高层建筑三维扭转玻璃幕墙安装技术的研讨

张 卫

ZHANG Wei

(杭州市建设工程质量安全监督总站，浙江杭州310005)

高层或超高层建筑垂直立面的玻璃幕墙一般采用施工吊篮进行安装，近年来在现代大型的高层或超高层建筑中出现了许多建筑工艺造型较复杂的立面，不仅在水平方向设计成折线或曲面，在垂直方向也设计成不规则曲面，整体立面形成有规律的几何形状。杭州来福士广场建筑三维扭转幕墙就是一例，对于这种几何形状立面的玻璃幕墙如何安装是本文研讨的主题。

1 工程概况

杭州来福士广场工程位于杭州市富春路与新业路交叉口，毗邻杭州市新行政中心——市民广场，占地面积41000 m2，总建筑面积381600 m2，其中地下3 层(建筑面积98000 m2)，地上59 层(建筑面积283600 m2)，由7～10 层副楼/裙房及两座地上250 m高的塔楼组成。各楼层平面较复杂，其土建外侧结构线变化较大，外立面幕墙是曲线变化的三维扭转几何形状，主要由4 种(FS01～04)系统单元板块安装而成。广场立面图及以塔楼T2 为例的土建外侧结构线平面投影图见图1、图2。

图1 来福士广场立面图

图2 T2 塔楼土建外侧结构变化线投影图

2 玻璃幕墙单元板块安装方案分析

杭州来福士项目两座250 m 高的塔楼外墙面没有上下层直线型的立面，都设计成内凹或外凸。玻璃幕墙由单元板块安装成外立面为不规则曲面呈整体三维扭转几何形状［1］。因此，不能采用一种方法进行安装，必须针对不同的外立面变化采用不同的安装方案。

2.1 单轨吊机安装方案

该方案是在某一层土建结构外侧悬挑设置单轨，吊机(电动葫芦)沿着单轨行走，安装以下若干层外立面的玻璃幕墙单元板块。单轨吊机搭设形式见图3。单轨吊机搭设构造图见图4。

单轨吊机的特点:安装用的吊机(电动葫芦)在单轨上行走，移动方便不用人工搬移;当较多楼层的玻璃幕墙立面在竖向内凹或外凸变化不大时(1 m左右)，其使用效率较高，但若每楼层或只有少数几层(如2～3 层)设置单轨吊机，其使用效率不高，施工费用也较大。因此，它的适用范围受到一定限制。如本实例工程仅设置在17 层，用于安装2～16 层及设置在顶层用于安装40～58 层的玻璃幕墙单元板块。因这些楼层的土建结构外侧变化线不大，玻璃幕墙竖向的几何形状变化较小。

图3 单轨吊机搭设形式

图4 单轨吊机搭设构造图

2.2 单臂吊机安装方案

该方案就是利用单独的1 台单臂吊机安放在某一层安装以下楼层外立面的玻璃幕墙单元板块。具体搭设形式见图5。

单臂吊机的特点:属于台式吊机，可重复使用;构造简单，可以自制;机动灵活，易于移动;放置在某一楼层安装以下若干楼层外立面的玻璃幕墙单元板块，能适应各楼层土建结构外侧变化线较大时的玻璃幕墙单元板块安装，使用范围较大，各种曲线变化立面的玻璃幕墙单元板块均可安装。如本实例工程18～36 层外侧结构变化最大处，土建结构每2 层有近1.5 m 的内缩，37～58 层每2 层也有大于0.5 m的外挑。若采用单轨吊机安装，则须每3～4 层搭设一次轨道以满足吊装需求，单轨吊机的利用大大降低，同时也影响工程进度。因此，18～58 层宜采用单臂吊机进行玻璃幕墙单元板块的安装。

图5 单臂吊机搭设形式

3 幕墙安装前主要的技术准备

对于高层或超高层建筑整体立面为曲线变化有规律的几何形状的玻璃幕墙，为了确保幕墙安装工程的顺利进行和质量，在安装之前除了玻璃幕墙细化设计外，现场应做好如下主要的技术准备。

3.1 筹划总体安装施工顺序

3.1.1 平面内施工顺序的选择 由于曲面变化的几何形状(如三维扭转)的玻璃幕墙，其每层楼的土建外侧结构变化线是有规律的内缩或外凸，但必须有明显分割的转折点(或称转角点)，据此在平面内应合理选择玻璃幕墙的安装顺序(方向)。一般以转折点(拐点)为起始点，拟采用对称方式向某个方向顺序安装。本实例工程平面内安装顺序见图6。

