浅述苏州工业园区体育中心项目幕墙工程施工设计重难点

浅述苏州工业园区体育中心项目幕墙工程施工设计重难点

徐志成

深圳市三鑫幕墙工程有限公司上海分公司201114

摘要：本文结合苏州工业园区体育中心项目幕墙工程，对双曲面玻璃幕墙、双曲面铝板幕墙，斜面幕墙的设计及施工重难点做了详细的介绍，对今后类似工程的研究和应用提供了重要的参考价值。

关键词：双曲面玻璃；双曲面铝板；斜面幕墙；设计；施工控制

一、工程概况

苏州工业园区体育中心位于金鸡湖东核心区，规划总面积近60公顷，总建筑面积约35.28万平方米，由一个体育场、一个游泳馆和一栋服务楼组成。

本文重点介绍为我司中标的体育馆场馆区域，该建筑整体外观如同一只扁平的饭碗，其碗口为波浪形，东西碗口最高点为43.52m，南北碗口最低点33.93m。整个碗面被9条悬挑2m，宽1m的3mm铝板线条水平等分成，相邻铝板线条间布置TP8+1.52PVB+TP8LOW-E+12A+TP8钢化夹胶中空LOW-E玻璃。主要系统包括：双曲面全明框斜面玻璃幕墙系统、双曲面铝板幕墙系统等。

二、工程重难点与解决措施

本项目的主要幕墙系统均为双曲面幕墙系统、且均为斜面幕墙系统。由于这两个特点衍生出大量设计、施工重难点，本文选取有代表性的几点进行阐述。

2.1测量放线

2.1.1重难点分析：

1、本项目整体造型独特、外立面幕墙为双曲弧面。这样幕墙测量放线工作涉及到大量的空间三维坐标点。整体测量放线难度很大。

2、本项目最大跨度142米，幕墙外立面周长非常长，达到300米。幕墙完成面展开长度长，整体大周长的测量误差难控制。

2.1.2解决措施：

1、幕墙测量放线前，利用BIM技术复核主体结构安装精度；

（1）由总包方移交控制网点等测量成果以及国家控制点数据，在此基础上布置8个外围控制点，形成一个闭合控制网，并利用全站仪对闭合导线网采用六测回进行闭合精度复核，以此作为幕墙测量基准控制网，为后续测量奠定基础。使用全站仪，可以实现在坐标轴X、Y、Z三个方向上精度测量，其测量精度可达到0.1mm。

（2）在幕墙外围控制点上架设三维激光扫描仪对主体钢结构进行扫描，然后将现场实地扫描的数据反馈至设计室，与土建单位移交的BIM模型（钢结构）进行第一次比对，以此来复核主体钢结构的施工精度。

（3）BIM模型数据比对后，幕墙可吸收范围内的结构误差，调整BIM模型；超出幕墙可吸收范围的结构偏差，要求主体钢结构施工单位进行结构修正，以满足幕墙的施工要求。

2、立面弧线分段定位后测量，更好保证大周长的测量精度；

（1）首先利用全站仪放出顶部、底部圆弧的分段控制点，将本项目建筑立面划分为4段等分圆弧；

（2）然后在1/4圆弧内首先确定位圆弧中点，将1/4圆弧再等分为两段圆弧；

（3）在1/8圆弧内，采取一中一边的测量方法准确定位每个幕墙立柱的分格线；

幕墙外轮廓测量放线顺序：首先定位4点中点，很好的控制住了外立面幕墙的大体轮廓，遵循从整体到细部的定位顺序，将大周长的积累误差细化为外立面幕墙分格的测量误差。避免由一点起交圈测量放线引起的测量积累误差过大，大周长不交圈的情况，最终达到控制大周长测量误差的目的。

