淺談雙層幕墻在工程中的應(yīng)用

淺談雙層幕墻在工程中的應(yīng)用

1雙層幕墻設(shè)計(jì)雙軒墻作為一種新型的防火墻形式，具有科技進(jìn)步、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。然而，由于目前雙軒墻項(xiàng)目較少，設(shè)計(jì)和施工技術(shù)數(shù)據(jù)相對不足，因此有必要對雙軒墻進(jìn)行研究。本項(xiàng)技術(shù)研究主要依托于成都市鳳凰山體育中心商業(yè)配套幕墻工程，其建筑造型的設(shè)計(jì)理念是運(yùn)用類似潺潺流水的線條，以流動的造型與整體圖案相連，工程依偎在主場館一側(cè)，外立面層疊交錯(cuò)，金屬表皮的顏色質(zhì)感與肌理大小隨外立面的造型流線逐漸變化，使表面呈現(xiàn)出波光粼粼的視覺效果，工程效果如圖1所示。本工程雙層幕墻由內(nèi)外兩層表皮組成，內(nèi)側(cè)則為從下到上的豎明橫隱玻璃幕墻，層間采用鋁板封修。外側(cè)為曲面穿孔鋁板形成的金屬幕墻，主要起到裝飾及遮陽作用，主要分布在酒店部位和商業(yè)樓部位的外墻立面位置，沿工程周圈呈不規(guī)則斜向布置，尤其在主入口及轉(zhuǎn)角部位更是形成了雙曲形態(tài)，整體造型復(fù)雜。通過本項(xiàng)技術(shù)研究主要形成了一套兼顧裝飾效果、結(jié)構(gòu)安全、保溫節(jié)能的新型雙層幕墻技術(shù)體系，并最終實(shí)現(xiàn)了雙層幕墻系統(tǒng)的裝配式設(shè)計(jì)和施工。2內(nèi)鋼鋁結(jié)合玻璃窗簾系統(tǒng)的研究2.1結(jié)構(gòu)組成及其特點(diǎn)建筑內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)研發(fā)了兩種形式的鋼鋁結(jié)合玻璃幕墻系統(tǒng)，解決了當(dāng)前項(xiàng)目由于層高超高，采用常規(guī)型材不滿足計(jì)算要求，裝飾效果、經(jīng)濟(jì)性不合理的技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)適配外側(cè)穿孔鋁板系統(tǒng)，解決了外側(cè)曲面穿孔鋁板幕墻與內(nèi)側(cè)玻璃幕墻的有效結(jié)合。本工程鋼鋁結(jié)合玻璃幕墻系統(tǒng)主要有兩種形式：形式一:負(fù)一層、一層、商業(yè)二層部分，直接采用鋼龍骨，考慮裝飾效果及防腐要求，外做氟碳噴涂處理，鋼龍骨前端采用鋁型材轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，確保與玻璃面板的良好連接，需注意不同材質(zhì)之間的電化腐蝕，如圖2所示。鋼鋁結(jié)合玻璃幕墻系統(tǒng)（形式一）結(jié)構(gòu)主要由1-13組成，如圖2所示。其中，鋼鋁結(jié)合幕墻系統(tǒng)采用鋼方管，外套鋁合金型材共同作為主要豎向受力結(jié)構(gòu)，豎向結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)利用L型鋼角碼螺栓連接。鋁合金橫龍骨采用井字形鋁合金角碼作為連接件，采用插接的方式安裝固定。玻璃幕墻外側(cè)為穿孔鋁板金屬幕墻系統(tǒng)，此交接部位需要從內(nèi)測玻璃幕墻鋼管立柱前端焊接鋼管支撐件，由于鋼管連接件需要穿過外套的鋁合金型材表皮，所以需要在鋁合金型材表皮前端進(jìn)行切銑，并在鋼管根部考慮加強(qiáng)，因此增加了三角型肋板。鋼化中空玻璃的安裝仍然延用的是傳統(tǒng)的豎明橫隱玻璃幕墻型材系統(tǒng)，同樣考慮鋼管支撐件沖突問題，應(yīng)提前在鋁合金蓋板及扣蓋位置進(jìn)行截?cái)?，需要注意的是，鋼管連接件穿出交接位置與玻璃交接分縫隙部位應(yīng)考慮有效的密封措施，以防止漏水現(xiàn)象的出現(xiàn)。形式二:酒店南側(cè)部分，部分采用鋁包鋼的形式（原因之一是在玻璃幕墻鋼立柱的前端生根鋼結(jié)構(gòu)支撐件，用以安裝穿孔鋁板幕墻系統(tǒng)），然后在鋼龍骨外圍再配置一層鋁合金型材表皮，這樣既滿足了結(jié)構(gòu)計(jì)算要求，又兼顧了裝飾效果，如圖3所示。