图6 楼层平面内幕墙安装顺序

图6 中4 个转角处均为框架幕墙，因此几个立面的单元幕墙系统在安装上均是独立的;平面内单元板块的安装顺序的原则是先从转角处的单元板块开始安装(转角板块若安排在最后安装将会出现难以收口等问题);装饰条随单元板块的安装即可进行安装，只要具备安装面即可进行装饰条的安装。

图6 中所示的安装顺序为示意图，现场实际安装时可以根据工程的需要进行调整，但只要转角板块先进行安装即可。

3.1.2 竖向内施工顺序的选择 根据高层或超高层建筑高度(层数)及玻璃幕墙竖向造型变化程度，可按楼层外侧结构变化线划分几个施工段，将外侧结构线(内缩和外凸)变化不大的几个楼层作为一个施工段，并采取相适应的玻璃幕墙单元板块及装饰条的吊装方法［2］。以本工程为例，其竖向分为四个施工段进行施工，分别是:(1)主楼2～16 层施工段;(2)主楼17～31 层施工段;(3)主楼32～45 层施工段;(4)主楼46～59 层施工段。

3.2 制订幕墙工程测量方案

施工测量是整个幕墙施工的基础工作，直接影响着幕墙的安装质量。特别对类似三维扭转型几何形状的玻璃幕墙，应精确测量主体建筑物结构的外轮廓线，然后根据测量结果调整幕墙施工图，如影响不大可针对土建结构进行调整，并经设计师确认，因此必须努力提高测量放线的精度。测量放线在进场后应与总包、监理等单位协调，由专业测量人员进行放线工作，采用最先进的测量仪器及设备，以确保测量定位的精度及幕墙工程的整体建筑效果。对本实例工程测量方案的分析如下:

本工程塔楼呈曲面螺旋上升结构，几乎每一个楼层均不相同，因此需要对每一个楼层进行测量，测量时根据楼层内总包提供的已知水准点进行测量和放线。基本方法是用直角坐标法建立测点控制网，以控制网为基线按幕墙施工图要求测设幕墙各支撑点的坐标系(xi、yi)以确定其正确位置。具体做法概述如下:若总包给出每层楼内的已知坐标点(图7)，则以此坐标点进行测量放线，若总包未给出每层楼内的坐标点，则将把楼体内的外围控制点引入到首层内，并通过楼层内的层层传递，传递到需要测量的楼层。

根据图7 所示的四个坐标点，在平面内将塔楼划分成如图8 所示的测量区域。

现以测量I 区域为例介绍其测量方法:

第一步，利用水准仪及50 m 卷尺，根据已知测点，找出图9 所示的“A”点和“B”点。高度方向的坐标可以通过总包给出的“1”米线利用水准仪进行引进。

图7 楼层已知测点布置图

图8 平面内测量分区图

图9 Ⅰ测区待测点示意图

第二步，根据已知测点与测量出的“A”点和“B”点布设平面内的控制网，见图10。图10 中所示的A1、A2、A3、A4……及B1、B2、B3、B4……。可通过50 m 卷尺与水准仪进行测量，由此可以通过水准仪找出(A1，B1)、(A2，B2)、(A3，B3)、(A4，B4)等控制点(此控制点可以根据土建变化需求进行多点采集)。图示的测量点仅为示意图，可根据工程的具体情况把特征变化点的定位点均可通过此平面控制网放线出来，以满足工程的需要。

图10 测点控制网

第三步，从图10 可以得知，根据已经测量出的(A3，B3)坐标与(A4，B4)坐标点，可以得出两点之间的所有转接件的坐标点(xi、yi)。

其他各测区的测量方法与此类似，不赘述。

3.3 单元板块吊装前的运输及存放

3.3.1 现场垂直运输 包括三种情况。

3.3.1.1 钢制进货平台搭设 (1)单元板块进货平台的设置是针对高层建筑玻璃幕墙单元板块的施工、单轨吊机、单臂吊机(或其他吊装设备)吊装的行走行程及工程附近的客观条件而确定的。

(2)在单元板块存放层架设进料钢平台，安装在存放层的层间楼板上。

(3)钢平台为可伸缩式平台，在进行垂直运输时，平台处于伸展状态;其他时间则将平台收进楼层，不影响其他施工单位的垂直运输。如遇暴风雨等特殊气候，钢平台的伸缩特性能确保其完全不受恶劣气候影响。

