建筑幕墻施工技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用

建筑幕墻施工技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用

寧波視覺展廳的設(shè)計看起來是一輛巨大的卡車。外立面采用了玻璃和青綠色的釉面陶板相結(jié)合的雙層幕墻。建筑形體復(fù)雜，玻璃及陶板面板種類眾多，加工和施工難度很大。幕墻設(shè)計到施工全程采用了數(shù)字技術(shù)等其他創(chuàng)新技術(shù)，最大限度地保證了原建筑的設(shè)計效果，簡化了工程的施工步驟，有效減少了材料浪費，縮短了施工周期，降低了施工成本，對其他類似項目具有很好的指導(dǎo)和借鑒意義。1項目總結(jié)寧波市城市展覽館外立面由雙層幕墻組成，內(nèi)層為玻璃和鋁板幕墻，外層為陶板幕墻2層玻璃幕墻立柱施工難點本工程外層幕墻由異形彩釉陶板呈鱗片狀排列分布，左右2塊錯峰搭接，陶板幕墻立柱骨架為269根，每根具有唯一性。陶板面板7459種規(guī)格，共27883塊。陶板形狀根據(jù)造型要求專門研發(fā)定制，要求陶板安裝構(gòu)造不僅僅需要滿足x、y、z方向上三維調(diào)節(jié)，而且需要板面能以一定角度旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)整體扭曲效果。內(nèi)層玻璃幕墻系統(tǒng)平面上兩相鄰板塊間外夾角區(qū)間為161°～196°，豎直方向上幕墻面板與水平面夾角區(qū)間為30°～121°，且兩方向上角度均無規(guī)律變化，存在內(nèi)傾、外傾及垂直各形式，玻璃幕墻系統(tǒng)必須滿足角度不斷變化的要求。玻璃幕墻立柱骨架為475根，均為異形多段扭轉(zhuǎn)拼接，玻璃種類有16種，1679塊規(guī)格尺寸均不相同，要求玻璃幕墻構(gòu)造應(yīng)能適應(yīng)所有角度變化，而且必須安裝簡潔方便、安全可靠。幕墻立面形體復(fù)雜，不斷呈內(nèi)傾、外傾變化，玻璃幕墻立柱與主體結(jié)構(gòu)連接，陶板立柱需與玻璃幕墻立柱通過鋼牛腿進行連接，大多數(shù)立柱由2根或3根矩形鋼管上、下扭轉(zhuǎn)拼接而成，骨架均具有唯一性?，F(xiàn)場安裝均為三維空間定位，加之主體鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工誤差相對較大，給幕墻設(shè)計、加工、儲運、放樣和安裝帶來了非常大的難度，無法利用傳統(tǒng)的吊籃和腳手架施工安裝。加之各幕墻構(gòu)件定義數(shù)據(jù)繁多，傳統(tǒng)的二維設(shè)計及施工技術(shù)無法滿足要求。中庭大面積的玻璃采光頂如何實現(xiàn)遮陽、阻擋紫外線對室內(nèi)展品的損傷、節(jié)能減排也是本項目的一個重點內(nèi)容。3該項目中建筑墻體創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用3.1陶板制截面設(shè)計建筑最外表皮帶飛翼異形彩釉陶板的截面形狀、材質(zhì)特性以及表面處理方式，對建筑完成效果影響很大。通過制作工藝、生產(chǎn)成本、制作可行性、外觀耐久性等多項技術(shù)要求的對比，對面板材料的選擇進行了大量的研究，最終選定了陶板作為本項目的面板材料。為滿足層層拼疊搭接的鱗片狀外形效果，對陶板截面進行了特殊設(shè)計和定制，連接固定位置采用多腔閉口形式，充分考慮了材料、強度和連接構(gòu)造需要。拼疊搭接位置采用單壁變截面厚板懸挑形式，保證了連續(xù)搭接層次分明、立體感強的外形要求，陶板截面如圖2所示。