变曲面外倾幕墙设计与安装技术总结

摘要：变曲面外倾幕墙属于复杂异形结构幕墙，具有典型代表性的拉索与钢结构配合安装的形式。每根不锈钢拉索空间角度、倾斜大小及空间方位不一。为了解决拉索外倾斜与钢结构相配合安装的难题，本工程研究并开发了“索与结构相配合的球铰结构”、“玻璃面板与抗风梁铰接支撑技术”和“玻璃拼缝柔性连接”三项技术，形成了大角度异形倾斜拉索幕墙综合施工技术。并且结合BIM施工技术、三维激光扫描技术、同步控制技术等，减少了异形幕墙施工的作业风险，节约了施工成本，实现了工期保障。

关键词：拉索幕墙；倾斜式幕墙；幕墙安装技术；钢结构与拉索组合式幕墙

1工程概况

6#艺术中心为地上三层的钢框架-支撑结构，由商业区、多功能厅及观演厅三部分组成，平面布置整体呈玉如意造型。观演厅及多功能厅外表面采用抗风梁+不锈钢拉索组合形式的变曲面外倾玻璃幕墙，抗风梁分为400*160*25*12（下部）和420*200*25*12（上部）两种规格的焊接箱型梁，每个厅均由14层水平方向的抗风梁和竖直方向的拉索组成，拉索采用Ø22mm不锈钢索，整个项目由156根拉索组成，拉索与水平面的最小倾斜角度达46.8°，整体玻璃幕墙体系由抗风梁承受水平方向的风荷载和地震作用，由拉索承受竖直方向的重力作用，幕墙最终完成面顶标高为23.8米。

2施工分区

所有幕墙部分均为于地平面以上，观演厅区域为I区，多功能厅区部位为Ⅱ区。

Ⅰ区域为观演厅，此部分玻璃幕墙全部为折线布置，工程体量大，可操做性较好，所以先行施工此位置，幕墙采用汽车吊配合曲臂车先行安装抗风梁和不锈钢拉索，再采用曲臂车配合吸盘车安装玻璃面板；Ⅱ区域为多功能厅，玻璃幕墙形式采用折线和圆弧组合布置，工程体量相对较少，但幕墙结构复杂，施工难度较大，做为后期施工，同时采用汽车吊配合曲臂车先行安装抗风梁和不锈钢拉索，再采用曲臂车配合吸盘车安装玻璃面板。

3施工技术

为了抵消抗风梁施工产生的偏差，满足每个拉索与抗风梁连接点具有足够的调节空间，同时保证每一根索完成后的同轴度，本工程开发了一套“索与结构相配合的球铰结构”。幕墙上的每一块玻璃均为不规则形状，且安装角度各不相同，为了便于玻璃加工及安装，专门针对玻璃的上下入槽构造设计了一种“玻璃面板与抗风梁铰接支撑技术”。幕墙外观要求拉索为隐藏式的，且每根拉索均布置于两块玻璃之间，为了解决此问题，研发出一种“玻璃拼缝柔性连接”的施工技术。

（1）“索与结构相配合的球铰结构”施工技术，在抗风梁内侧设置不锈钢索拉球铰装置，球铰装置分三部分组成：外侧为内套丝套筒结构，中间为上、下两半球形+固定抱箍铰接机构，上下为与抗风梁连接的固定钢板结构，球铰在套筒内有±5度的任意空间转动能力。

（2）“玻璃面板与抗风梁铰接支撑技术”的施工技术，玻璃采用上下入槽式安装，玻璃槽采用两个球形铰接铝型材组合而成，两个铰接铝型材可以相对调整角度为45º～90º之间，从而保证玻璃与抗风梁的夹角满足设计要求。

（3）“玻璃拼缝柔性连接”的施工技术，外倾式拉索玻璃幕墙中玻璃与玻璃之间内外两侧均采用柔性EPDM胶条连接，两层胶条将不锈钢拉索完美的包裹在其中，外侧胶条采用M型设计方式，采用胶条的柔韧性及可延展性来调整玻璃的左右安装偏差。

4施工工艺流程

外倾式拉索玻璃幕墙施工工艺流程：测量放线，依据设计要求放出每根抗风梁、抗风梁安装牛腿及不锈钢拉索的位置→安装牛腿→安装预加工好的抗风梁→安装不锈钢拉索的上、下固定端→安装不锈钢拉索，调整好与抗风梁的位置关系后固定→依据设计要求安装上下两端铝合金玻璃槽→安装室内铝板→据玻璃编号图安装玻璃→安装玻璃内外侧胶条→安装室外铝板→打胶、清理。