(4)平台一般是在工地现场加工制作，制作完毕后，利用总包的塔吊进行平台的整体吊装。平台进入楼层后再将支撑钢结构与伸缩轨道相连接，最终形成完整的可伸缩式钢平台。

3.3.1.2 钢制进货平台移动图 根据本工程特点，每隔2 层设置单元板块存放层，因此钢平台的移动较频繁。平台移动时，先将钢支撑拆除，然后将钢平台与轨道锁死后利用总包的塔吊进行平台的整体吊装。到达下一存放层后再将支撑钢结构与轨道相连接，再次形成完整的可伸缩式钢平台。

3.3.1.3 通过塔吊进行的垂直运输 由于单元板块体积大、重量沉，可考虑采用专门设计的单元板块存放架摆放后利用施工塔吊将单元板块吊至楼层内存放，并派专人进行有效的管理。为了防止单元板块在吊装时的滑落，引发危险事故的发生，应将单元板块放于板块垂直运输防护栏(吊装铁笼)内吊运。

3.3.2 单元板块的存放与运输 有三种办法。

3.3.2.1 单元板块存放层设置 幕墙单元板块存放层应根据立面变化及吊装设备所能覆盖的楼层而设置。如本实例工程塔楼幕墙的施工，根据吊装设备布置单元板块的堆放需求及其在楼层内布局、楼层水平运输等情况，拟每2 层设置一个单元板块存放层，每个存放层可存放本层及其下一层的单元板块。

单元板块存放层内，存放区域及水平运输区域内的砌体结构需在单元吊装完成后砌筑。

3.3.2.2 单元板块楼层内布置 单元板块应相应存放在靠近安装位置的一面，按照安装顺序编号，对号入座，倒序装架存放在楼层上，即后安装的先进，先安装的后进(先进后出、后进先出)。做好存放层的平面布置规划，实现板块的合理、有序堆放，否则将大大降低板块的吊装速度。为做好此项管理应注意以下几个方面:

(1)单元板块必须按安装的先后顺序，倒序进场，否则会占用存放层内有限空间。

(2)单元板块存放位置必须对应安装位置严格执行分区摆放的原则。

(3)在任何时候均应确保行人及板块运输通道的畅通。

(4)不同种类的板块原则上不允许叠放。

3.3.2.3 单元板块存放层内运输 (1)单元板块在楼层内的平面运输包括以下作业:单元板块由进货平台运至指定存放地点，并确保有序、分区摆放。此过程使用液压车进行。单元板块由叠加存放状态分解成单个板块。单个单元板块运至吊装位置。

(2)单元板块楼层内运输所使用机具为门形吊机。此吊机在设计时应考虑到楼内高度空间及单元板块周转架的宽度。

(3)单元板块楼层内(出)运输过程:①通过液压车将单元板块运至安装位置;②采用门式吊机取板;③单元板块运至起抛器位置并下落;④清洁单元板块并进行装饰条连接件的安装;⑤单元板块起吊出楼层。

4 玻璃幕墙单元板块的安装过程

以单臂吊机安装为例的单元板块安装过程如下［3］:

4.1 将单元板块吊出板块存放层

(1)单元板块通过门式吊机运输至单元板块起抛器。施工人员在起抛器处于水平状态时将装饰条连接件固定在单元板块上，随后再进行单元板块的起吊。

(2)吊装时单臂吊机在指挥人员的指示下缓缓提升板块，同时存放层内人员借助起抛器，将板块向楼外移动。

4.2 单元板块的下行

(1)单元板块的下行过程由板块吊装层上一层的指挥人员负责指挥。

(2)单元板块在下行过程中应确保在所有经过层都有人员传接板块，防止板块在风力作用下与楼体发生碰撞。

4.3 单元板块的水平对接

(1)单元板块下行至单元体挂点与转接高度之间相距200 mm 时，命令板块停止下行，并进行单元板块的水平方向对接。

(2)板块水平对接时，保持板块的垂直度，对接时，对板块间的缝隙进行严格的控制，通过游标卡尺等测量设备控制板块间的缝隙，待缝隙调整到适当位置后，放入插板并固定水平之间的间隙。

4.4 单元板块的竖直插接

(1)单元板块下行插接时，通过单臂吊机上的卷扬机控制板块的下行，板块就位后，通过木锤等设备校正板块，板块安装后，再进行铝板等封修的安装。

(2)注意竖直方向的对接间隙，待间隙调整均匀一致时方可固定竖直方向的插板。

其工艺流程见下图11。

图11 吊臂吊机单元板块安装过程

在安装时对单元板块进行微调［4］:

