卜学铭
北京中外建装饰设计有限责任公司 100102
摘要：
现如今建筑工程施工技术越来越成熟,幕墙技术也得到了非常广泛的应用,特别是在项目综合体建筑中应用非常普遍,使用幕墙能够对建筑工程起到很好的装饰和防护作用,但是由于幕墙施工环节非常的复杂,所以施工企业需要根据幕墙技术的施工特点,对施工中的每一个环节进行仔细的监督管理,保证幕墙施工的顺利进行。
当前,建筑造型逐渐由传统矩形向各种不规则形状、弧形线、曲线形转变。弧形线、曲线形的建筑立面造型因轻盈飘逸、灵动等特性受到广大设计师的青睐,各城市新建地标性建筑也多采用弧形线、曲线形的立面建筑造型。建筑幕墙多作为公共建筑的外立面围护结构,传统幕墙施工工艺中,立面为曲线形(尤其是内凹曲线)的幕墙存在空间定位难、吊篮多次安拆以适应外立面造型、幕墙板块吊装困难等问题,严重制约曲面幕墙的应用,曲面幕墙施工技术亟待革新。
为解决上述问题,通过分析重庆来福士广场实际工程重、难点,优化传统幕墙吊篮竖向爬升或下降施工工艺的同时结合BIM技术,提出一整套关于曲面幕墙的施工技术。
关键词：高层建筑；建筑信息模型；幕墙；塔楼；施工技术
前言
为解决曲面幕墙施工中幕墙空间定位难、幕墙吊篮多次安拆以适应外立面造型、幕墙板块吊装困难等问题,提出弧曲面幕墙施工关键技术,包括弧曲面幕墙空间三维放样技术、可调角度斜向爬升吊篮安装技术和幕墙板块吊装轨道系统。通过弧曲面幕墙施工关键技术,成功解决弧曲面幕墙施工中的难题,降低幕墙返工风险、减少材料浪费、节约成本,同时提高施工效率、缩短工期。
1.建筑幕墙的作用及其施工特点分析
幕墙作为建筑工程外墙装饰结构工程，不仅能够对建筑外观起到一定的美化作用，而且还能够通过幕墙结构自身的抗风压性能、水密性能、气密性能、平面内变形性能以及热工性能、光学性能、玻璃幕墙遮阳系数等物理性能，对建筑结构起到较好的防火、隔音以及防雷保护等功能，在建筑工程施工建设中具有十分重要的地位和影响。建筑幕墙主要包括面板结构和钢结构的支撑架构两个部分，其中，面板结构的材料形式较为多样，像人造板以及石板、玻璃、金属板等都是建筑幕墙施工中常用的面板材料。
与其他施工情况不同，建筑幕墙施工具有以下特点。首先，表现为施工工序较多，包含材料切割、挂板制作以及黏结等多个工艺环节，并且对各施工环节的质量控制与相互配合要求都比较高，需要各部门开展有效的协调与合作才能够确保其施工质量，因此，导致整个施工情况较为复杂；其次，建筑幕墙施工的露天作业情况，导致其施工过程中容易受到外部气候等自然条件影响，比如，对密封胶嵌缝施工就不能在较为炎热或者是雨天条件下开展。
2.建筑幕墙的必要性
以往的建筑节能是有效的控制建筑物中的能量损失，但是随着科技的不断发展，当前的建筑节能主要是强化建筑物的资源利用，虽然设计理念有很大的不同，但是总体目标却是一致的。在我国目前的建筑工程施工中，应用节能化的施工技术以及利用可再生资源替代不可再生资源实现能源的节约，有效减少建筑中的热量损失、电力资源消耗和水资源浪费。我国是人口大国，人们对建筑的需求非常高，如果能够通过有效的节能技术实现建筑节能，将会为我国节约大量的资源，有效实现我国经济和建筑业的同时进步，为建筑行业创造巨大的发展空间。因此，在建筑工程中应用节能幕墙是有效实现建筑节能的重要方法，合理的分析与应用建筑幕墙节能设计很有必要。
3.工程概况
重庆来福士广场项目位于重庆市渝中区朝天门处,项目直面长江与嘉陵江交汇口,项目总占地面积约9.2万m2,总建筑面积约113万m2。工程划分A,B2个标段,其中A标段约65万m2,T4N办公和酒店综合楼、T4S办公和公寓式酒店、T5和T6住宅4栋塔楼、景观天桥(空中连廊)及东侧部分裙楼、地下室。该工程塔楼均为风帆造型的立面弧形结构,有大面积曲面幕墙,如图1所示。