3、先整体，后细部幕墙测量放线方法；

（1）首先根据我司拟定的测量放线顺序，将幕墙整体上、下两顶、底部两幕墙外轮廓线测量放线、标记；

（2）然后将上下两端对应的幕墙分格点拉钢丝绳通线标记；

（3）再进行细部测量放线，通过细部的放线调整更好吸收大周长测量误差。

本项目幕墙外立面呈双曲面造型，测量放线工作涉及到大量的空间三维坐标点，且测量范围较一般建筑体大很多，又加上测量放线误差不可避免。所以测量放线的思路为先整体控制、保证幕墙外立面造型，再细部调整、吸收误差。整体放出幕墙外立面完成面，配合BIM技术调整大周长误差，幕墙完成立面与钢结构完成面内空隙间距满足幕墙施工间距即可，后续细部测量放线进行调整，通过幕墙转接系统、龙骨的调节来吸收钢结构的施工误差；

2.2斜面幕墙施工措施

2.2.1重难点分析：

而对于本项目体育馆主体建筑倾斜立面幕墙利用脚手架施工存在以下难点：

1、体育馆立面为倾斜立面、且倾斜角度逐步变化；脚手架搭设难度较大。

2、倾斜立面幕墙分室内、室外两部分，且幕墙系统包含玻璃和悬挑铝板。室内外均需搭设脚手架，成本较高。

综上，本项目体育馆外立面幕墙，如采用用脚手架施工，虽能满足施工需求。但脚手架搭设施工难度大，且成本高。

2.2.2解决措施：

对于本项目外倾斜立面幕墙施工，采用常规吊篮施工方法已无法满足其施工要求，为此我司采取沿斜立面室内外架设钢丝绳轨道，利用钢丝绳轨道牵引吊篮进行幕墙施工。吊篮在移动至安装位置过程中利用钢丝绳导向牵引，始终能够与幕墙面保持400mm的施工间距，从而满足斜立面幕墙饰面的施工安装要求。具体方案如下：

1、工艺原理

（1）首先必须考虑吊篮能够沿着斜面运行问题，我们用钢丝绳在斜立面顶底固定利用吊篮自重作用进行导向，相当于给吊篮运行提供了个运行轨道，解决了传统吊篮只能垂直运行的瓶颈；

（3）为使吊篮沿着导向绳运行，我们对传统吊篮篮体进行了改造，使其加装可以同时安装导向绳及吊篮主副绳的滑轮支架机构；

（3）为使吊篮可以适应各种角度，在导向绳底部固定节点上加装了手动葫芦，吊篮篮体在吊篮自重作用下会形成一个夹角，调节钢丝绳导向绳的松弛程度，便可实现导向绳与幕墙倾斜面的距离、角度调节，从而适应于各种倾角的斜面；

（4）由于主体结构顶部有钢结构挑檐的特点，无法在屋面安装传统吊篮支架及配重，在挑檐结构能够满足受力要求的情况下（通过计算，本项目挑檐钢结构满足荷载要求），自制适用于此结构的顶部悬挂机构，固定于主体钢结构上作为吊篮及导向绳的吊点，不需要传统吊篮中的支架及配重，从而解决传统吊篮在类似屋面结构无法放置支架和配重的难题；

2、吊篮施工流程：

（1）在屋面及地面相应位置布置工装（顶部悬挂机构、底部固定系统），布置钢丝绳轨道；

（2）对常规施工吊篮进行改造，以使其能满足倾斜立面幕墙的施工。首先，将加工好的吊篮导向钢夹具采用螺栓固定在篮体的两侧的上口。然后，在屋面利用顶部工装固定吊篮钢丝绳，在地面将吊篮钢丝绳穿进吊篮，将导向绳穿过吊篮导向夹具的辊轮，并穿过底部的钢架板中的辊轮，往上绕与手动葫芦采用卡扣固定为一体。至此，整个吊篮改造安装完成。

