；⑤焊接保证钢支座与埋件角焊缝高度4mm，焊缝长度≥160mm;⑥焊接完毕后，除焊渣，做防腐处理，涂刷防锈漆。

6.3纵、横向钢龙骨安装

  根据BIM模型，每榀龙骨单独编号，加工尺寸完全从模型中提取：①纵向钢架在工厂预先拼装焊接，有利于保证焊接质量，同时减少现场焊接对土建防水保温层的破坏；②钢架到现场后，根据编号布置图，依次安装，龙骨端头的控制点坐标完全依照模型反馈的数据确定；③平台钢架与侧挂钢架分体焊接，在现场用螺栓连接拼装，方便材料运输；④根据钢架外侧面距离理论结构板边190mm，平台钢架表面距离铝板面100mm的原则，确定钢架位置及安装高度，方便快捷。

6.4铝板挂座安装

  铝板挂座与铝板背筋一一对应，挂座定位点根据轴线反推，所有数据从BIM模型中提取。

6.5披水板安装

  由于作业面狭窄，披水板现场折弯难度大，因此在披水板安装前，需提前制作简易折弯工具对披水板按现场具体部位实测数据进行一定角度折弯加工，成型后进行安装。披水板与龙骨之间打完钉后，需在钉子上抹黑色耐候胶密封，披水板与结构连接处也同样需要打耐候密封胶。相邻两块披水板之间搭接长度为20mm，需拼接严实并打胶密封。

6.6铝板安装

  1)侧挂铝板安装  根据已安装好的侧挂铝板上端、下端横向通长定位铝条（弧形）及胶条，将侧挂铝板“靠”过去，即能基本到位，通过转接铝板挂座及挂钩处的多维调节（上下、进出、左右、角度旋转），实现铝板最终的精准定位，锁紧连接螺栓，铝板安装完毕（见图6）。

  2)吊顶铝板安装  各层的擦窗轨道需在吊顶铝板安装前安装，轨道为折线沿玻璃幕墙板块分格分布，无缝拼接。轨道安装完毕后，安装轨道外侧的深灰色装饰铝型材。然后自侧挂铝板开始，由外而内挂接安装吊顶板，将少量施工安装误差累积到擦窗机轨道处消耗掉。

  3)平台板安装  在侧挂板、吊顶板安装完成，并对其细部进行检验验收后，再安装平台铝板，平台铝板安装前先安装泛光照明灯槽（分布于鱼头、鱼尾处），然后自侧挂铝板开始，由外而内依次安装。将平台铝板施工安装误差累积到内侧与玻璃交接处，吸收到深灰色装饰扣板底部。

6.7施工安全措施

  1)材料垂直运输  通过设置在层间屋面起重机以及接货平台完成。

  2)各塔楼主要施工措施  塔1、塔2主要采用脚手架安装，即首层至6层为双排落地架，7层至顶层为型钢悬挑架+单层悬挑架，屋顶为满堂架，局部结合工具式操作平台车进行安装。塔3主要采用层间工具式操作平台车和单层悬挑架相结合的方式进行安装，屋顶为满堂架。

  7质量控制

  7.1  鱼头、鱼尾部位曲面铝板施工质量控制

  1)铝板背筋、转接挂座及横向龙骨的布置原则 直接影响安装是否顺利。严格遵照施工图及BIM模型提取的数据执行，施工之前要求设计部门进行各部位BIM碰撞检测。

  2)中间挂点处横龙骨水平布置，现场安装方便。横龙骨弧度参照铝板外形轮廓拟合而成，保证每个挂座均能完好挂接，不出现干涉及脱钩现象。

  7.2层间高度渐变部位铝板施工质量控制

  1)平台、吊顶横向钢龙骨均平行于铝板面，呈斜坡布置(保证铝板面距龙骨完成面距离为定值100mm)，便于铝板安装定位。

  2)高度>1 100mm的侧挂铝板，中间加强点处横向龙骨水平布置，增设挂钩，承担水平风压，挂钩连接，便于施工安装。

  3)中间加点处横向龙骨水平布置，便于施工测 量定位。

  4)采用不锈钢挂轴和铝合金挂钩挂接，方便安装。

  5)可以在侧挂铝板上、下端固定后，对中间加强点进行连接。

  7.3  后期维护及更换措施

  1)平台铝板更换措施  ①将平台铝板内侧靠近玻璃处深灰色扣板拆开；②松开深灰色扣板底部平台铝板紧固螺钉；③将平台铝板自外而内滑动，待前端插头从槽口滑出后，平台板即拆下；④安装新铝板时，按照相反的顺序操作即可。

  2)吊顶铝板更换措施  ①将吊顶铝板纵向开缝内的铝合金插片向上挤压，滑动推到一侧，将其从缝中滑出，取出插片；②将吊顶铝板靠近擦窗轨道处端头限位角铝螺钉拆掉；③将吊顶铝板自外而内滑动，待前端插头从槽口滑出后，平台板即拆下；④安装新铝板时，按照相反的顺序操作即可。

  3)侧挂铝板更换措施  ①拆卸相邻的平台铝板；②拆卸相邻的吊顶铝板；③拆卸、更换侧挂铝板；④重新安装吊顶铝板。

8结语

根据工程各塔楼不同的结构形式和工期要求，通过调整玻璃幕墙和铝板幕墙的安装顺序，并对不同安装工况、不同部位采取了针对性的安全防护措施，经过精心组织，合理安排，在保证质量，安全的情况下，又满足了与室内工序穿插需求，确保了工程期节点，取得了良好的经济效益和社会效益。

9[摘要]以望京SOHO中心工程为例，阐述了异弧形建筑单曲变截面铝板幕墙的整个施工过程，重点介绍了深化设计特点及施工难点、方案选择、测量定位、质量控制等，确保了工期，取得了良好的经济效益和社会效益。