圆台形超高层建筑幕墙施工技术浅析

圆台形超高层建筑幕墙施工技术浅析

魏越兴

深圳市方大建科集团有限公司  深圳  518057

摘要： 本文结合湖北广电传媒大厦项目幕墙施工案列，针对圆台形超高层建筑幕墙借助移动操作平台的施工方法、施工措施及安全保障措施等进行分析和总结，供广大幕墙工程技术人员参考。

关键词： 圆台形；超高层建筑；建筑幕墙；逐层内缩；施工措施；移动操作平台；受力分析

1.引言

在当代建筑行业，幕墙因其美观、时尚而深受建筑师的青睐，它是构成城市空间景观的主要元素，赋予整个建筑以美感、气质和个性，具有升华建筑价值、彰显建筑与城市风貌、展现城市文化的重要作用。同时幕墙又因其质量轻、抗震性能好而被作为超高层建筑外围护的必然选择。然而建筑作为居住和使用的空间，不仅要求坚固实用，还需保证美观，是建筑功能与建筑艺术形象的有机结合体，也是科学与艺术的结合体，因而建筑设计师在完善建筑功能的同时，根据人们的要求对建筑形体的设计内容进行不断地更新和丰富。建筑形体多种多样，基本形体为立方体、柱体、圆台形、球体等，对于圆台形超高层建筑，因其建筑平面逐层内退，建筑外轮廓线逐层内缩，且超高层的建筑高度达几百米之高，建筑幕墙使用轨道、吊篮、脚手架、塔吊施工安装时均存在费用、工效、工期等方面的诸多问题，因而其建筑幕墙施工存在一定的难度，本文结合湖北广电传媒大厦项目幕墙施工案列，重点对利用新开发的移动操作平台进行圆台形超高层建筑幕墙施工进行分析和总结，供广大幕墙工程技术人员参考。

2.项目概况

湖北广电传媒大厦项目位于湖北省武汉市东湖高新技术开发区，总占地面积150836平方米，总建筑面积439,680平方米，由40层主楼、11层辅楼和2层地下室组成，是武汉光谷中心的地标建筑，也是国家级广播影视内容媒体基地。建筑形体类似圆台形，建筑平面逐层内缩，建筑幕墙高度203.5米，建筑幕墙面积约13万平方米，立面透明部分幕墙为座立式单元玻璃幕墙，梁侧非透明幕墙为外挑1.5m的三角形装饰造型蜂窝铝板，采用全流线型设计理念，形成流动的韵律，演绎“山水相依，银河璀璨”的效果，效果如图1示意。

图1项目效果图

3.建筑形体分析

本项目由塔楼及连体裙楼组成，建筑整体采用流线型构造将塔楼与裙楼完美组合，塔楼上半部分结构逐层内退收缩变化，形成不规则的圆台形曲面构造。结构最大收缩5750mm，建筑最大收缩约7550mm，根据结构分析，塔楼两侧面与两正面收缩距离不相同，具体分析数据如图2示意。

图2体型分析数据

4. 幕墙系统分析

本项目塔楼主要为单元窗玻璃幕墙和造型蜂窝铝板幕墙，单元窗玻璃幕墙位于层间透明部分，面板为10+12(Ar)+10钢化LOW-E玻璃，板块规格主要为1350mm*3200mm和600mm*3200mm，单个板块重量约300Kg和135Kg，板块每层楼单独起步于窗台剪力墙上，板块为座立式设计，自重由各层窗台剪力墙上的起步横梁承担。板块顶部在造型蜂窝铝板幕墙的钢架上设置通长槽式铝合金横梁，并在其尾部设置插接固定线条，便于板块由室内推出安装。造型蜂窝铝板幕墙位于梁侧位置，为三角形造型，最远端距离玻璃面1500mm，蜂窝铝板在立面的投影高度为2000mm，考虑本项目的平面为不规则曲线，采用单元装配做法，蜂窝铝板的顺滑度难以保证，且结构逐层内缩，单元架设轨道也难以满足施工要求，故此部位蜂窝铝板为框架式设计，三角形钢架整榀安装，蜂窝铝板在现场单独安装，具体节点如图3示意。

图3系统节点示意图

5. 施工技术分析
   1. 施工部署

塔楼幕墙进场施工首二层时，主体结构预计施工至33F，为满足现场工期要求，拟计划塔楼幕墙穿插进行施工，为防止竖向交叉作业，总包拟在塔楼22F、32F及40F分别搭设防护棚。塔楼设置5个施工段，先从首二层施工，然后向上立面进行逐层施工，最后进行电梯口收口。施工分区分段及施工顺序详见图4示意。