為了保證陶板成品的平整度，考慮加工時陶板剛度不足、容易變形，陶板模具在飛翼位置設(shè)置了輔助空腔保證整體剛度，在燒制完成定形后再切除多余部分的腔體，陶板原始燒制截面如圖3所示。陶板釉面顏色和光澤度的選擇直接影響建筑最終完成效果，為此制作了大量的材料顏色小樣比對，最終采用了青綠色的釉面陶板，使得建筑與周邊景觀協(xié)調(diào)自然，同時意在延續(xù)和發(fā)揚寧波的“青瓷”文化。3.2組合單元安裝立面陶板呈參數(shù)化排布，豎向和左右間距均在不斷變化，加之陶板尺寸較小，安裝工藝對整體效果和施工進度影響非常大。按照常規(guī)的連接安裝工藝，每塊陶板均需要獨立安裝固定，每塊陶板一般需要4個連接固定點，2根橫梁。安裝效率低，材料成本和人工成本高，而且大量的連接點和骨架的布置會影響到陶板的室內(nèi)視覺效果。本工程用2根鋁合金方管穿入陶板空腔，將上下2塊或3塊陶板串成一個安裝單元，采用M5不銹鋼機械螺栓間隔相連，既不影響立面效果，又能很好地滿足串聯(lián)陶板單元的受力要求。通過此構(gòu)造措施，將27883塊異形陶板，組成了13453個陶板單元，大大簡化了施工步驟，減少了一半安裝橫梁，大大縮短了現(xiàn)場安裝時間3.3橫向鋼板組合安裝陶板幕墻鋼管橫梁前端設(shè)置通長鋼板帶，鋼板帶斷續(xù)開設(shè)長孔，水平可調(diào)，每個陶板單元上下設(shè)置2個安裝固定點，固定點角碼連接件垂直面和水平面上各設(shè)置2個豎直向一定長度的橢圓孔，實現(xiàn)前后、上下及角度可調(diào)。這4個孔的左右布置間距和橫梁鋼板帶上的開孔間距必須協(xié)調(diào)，以保證陶板連接件上至少有2個螺栓孔和橫向鋼板帶的螺栓孔相重疊，滿足陶板單元在橫向鋼板帶上任意點位的連接安裝和角度調(diào)節(jié)需求。陶板單元兩點安裝三維可調(diào)技術(shù)的運用，減少了一半橫梁和連接固定件，大大加快了陶板的安裝進度，縮短了施工工期，在降低材料成本的同時降低了人工成本，從而降低了工程造價。3.4玻璃板塊間夾角的確定曲面玻璃幕墻傳統(tǒng)做法是在玻璃與型材接觸位置設(shè)置可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)接頭，在角度變化多、變化范圍大的時候轉(zhuǎn)換模具多，現(xiàn)場調(diào)節(jié)復(fù)雜，造價相對較高。本工程內(nèi)層玻璃幕墻系統(tǒng)采用平板玻璃來擬合整體異形的曲面輪廓，玻璃板塊間夾角變化值范圍廣，將玻璃與骨架間接觸位置的三元乙丙橡膠條設(shè)計為弧形，使得玻璃與膠條接觸面為弧面，從而使得玻璃能夠繞膠條實現(xiàn)允許角度值范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，滿足所有玻璃板塊間的夾角要求，順利達到擬合曲面幕墻輪廓設(shè)計的要求。為了保證膠條與玻璃接觸面積及受力均勻，將膠條設(shè)置為實心結(jié)構(gòu)，邵氏硬度適當降低，控制在50～60之間，保證在玻璃安裝時具有一定的壓縮量，使得玻璃和膠條完美貼合，現(xiàn)場安裝簡便，不需要調(diào)節(jié)，節(jié)約了成本，加快了施工進度。具體構(gòu)造如圖4所示。3.5ptfe網(wǎng)格膜設(shè)計展覽館中庭頂部為大面積中空夾層玻璃采光頂，改善了室內(nèi)自然采光要求，同時帶來了節(jié)能問題和紫外線輻射的問題。通過在玻璃下側(cè)懸掛聚四氟乙烯PTFE網(wǎng)格膜，開孔率20%，不僅起到了遮陽作用，避免陽光直射到室內(nèi)，使大廳光線充足而柔和，阻擋了紫外線對室內(nèi)展品的照射，同時可以起到防墜落作用。