5安装方法：

（1）牛腿及抗风梁安装方法

A、依据完成的放线图，采用全站仪测量定位，将每一列牛腿焊装到V型结构柱上。

B、牛腿与抗风梁之间一边采用焊接，另一边采用螺接的形式进行固定 。

C、所有抗风梁完成后，采用3D扫描仪与原模型进行对比纠错，控制安装精度。

（2）索与结构相配合的球铰结构安装方法

A、依据放线图，将拉索上下支座安装到位。

B、套箍与球铰在加工厂提前预装在不锈钢拉索上，拉索到现场后先将索顶部调节端固定在相应的拉索的顶部支架上。

C、将拉索从上向下依次穿过相应的抗风梁，每穿过一根抗风梁就将对应位置的套筒及球铰底座提前装在拉索上。

D、当拉索穿过全部相应的抗风梁后，将拉索底部的调节端旋入预装好的钢支架上。

E、对拉索进行预应力的施加，本工程要求每根拉索应施加30KN的预应力，本工程对预应力张拉分四次施工，施加的比例分别为60%、80%、100%、100%。每次张拉全部完成后方可进行下级张拉。24小时后测量索力，并和理论值进行比较，误差控制在3%范围内

F、对每个球铰位置进行调整固定，通过套筒的内丝与球铰底座的外丝相配合来完成球铰的最终定位。其中球铰上底座用以确保拉索与抗风梁的连接，保证受力体系的完整性，球铰下底座用于防止球铰在负风压作用下与套筒脱落。

（3）玻璃面板与抗风梁铰接支撑技术安装方法

A、按照铝板编号图对抗风梁内侧铝板进行安装，并打胶清理一步到位。

B、室内铝板全部完成后，对抗风梁上的玻璃铝槽进行安装。

C、依据设计出具的底部L40*5的角钢安装定位图，对角钢与抗风梁进行定位安装，角钢与抗风梁进行焊接工艺。

D、对玻璃铝槽（型材二和型材三）进行安装，铝型材长度为100mm，按400mm间距均匀的插置在L40*5的角钢上，铝材与角钢之间增垫2mm厚防腐垫片。每段铝材上布置两个不锈钢螺钉与角钢限位。

E、对玻璃铝槽（型材一和型材四）进调试固定，型材一和型材二之间通过球型构造可以将型材一在45º～90º之间任意转动，从而适应玻璃的空间安装角度要求。型材一角度调整到位后在每个与型材二相交接位置均采用不锈钢螺钉固定。

（4）玻璃拼缝柔性连接技术安装方法

A、上下玻璃槽安装完成后，对玻璃槽进行清理。

B、玻璃通过两台曲臂车+一台吸盘车相配合，依据玻璃编号图将玻璃放到相应位置的玻璃槽内，玻璃与抗风梁之间加垫楔形EPDM垫块。

C、玻璃放入铝槽内后通过两组曲臂车上的安装工人人工调整玻璃的进出位置及竖直角度，外片玻璃与玻璃之间预留52mm的胶条安装缝隙。

D、将室内、外两侧的EPDM胶条压入提前粘接在玻璃上的铝材槽内，胶条应压实无脱落。

E、将胶条与玻璃之间的缝隙清理完成后再进行打胶处理。

（5）室外铝板安装

A、室外铝材外挑部分采用预制三角钢架螺接形式安装。即在地面提前将固定铝板用的三角架制作成型，再用曲臂车运至相应位置通过M8的不锈钢螺栓固定与抗风梁外表面。

B、依据设计提供的室外铝板编号图将所的铝板采用曲臂运送至相应位置，采用不锈钢螺钉固定于三角架上。铝板与玻璃相交接位置铝板直接插入玻璃槽内，用密封胶密封。

C、所有铝板安装完成后，将铝板顶端的灯带装入相应位置。

（6）实施效果

实际施工作业流程与施工方案及施工模拟过程高度吻合，外倾式拉索幕墙的安装全部一次性安装合格，整个过程未出现质量及安全问题。

6 结束语：

随着国内施工技术的发展，玻璃幕墙施工技术的成熟，具有复杂异形结构的拉索与钢结构相结合的幕墙形式因其独特的外观而越来越频繁的出现。本工程开展的复杂异形拉索幕墙安装技术的研究，获得了相关技术成果，不仅可保障本工程顺利实施，而且在该领域积累宝贵的工程施工经验，研究成果具有较高的推广应用前景，可为今后类似工程提供技术支持，为行业的进步做出贡献。

参考文献

[1] GB50755-2012钢结构工程施工规范

[2] GB21086-2007建筑幕墙

[3]JGJ 257-2012 索结构技术规程