鋼鋁結(jié)合玻璃幕墻系統(tǒng)（形式二）結(jié)構(gòu)主要由1-12組成，如圖3所示。其中，鋼鋁結(jié)合幕墻系統(tǒng)直接采用鋼方管作為主要豎向受力結(jié)構(gòu)，豎向結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)利用L型鋼角碼螺栓連接。鋼管橫龍骨采用鋼制角碼作為連接件，采用插接的方式安裝固定。玻璃幕墻外側(cè)為穿孔鋁板金屬幕墻系統(tǒng)，此交接部位需要從內(nèi)測玻璃幕墻鋼管立柱前端焊接鋼管支撐件，由于鋼管連接件需要穿過前端的鋁合金轉(zhuǎn)換件，所以其前端需端銑，在鋼管根部考慮加強(qiáng)，增加了三角型肋板。鋼化中空玻璃的安裝延用傳統(tǒng)的豎明橫隱玻璃幕墻型材系統(tǒng)，考慮了鋼管支撐件沖突問題，提前在鋁合金蓋板及扣蓋位置進(jìn)行截?cái)?，需要注意鋼管連接件穿出交接位置與玻璃交接分縫隙部位同樣應(yīng)考慮有效的密封措施，防止漏水現(xiàn)象。2.2內(nèi)鋼、鋁結(jié)合玻璃幕墻系統(tǒng)的研究內(nèi)側(cè)鋼鋁結(jié)合玻璃幕墻系統(tǒng)形式一、形式二的施工安裝關(guān)鍵步驟由表1、表2所示。3關(guān)于外彎曲穿孔板系統(tǒng)的研究3.1裝配式金屬幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究外側(cè)應(yīng)用曲面穿孔鋁板系統(tǒng)，要求外層幕墻表皮沿輪廓線采用穿孔鋁板進(jìn)行斜向布置，外層表皮上下頂線標(biāo)高根據(jù)建筑效果為不規(guī)則變化，最高點(diǎn)標(biāo)高為34.8m，最低點(diǎn)標(biāo)高為9.5m。建筑師要求外側(cè)穿孔鋁板幕墻應(yīng)達(dá)到效果圖展示的裝飾效果，同時(shí)具備較好的遮陽，裝飾及遮陽效果主要通過以下兩點(diǎn)實(shí)現(xiàn)：一為鋁板色度不同，二是穿孔率差別。尤其在穿孔率較大的部位，從透視的角度考慮，應(yīng)保證從室內(nèi)外兩側(cè)看去，金屬幕墻的鋼龍骨都不應(yīng)過于明顯，高標(biāo)準(zhǔn)的建筑效果要求給本項(xiàng)目帶來了一定的挑戰(zhàn)。在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，通過分析和研究，設(shè)計(jì)人員研發(fā)了一套基層龍骨簡潔高效，便于層間轉(zhuǎn)換且角度可調(diào)可變的裝配式金屬幕墻系統(tǒng)，既達(dá)到了室內(nèi)外觀感舒適的效果，又實(shí)現(xiàn)了裝配式施工的目的，同時(shí)利用BIM參數(shù)化技術(shù)指導(dǎo)基層、面層提、下料工作。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由1-19組成，如圖5～7所示。其中層間主體結(jié)構(gòu)部位采用鋼管連接件外延，通過與矩陣轉(zhuǎn)換鋼梁焊接，形成外側(cè)金屬幕墻體系連接用轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。U型鋼制連接件（帶加勁板）與矩形轉(zhuǎn)換鋼梁按照設(shè)計(jì)要求間距斜向焊接。矩形鋼管龍骨與U型鋼制連接件（帶加勁板）通過不銹鋼螺栓緊固系統(tǒng)調(diào)整就位，矩形鋼管龍骨前端焊接鋼板連接件，固定鋁合金豎龍骨。鋁合金豎、橫向龍骨通過U型鋁合金連接件形成穿孔鋁板面層框架支撐體系，穿孔鋁板面層與鋁合金橫、豎龍骨角碼連接。金屬幕墻系統(tǒng)BIM模型詳見圖4～5所示。3.2鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件安裝關(guān)鍵技術(shù)工藝要點(diǎn)解析如下：(1）測量放線及三維掃描。