(1)借助水平仪测量板块高度方向的误差，并通过调节螺栓实现板块高度方向的微调。

(2)利用米尺丈量单元板块的左右接缝及进出位置;如超差，则利用调整机构、撬棍、橡皮棰等工具对单元体进行左右、前后方向的微调。

(3)调整完毕后将连接挂件与转接件锁紧。

单轨吊机的安装过程如同单臂吊机的安装过程，其不同之处是以单轨上的电动葫芦为起吊动力。

5 竖向装饰条安装

装饰条的安装与单元板块同步交叉进行，即只要具备安装装饰条的安装面即可进行装饰条的安装。可采用小型单臂吊机吊运，施工人员则通过吊篮进行安装，见图12。

图12 装饰条安装示意图

6 单元板块的水平装饰条安装

6.1 施工工艺顺序

单元板块的水平装饰条施工工艺流程为:装饰条支撑钢结构安装→下部单元板块安装→起步横梁安装→层间封修施工→层间复合铝板装饰条安装→安装上部单元板块。本文重点介绍工艺流程装饰条支撑钢结构安装和层间复合铝板装饰条安装。

6.2 钢结构安装

为防止钢结构焊接时对下方幕墙产生破坏，须先进行装饰条支撑结构的施工。钢结构安装完成后再进行单元板块及装饰条的施工。装饰条支撑钢结构采用吊篮施工，安装时将吊篮架设在上部土建楼层内。

可根据土建结构层向内缩或外挑的尺寸，综合考虑吊篮支架外探范围等因素，每安装4 层钢结构重新架设一次吊篮支架。

6.3 层间复合铝板装饰条安装

6.3.1 安装方式 本工程之一的FS02 LANDSCAPE 系统有水平间隔分布的装饰条，由于该部位的特殊性，其上方有外挑约900 mm 左右的土建楼板，同时装饰条与内部单元板块交接采用密封胶防水密封。上部装饰条与幕墙的交接部位，由于上方单元板块在装饰条安装完成之后施工，故密封胶及封修可直接在室内完成。而下部单元板块与装饰条间的交接部位则必须在单元板块安装后进行施工，无法再从室内直接安装，针对以上特点，拟采用伸缩式吊篮施工。

伸缩式吊篮自身拥有稳定的平衡系统，避免了施工过程中由于吊篮晃动而产生的安全隐患。同时吊篮吊臂可随施工需要伸缩，完美解决了FS02 系统层间复合铝板装饰条部分的施工难点。

6.3.2 施工流程 装饰条安装施工流程见图13。

图13 施工流程图

6.3.2.1 伸缩式吊篮下落 (1)采用伸缩式吊篮进行装饰条安装前，下方单元板块已经插接完毕，上方起步横梁也已完成安装，见图13。(2)吊篮工作前必须检查配电箱、导线、提升机、自动装置、安全锁是否安全可靠。严禁在没有保险限位防护装置下开动装置。

6.3.2.2 吊篮伸展后的封修施工 (1)施工时，吊篮保持收缩状态缓慢下落，避免与楼体发生碰撞。

(2)吊篮下落至安装位置后，根据施工作业面需求进行伸展，同时应注意不得触碰下方已安装完的单元板块。

(3)安装人员通过吊篮进行单元板块与楼板底部间的封修施工，同时楼层上的施工人员在室内进行起步横梁与土建楼板间的封闭。

6.3.2.3 铝板装饰条安装 在单元板块与楼板底部间的封修施工完成后，调整吊篮伸展角度，开始复合铝板装饰条的安装，室内安排2 名工人辅助安装。

6.3.2.4 装饰条安装完成后收起吊篮 (1)装饰条安装完成后，将吊篮变为原始状态并收进楼层内。(2)通过吊篮底部滑轮将吊篮运输至下一工作位置。

7 结 语

本文结合工程实例对高层或超高层建筑不规则立面呈三维扭转几何形状的玻璃幕墙各主要部件安装技术进行深入探讨，并通过工程实例的施工实践，这些方案具有技术上可行，可操作性强，施工方便，适应性强等特点，对类似幕墙工程的施工具有参考价值，值得借鉴应用。

［1]中国建筑科学研究院，中国建筑标准设计研究院. GB/T 21086—2007 建筑幕墙［S］.北京:中国标准出版社，2007.

［2]何国军.高层建筑玻璃幕墙的施工技术要点探析［J］. 建筑知识，2015(1):378.

［3]吕令毅，徐宁.点连接式玻璃幕墙的分析·设计·施工［M］.南京:东南大学出版社，2003.

［4]张孝伟.玻璃幕墙施工质量控制措施研究［J］.华东科技:学术版，2014(10):64.