图4施工分区分段及施工顺序示意图

5.2施工方法及安全措施

本项目塔楼标准层施工方法包括梁侧蜂窝铝板幕墙和层间单元窗玻璃幕墙。

5.2.1 梁侧蜂窝铝板幕墙

梁侧蜂窝铝板幕墙主要工艺流程为：预埋→移动操作平台安装→三维测量放线→埋件纠偏（后置埋件安装）→钢支座安装→钢骨架安装→蜂窝铝板的安装及打胶，其主要安装方法及安全措施为：标准层梁侧蜂窝铝板由三角钢架立柱及钢通横梁组成，三角钢架由工厂按图纸要求制作好后发往工地现场安装，最大重量约45kg，由70x50x5钢通和50x50x5钢通组成，横梁为50x50x5钢通，拟采用移动操作平台配合进行施工。先将三角钢架、钢通横梁通过施工电梯转运至相应楼层。在下一楼层按要求组装好移动操作平台，操作平台经验收后方可使用。施工时施工人员均先将安全带系挂在φ6钢丝上，钢丝缠绕在土建混凝土柱上，牢固可靠，出钢架时两个工人将三角钢架抬出，然后操作平台上2个工人将钢架接住，缓慢的搬到安装支座位置，调平后进行三角立柱焊接固定，最后进行钢通横梁的焊接。焊接时需保持操作平台上无易燃物品，制作接火斗进行接火。最后进行蜂窝铝板的安装及打胶，具体安装方法见图5示意。

图5梁侧蜂窝铝板幕墙安装示意图

5.2.2层间单元窗玻璃幕墙

层间单元窗玻璃幕墙主要工艺流程为：起步横梁安装→横滑块安装及打胶→安装门式活动脚手架→吸盘车布置→单元窗玻璃安装→上端固定线条安装→室内层间防火封堵，其主要安装方法及安全措施为：在安装完梁侧蜂窝铝板后借助移动操作平台进行层间单元窗玻璃幕墙顶部的横梁安装，再进行底部的铝型材横料安装。标准层玻璃板块最大重量约300kg，塔楼玻璃板块通过卸料平台配合总包塔吊吊运至楼层，玻璃板块不得在楼板上集中堆放，需及时转运至安装位置。在安装位置搭设好活动门式脚手架，活动门式架需固定牢固，楼面一个人操作玻璃吸盘车，脚手架平台站位一个人辅助玻璃。设备进场前应提供产品合格证及检测报告，操作人员须经厂家培训并颁发操作证，并经过安全技术交底，安全教育，经过验收后方可使用。先将玻璃板块转运至安装位置，然后用专业厂家制造玻璃吸盘车（起重量为500kg）将玻璃吊起，缓慢的将玻璃推至安装位置附近，轻轻的调整角度，使玻璃板块对准起底料，然后下落，安装就位后人工进行调平，调平后进行上端固定线条安装，具体安装方法见图6示意。

图6层间单元窗玻璃幕墙安装示意图

5.3施工措施

本项目塔楼标准层施工措施包括垂直运输及安装措施。对于三角形钢架、蜂窝铝板、保温棉等小构采用总包施工电梯进行垂直运输，对于层间单元窗采用卸料平台配合总包塔吊进行垂直运输。层间蜂窝铝板及钢架采用自制移动操作平台进行施工，层间单元窗采用铝合金脚手架配合移动玻璃吸盘车进行施工。施工电梯、塔吊、卸料平台、移动玻璃吸盘车、铝合金脚手架均为标准产品或总包现有标准成熟的措施，按要求操作即可，本次仅重点介绍自制移动操作平台。

5.3.1 自制移动操作平台设计

本项目楼层层高为4.5米层高，相对应的操作平台高度为1815mm，操作平台主要为立杆、横杆、斜撑、反顶、护栏、配重组成，移动平台车平台表面铺设12mm厚的木板，移动平台车钢龙骨所用主要材料为 60*60*5方钢管、50*50*4方钢管、L50*4及L40*4的角钢，钢材材质均为 Q235B。龙骨全部构件采用螺栓连接，便于运输、安装拆卸及周转使用。单个操作平台下设4只万向轮（可锁定），用于周转平台，工作时将操作平台推至临边安装位置，将下支撑圆管支起，上支撑圆管顶紧板底结构，保证施工人员操作时安全可靠。两个操作平台之间设置有钢连桥，用于结构柱部位的安装施工。整个操作平台由工厂按照加工图标准化加工各杆件，保证加工质量，并按要求对构件钻螺栓孔，移动操作平台按照工艺图在安装楼层内进行组装,移动操作平台见图7示意。