首先對總包移交的坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，對建筑物進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)位測設(shè)，并形成坐標(biāo)閉合。根據(jù)移交的基準(zhǔn)點(diǎn)建立鋁板的測量體系網(wǎng)，進(jìn)行測量放線；將鋼構(gòu)支座、支撐鋼構(gòu)、龍骨及面材分縫的三維數(shù)據(jù)從模型中導(dǎo)出，在實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位畫點(diǎn)。項(xiàng)目利用三維激光掃描儀對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行現(xiàn)場掃描，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，通過配套軟件對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后與理論模型進(jìn)行對比，進(jìn)而得到現(xiàn)場實(shí)際與理論模型的偏差，針對偏差的大小對理論模型進(jìn)行調(diào)整，使幕墻和鋼結(jié)構(gòu)之間的連接件可按照實(shí)際尺寸下單，減少了返工，保證了安裝效率，同時(shí)可以明確責(zé)任，為工程簽證提供依據(jù)。(2）鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件的定位安裝。本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)異形且內(nèi)部空間復(fù)雜，已建立了整套土建結(jié)構(gòu)的Revit模型，為機(jī)電施工、幕墻、裝飾裝修提供了可視化依據(jù)，降低了施工過程碰撞、節(jié)省了讀圖時(shí)間、實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)協(xié)同。項(xiàng)目技術(shù)人員在Revit模型的基礎(chǔ)上展開深化，針對曲面異形特點(diǎn)，采用數(shù)字技術(shù)手段，如測量及三維掃描技術(shù)，掃描后利用專用軟件導(dǎo)出相關(guān)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，結(jié)合Rhino軟件進(jìn)行模型修改。如圖6～7，存在倒推關(guān)系，要定位鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件位置，首先應(yīng)結(jié)合原模型確定Rhino表皮模型，Rhino表皮模型建立采用參數(shù)化技術(shù)，依次按照幕墻節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)關(guān)系，完成表皮、龍骨、連接件、埋件模型生成，得到鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件相對位置。團(tuán)隊(duì)配有程序員，通過BIM工程師建立構(gòu)件模板，編程使相似構(gòu)件批量帶參數(shù)生成，減少了建模的時(shí)間。如圖8～9所示，按照測量定位鋼構(gòu)支座的三點(diǎn)點(diǎn)位進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件安裝，支撐構(gòu)件與主體混凝土結(jié)構(gòu)通過預(yù)埋件焊接，圖紙?jiān)O(shè)計(jì)焊縫四面圍焊，先點(diǎn)焊，然后支撐構(gòu)件復(fù)測調(diào)整，控制支撐構(gòu)件標(biāo)高和位置，復(fù)測無誤后滿焊。(3）鋼結(jié)構(gòu)主龍骨安裝。