PTFE網(wǎng)格膜面積約占玻璃采光頂面積3/5，外輪廓造型同采光頂平面，除周邊與邊線交接處為異形多邊形外，標準分格為9900mm×4500mm的板材錯縫排布。為方便安裝，將膜材與矩形鋼管框架在地面按照設(shè)定的預(yù)應(yīng)力張拉完成，形成安裝單元，每個單元板塊上設(shè)置6個角碼連接件，安裝時整體吊裝到設(shè)計標高位置與下鋼梁鋼結(jié)構(gòu)支座采用螺栓連接固定即可，避免了每塊膜材在高空安裝張拉的煩瑣施工工藝，安裝方式簡單、方便、快捷，膜材平整度高。3.6建筑外輻射法透射型輻射制冷膜是一種新型的節(jié)能材料，不同于傳統(tǒng)的隔熱膜、遮陽膜和輻射膜，其由有機高分子材料、無機功能材料等構(gòu)成，利用高選擇性紅外輻射窗口，將物體的熱量通過特定波段（8～13μm波長）的紅外電磁波傳遞至建筑外，能夠在保持較高可見光透過率、滿足人體室內(nèi)采光需求的同時，實現(xiàn)不耗能、晝夜利用輻射持續(xù)高效制冷的目的。在采光頂玻璃外側(cè)滿鋪輻射制冷膜，將室內(nèi)熱量通過膜表面以紅外輻射的形式向空氣中傳遞，實現(xiàn)在不消耗能源的情況下24h持續(xù)對室內(nèi)進行降溫，使玻璃表面的溫度低于周邊環(huán)境溫度，將室內(nèi)自然采光需求、人體舒適度和節(jié)約能源有機地統(tǒng)一起來，實現(xiàn)了高效節(jié)能。同時具有阻擋紫外線和近紅外線、減少太陽輻照得熱的效果，可降低室內(nèi)溫度，節(jié)省空調(diào)用電量，提高人體舒適度（圖5）。3.7利用幕墻系統(tǒng)立柱搭設(shè)安裝平臺的施工技術(shù)本工程雙層幕墻形體復(fù)雜，角度變化繁多，無法利用常規(guī)腳手架和吊籃安裝面板。為了簡化現(xiàn)場工作量，所有幕墻立柱均在工廠參數(shù)化加工組裝完成，現(xiàn)場直接吊裝，面板安裝時利用幕墻系統(tǒng)立柱在兩層幕墻中間空腔搭設(shè)安裝平臺，在中間空腔位置安裝玻璃面板和陶板，玻璃在室外側(cè)安裝，陶板在背面安裝，安裝方法安全、簡單、方便、快捷。3.8bim技術(shù)在幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、安裝和景觀工程中的應(yīng)用基于該項目的重要性及整體的復(fù)雜性，整個工程包括土建鋼結(jié)構(gòu)、室內(nèi)精裝修、外幕墻及景觀等均全過程采用BIM技術(shù)，其中幕墻工程因其高標準、高要求更是BIM技術(shù)應(yīng)用的重中之重。方案設(shè)計階段通過幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、土建、安裝和景觀專業(yè)模型的整合，進行各專業(yè)的碰撞檢查和協(xié)調(diào)設(shè)計，利用BIM模型對玻璃面板進行面積及曲率等各種分析后，最終采用平板擬合曲面、單曲擬合雙曲面造型，大大降低了工程造價。幕墻設(shè)計階段利用BIM技術(shù)輔助施工圖設(shè)計，利用模型導(dǎo)出骨架線模三維圖，通過對模型的剖面導(dǎo)出二維剖面圖以及玻璃與陶板的立面分格圖，確保了施工圖的直觀性及準確性。加工儲運階段根據(jù)分類后的構(gòu)件進行參數(shù)化設(shè)計，批量提取加工數(shù)據(jù)，提交加工廠加工?，F(xiàn)場安裝階段根據(jù)BIM模型，提供現(xiàn)場骨架三維放樣數(shù)據(jù)信息。正因為BIM技術(shù)的成功應(yīng)用，才保證了項目的順利實施。4陶板單元技術(shù)的應(yīng)用寧波城市展覽館是寧波市政府重點項目，外形靈動自然，幕墻形體復(fù)雜，施工難度大。設(shè)計、施工過場中采用了BIM技術(shù)等16項