图7移动操作平台示意图

5.3.2自制移动操作平台强度及挠度计算

工作平台表面铺设的12mm木板的自重荷载按0.3kN/m2考虑,移动平台上堆放的材料重量按活荷载1.0kN/m2施加，移动平台上人的重量按活荷载0.5kN/m2施加，钢龙骨的重量由SAP2000软件自动施加，荷载组合按1.3恒荷载+1.5活荷载，移动操作平台计算简图如图8示意。

图8移动操作平台计算简图

移动操作平台加载如图9示意，分别加载自重及活荷载（包括风荷载），其强度及挠度计算结果如图10示意。

图9移动操作平台计算加载简图

图10移动操作平台强度及挠度计算结果

5.3.3自制移动操作平台稳定验算

自制移动操作平台的稳定验算仅考虑配重计算，顶撑作为次要保护作用，其验算示意图如图11，其中a为悬挑平台悬挑长度，取为2.4m。b为悬挑平台后段平台长度，取为3m。G为配重，按照悬挑平台额定伸岀长度下，平台配重1000kg,后端平台自身架重500kg，即后端总重量为1500kg。F为平台悬挑端的总载荷，包括恒荷载和施工活荷载。恒荷載包括平台悬挑部分自重（悬挑部分自重125kg），施工活荷载包括作业人员和施工器材的重量，工人按75kg/人计算，器材与材料按照作业人员自重乘以2计算，按照要求自制移动平台上作业人数2人，恒荷载系数 为1.3,活荷载系数为1.5，按上述进行组合，则：

F=125x1.3+75x2x2x1.5=612.5kg

稳定系数 k=Gb/Fa=1500kg x 3m/（612.5kg x2.4m）=3.06

因K=3.06 >3,故悬挑系统稳定性符合安全要求。

图11移动操作平台稳定性验算简图

5.3.4自制移动操作平台安全保障措施

移动操作平台设计了可靠的安全防范装置，平台四周设计了防护栏杆，平台上部设置了四根反顶装置，系统安全性高。移动平台各部分采用散装方式运输至工地，通过施工电梯转运至需要安装楼层，在楼层内通过螺栓组装连接各部件，组装好后检查所有零部件及螺栓紧固程度，无问题后整体推移至结构边，通过旋转平台车顶部及下部丝杆，将平台车轮子升离地面，并反顶至楼板，保证平台车稳固。所有平台安装就位后，通过钢丝绳穿过平台车腔体内部，将平台车捆锁在结构柱子上，形成二次保护。工人在进入平台车施工前，要检查平台车的稳定性及二次保护措施是否齐全，同时在进入平台车之前要将安全带系挂在上一楼层放下来的安全大绳子上，进入平台车后要将安全带系挂在上一楼层布置的安全钢丝绳上以形成更好的保护。平台车同一楼层内移动，移动前要确定平台车上没有施工人员，无材料及工作，确认后方可通过门式架将反顶丝杆拧回，并将下支撑丝杆收起，待轮子充分接触地面后将平台车先拉至楼层内，在楼层内移动，移动道指定位置后再进行平移。平台车夸楼层移动时，要将平台车拉至楼层内后，进行解体，相关紧固用的螺栓及配件要统一收纳，通过施工电梯转运至上一楼层，在楼层内按照步骤组装、检查、验收后方可平移至指定位置使用。

6.结语

对于圆台形复杂超高层建筑幕墙，尤其是立面幕墙外侧设置有外挑大尺度装饰构件时，其施工因结构形体逐层内缩而造成传统的轨道、吊篮等不能直上直下进行施工，采用脚手架施工同样存在措施费用高、安拆脚手架周期长的问题，故需要结合幕墙设计与传统施工工艺进行施工技术创新。经本项目施工实践，借助设计开发的新型移动操作平台，先逐层进行外挑大尺度装饰构件安装，再由室内进行单元板块安装，最终安全高效完成圆台形复杂超高层建筑幕墙施工，通过本项目施工技术总结以期为广大幕墙工程技术人员提供借鉴或参考价值。

参考文献：

[1]  中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑施工高处作业安全技术规范：JGJ 80—2016[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范：GB 50009—2012[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012.