鋼結(jié)構(gòu)主龍骨與支撐構(gòu)件通6mm鋼板折彎件（氟碳噴涂）連接，通過測量定位支撐構(gòu)件三點(diǎn)定位進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)主龍骨安裝，鋼結(jié)構(gòu)主龍骨與支撐構(gòu)件先點(diǎn)焊，然后鋼結(jié)構(gòu)主龍骨復(fù)測調(diào)整，控制鋼結(jié)構(gòu)主龍骨標(biāo)高、進(jìn)出位置，保證正控制誤差范圍，復(fù)測無誤后滿焊，采用6mm鋼板折彎件加強(qiáng)滿焊，保證結(jié)構(gòu)安全，如圖10所示。(4）穿孔鋁單板主龍骨安裝。本工程以豎向龍骨為主龍骨，首先安裝邊界豎龍骨，主龍骨與鋼結(jié)構(gòu)主龍骨通過8mm厚鋼板轉(zhuǎn)接件（氟碳噴涂）連接，定位8mm厚鋼板轉(zhuǎn)接件，依據(jù)施工基準(zhǔn)線，調(diào)整位置。依據(jù)測量放線定位基點(diǎn)校正邊界豎龍骨位置，豎龍骨通過螺栓連接與轉(zhuǎn)接件固定，調(diào)整進(jìn)出位，使其符合安裝要求。以邊界折轉(zhuǎn)處豎龍骨作為施工基準(zhǔn)，按施工圖分格要求，安裝調(diào)整其它豎龍骨，使其平整、平齊、分格均勻。安裝完成后復(fù)核豎龍骨安裝尺寸，如圖11所示。(5）安裝穿孔鋁單板鋁合金豎向、橫向龍骨體系。穿孔鋁單板鋁合金豎向龍骨的安裝，采用6mm鋼板（L=100mm氟碳噴涂）連接，6mm鋼板與穿孔鋁單板主龍骨焊接。鋁合金豎向龍骨與6mm鋼板通過螺栓連接固定，調(diào)整龍骨完成面的平整度，順直度，如表3所示。(6）安裝穿孔鋁單板面板。鋁板安裝按照一定順序進(jìn)行，鋁板加工時(shí)在加勁肋位置用螺栓栓接鋁合金角碼，將鋁合金角碼插入掛碼即可固定。穿孔鋁單板角碼與豎向鋁合金龍骨接觸位置用柔性墊片墊襯，避免硬性接觸且滿釘固定，見表3、圖5-6所示。穿孔鋁單板開縫設(shè)計(jì)，不需要打膠，嚴(yán)格控制分格縫寬度，穿孔鋁單板板塊保護(hù)膜要清除干凈，同時(shí)清理被污染的任何裝飾面，讓穿孔鋁單板裝飾風(fēng)格充分體現(xiàn)。安裝實(shí)景如圖12所示。4項(xiàng)目建設(shè)及應(yīng)用效果基于金屬面層的雙層異形幕墻設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究產(chǎn)生綜合效益如下：(1）經(jīng)濟(jì)效益方面，結(jié)合BIM技術(shù)、3D掃描技術(shù)施工模擬，裝配式安裝提高施工效率。本項(xiàng)技術(shù)經(jīng)本工程應(yīng)用，效果良好，可節(jié)省施工措施費(fèi)20%以上，綜合降低施工成本10%以上，通過本項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用共取得經(jīng)濟(jì)效益188.6萬元，創(chuàng)效明顯。(2）社會效益方面，作為2021年世界大學(xué)生運(yùn)動會主場館，是四川省政府重點(diǎn)民生工程，建成以后將打造集居住、產(chǎn)業(yè)、生態(tài)、國際賽事中心功能于一體的區(qū)域門戶形象，對于提升國際形象，帶動周圈配套建設(shè)，輻射周邊經(jīng)濟(jì)，具有深遠(yuǎn)意義。此外，項(xiàng)目建設(shè)過程均得到了新聞媒體的廣泛報(bào)道，同樣取得了較大的品牌效益。本文研究的雙層異形幕墻技術(shù)依托于成都鳳凰山體育中心商業(yè)配套幕墻工程，針對工程重難點(diǎn)，開展了如下研究：(1）研發(fā)了一套兼顧裝飾效果、結(jié)構(gòu)安全、保溫節(jié)能的新型雙層幕墻技術(shù)體系，其內(nèi)側(cè)采用鋼鋁結(jié)合玻璃幕墻形式，外側(cè)采用穿孔鋁板幕墻系統(tǒng)。(2）內(nèi)側(cè)鋼鋁結(jié)合玻璃幕墻系統(tǒng)，形式由于其應(yīng)用位置及裝飾效果要求不同，研發(fā)了兩種鋼鋁結(jié)合的幕墻形式，較好地解決了由于層高超高，采用常規(guī)鋁合金型材不滿足設(shè)計(jì)計(jì)算要求，裝飾效果、經(jīng)濟(jì)性均不合理的技術(shù)難