（3）检查各处连接可靠连接。调整手动葫芦，使得吊篮与幕墙完成面保证安装距离。试运行吊篮，调试完后正式进行施工安装。

3、幕墙施工流程

（1）首先利用室外吊篮完成室外挑檐钢骨架的安装，采取由上至下的安装顺序进行安装，骨架利用汽车吊或顶端布置电动葫芦吊运就位；

（2）同样利用室外侧吊篮完成玻璃幕墙的铝合金龙骨的安装；

（3）利用室内吊篮完成室内铝板幕墙龙骨以及饰面安装，同样采取由上至下的安装顺序进行安装；

（4）利用室内吊篮完成玻璃幕墙饰面安装，室外吊篮配合；

通过对玻璃幕墙系统的重新优化设计，对铝合金横梁和压板进行调整，将原铝合金压板与横梁连成整体，使之前端形成一个槽口，同时在室内设置压板固定玻璃。将常规的室外侧安装玻璃饰面方式，改为室内侧进行安装，玻璃安装到位后，上下端入槽，由横梁承担玻璃的倾斜自重，安装人员由室内进行压板的安装，操作简单且安全。大大提高幕墙施工及日后更换时的安全性能。

（5）待立面玻璃幕墙安装完成后，利用室外吊篮完成室外部分铝板装饰条的安装。

（6）至此，外倾斜立面玻璃、铝板幕墙系统全部安装完成，最后利用室外吊篮完成檐口位置的铝板幕墙施工，收口位置铝板施工人员直接在屋面上完成施工。

2.3双曲幕墙的设计

2.3.1重难点分析：

1、本项目的玻璃面板理论上均为双曲面玻璃，异型玻璃加工难度大，成品率低，成本高。

2、本项目外观造型虽然1/4对称，但玻璃翘曲尺寸不一，玻璃规格仍较多。

2.3.2解决措施：

1、三维模型数据分析

（1）本项目的玻璃配置为TP8+1.52PVB+TP8LOW-E+12A+TP8钢化夹胶中空LOW-E玻璃，玻璃标准分格尺寸为3500*1600mm。从三维犀牛模型可以直观的得知，由于上下横龙骨与左右竖龙骨的四个角点是不共面的。即每块玻璃均为双曲玻璃，存在翘曲的情况。

（2）通过python高级程序语言将1/4曲面玻璃展开至平面，对提取的数据进行统计分析可以得知，每片玻璃的翘曲值，均不相同。且单片玻璃的最大角点翘曲值为0.2-9.2mm。

（3）利用grasshoper软件对玻璃进行规整化处理。将翘曲值等分为2个区间，每个区间的翘曲值范围为4.5mm。从原来的616种玻璃规格，减少至160种规格。大大降低了加工、施工的成本和难度。

2、深化设计方案

（1）玻璃的翘曲变化，主要通过其内外两侧胶条的型变来吸收。我们通过对胶条的重新设计，加大胶条空腔的设计尺寸，来提高胶条的型变范围。将胶条的型变从2mm提高到4.5mm。从而解决了部分玻璃，因翘曲值规整化处理后，在固定尺寸玻璃槽内调节空间的问题。

（2）胶条的改良设计，只能解决0.2-4.5mm区间内，翘曲玻璃的安装问题。4.5-9.2mm区间内的玻璃安装方案，我们采用了玻璃冷弯工艺。在固定玻璃的铝合金压板上，每1m设置一个特制不锈钢调节螺丝。通过对螺丝的进出位置调整，来控制玻璃翘曲变化，使得冷弯后的玻璃能安装在玻璃槽内。

通过对三维玻璃数据的提取分析，以及设计方案的优化，在付出极小成本代价的情况下，大大降低了双曲面玻璃幕墙，加工、施工的难度。

三、结论

苏州工业园区体育中心外幕墙工程建筑设计方案造型独特。本项目幕墙采用了多项新技术，在方案设计、施工方案各阶段，业主方组织了多次专家论证并最终获得一致好评。该项目对今后类似工程的研究和应用提供了重要的参考价值。

参考文献

[1]<<建筑幕墙>>.GB/T21086-2007.中国建筑工业出版社.

[2]<<玻璃幕墙工程技术规范>>.JGJ102-2003.中国建筑工业出版社.