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图1重庆来福士项目
4.弧曲面幕墙施工关键技术
4.1弧曲面幕墙空间三维放样技术
充分利用建筑及幕墙BIM模型,精确获知各预埋件及幕墙龙骨位置,确定各控制点的空间位置,输入定位信息,即可使用RTS机器人全站仪对幕墙预埋件及幕墙板块位置进行精确定位,提高幕墙安装精度。复核阶段也可使用幕墙龙骨立面按高度布置的测点,准确测量幕墙各点与相应轴线的水平距离,可精确校核幕墙龙骨及幕墙板块定位。
4.2可调角度斜向爬升吊篮安装技术
结合传统的幕墙施工工艺,在幕墙使用吊篮的基础上研发一种可改变吊篮位置的顶杆,通过顶杆顶出或拉近吊篮上部悬挂机构与吊篮篮筐间悬挂的钢丝绳,使吊篮可调角度斜向爬升,完全适应建筑外立面弧形线、曲线形的建筑造型,避免吊篮反复安拆,如图2所示。
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图2吊篮斜向爬升示意图
吊篮上部悬挂机构的安装位置通过计算得到。首先以塔楼立面最底部楼层结构边为坐标原点,依次得到各楼层结构边的坐标,然后通过数学函数模拟分析塔楼立面的弧线或曲线,通过数学函数确定各段线形的竖向切点,最后根据竖向切点位置合理确定吊篮上部悬挂机构的安装位置。
4.3幕墙板块吊装轨道系统
在建筑外安装吊装轨道,安装风帆格栅时,可将风帆格栅通过轨道运输到该层的任意部位进行安装,如图3所示。通过单独设立风帆格栅的运输轨道,大大节省塔式起重机的使用次数和占用时间,节约施工成本。该吊装轨道可重复使用,节约施工成本。
图3吊装轨道系统
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5.弧曲面幕墙空间三维放样技术
风帆造型弧形幕墙在水平和垂直2个方向均为弧形,施工定位困难。首先据主体结构及幕墙BIM模型,精确获知各预埋件及幕墙龙骨的位置,确定各控制点的空间定位。随后将BIM模型的定位信息创建放样点、数据分层,并导出文件到LM80手簿中,在现场通过图形化的引导方式进行现场放样作业,落实三维设计精确施工。RTS机器人全站仪放样所需设备包含TRIMBLERTS建筑机器人全站仪、LM80手簿、全向棱镜等。
6.可调角度斜向爬升吊篮安装技术
6.1建筑立面线性数学模拟分析
以塔楼立面最底部楼层结构边为坐标原点,依次得到各楼层结构边的坐标(以T4S为例)。通过数学公式模拟得到曲线如图4所示。
图4数学公式模拟曲线
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在楼层内凹或外凸值最大处及楼层顶部设置吊篮安装位置,求解y=-0.0012x2+0.2933x-0.2344可知:当x=122.21m时y值最大,结合楼层结构边坐标点,吊篮布置在L29层。以顶出或拉近≤2m为原则,第2批吊篮安装位置值如下:
L29层往下:15.094m≤y≤17.094m;
L47层往下:9.798m≤y≤11.798m。
此时对应楼层分别为L18层和L45层,依次类推分别得到:第3批吊篮安装楼层为L14层和L42层,第4批吊篮安装位置为L11层和L37层,第5批吊篮安装位置为L9层,第6批吊篮安装位置为L7层,第7批吊篮安装位置为L5层,第8批吊篮安装位置为L4层,第9批吊篮安装位置为L3层,如图5所示。
图5吊篮安装位置示意
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6.2吊篮及顶杆装置安装
可调角度斜向爬升吊篮主要由悬挂机构、悬吊吊篮、顶杆和悬挂系统组成,悬挂机构指架设于建(构)筑物上部,通过钢丝绳悬挂吊篮的装置。悬吊吊篮是承载作业人员、工具、设备、材料,进行高处作业的工作平台。顶杆是可调角度斜向爬升吊篮的核心,通过控制顶杆顶出或拉近可控制吊篮的斜向爬升。
1)悬挂机构的安装、调试悬挂机构的安装如图6所示,先将插杆插入三角形前支架内,根据支架的最大高度调整插杆高度,用螺栓固定,先将插杆插入三角形前支架内,插杆高度与前支架高度相等,用螺栓固定,前、后支架完成安装。随后将前、后梁分别装入前、后支架插杆内,用中梁连接,前、后座间距在场地条件允许下尽量调整至最大,将上支柱安装在前支架插杆上。然后安装加强钢丝绳,调节螺旋扣的螺杆,绷紧加强钢丝绳,产生预应力,提高前梁刚度。再分别将工作钢丝绳、安全钢丝绳固定在前梁悬挂机构架上,检查上述各部件安装无误后,将悬挂机构安放在工作位置,前梁伸出合适的长度以利于安装装饰线条,2套悬挂机构内侧间距应等于悬吊平台的长度。悬挂机构的配重应均匀放置在后支架底座上,拧紧防盗螺栓,从端部放下工作钢丝绳、安全钢丝绳。
图6吊篮悬挂机构安装
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2)悬吊吊篮篮筐安装如图7所示,将底板垫高200mm以上后平放,对齐各基本节对接处,装上篮片,低篮片放于工作面一侧,用螺栓连接,预紧后保证整个平台框架平直,随后将提升机安装在侧篮两端,安装时需使安全锁支架朝向平台外侧,装成后均匀紧固全部连接螺栓。
图7悬吊吊篮篮筐安装
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3)顶杆装置安装将顶杆装置(见图8)底座安装在需要顶出及拉近的楼层。将底座用化学螺栓固定在混凝土楼板上,把已经架设好的吊篮钢丝绳挂在顶杆顶端的H形钢叉上,根据幕墙的安装需要将吊篮的钢丝绳顶出去或勾进来,调整好顶杆距离,用M14螺栓固定在底座上。当一部分顶杆空闲不用时,可卸下顶杆或安装到其他底座上继续使用。
图8顶杆装置
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4)悬挂系统安装悬挂系统包括安全锁、安全绳、重锤和绳卡等。工作时将安全锁锁定在钢丝绳上,防止平台下坠。重锤安装在钢丝绳下端,用以拉紧和稳定钢丝绳。绳卡用于连接操作人员和屋顶单独垂下的安全绳,起最后一重保护作用。
7.幕墙板块吊装轨道系统安装
7.1轨道吊设计
根据幕墙板块吊装选取适合楼层,确定轨道吊安装布置方案。轨道由I18组成,轨道行车线离结构外沿500mm,转角处可适当远离结构,保持600~800mm,每个悬臂均由1根钢丝绳斜拉。轨道支撑横杆安装在楼面上,轨道支撑最大间距≤3000mm,轨道距结构面500mm,横、竖向工字钢用M18高强螺栓连接。斜拉钢丝绳固定在上层楼面预埋件螺栓上,根据楼面的外轮廓设置轨道,转角处根据结构外形设置对应弧形轨道,方便板块滑移、垂直就位,如图9所示。
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图9吊装轨道示意
7.2轨道吊安装
吊装轨道材料和设备应通过电梯提前运输到相应安装楼层并堆放整齐,安装轨道前,应根据轨道布置放线确定悬挑工字钢的平面位置和进出位置；安装轨道时,主要顺序为；安装悬挑工字钢→将行车工字钢固定在悬挑工字钢上→安装斜拉钢丝绳。
结束语：
重庆来福士广场项目应用弧曲面幕墙施工关键技术,成功解决幕墙空间定位难、传统幕墙吊篮无法斜向爬升及幕墙材料垂直运输难等问题,降低幕墙返工风险、减少材料浪费、节约成本;同时提高施工效率、缩短工期,保证工程顺利施工。该弧曲面幕墙施工关键技术具有良好的社会效益和经济效益。
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