馮 穎，黃尚克，韋雨秀

(1.廣西建工第五建筑工程集團有限公司，廣西 柳州 545001；2.巴馬瑤族自治縣重點項目建設服務中心，廣西 巴馬 547500；3.巴馬瑤族自治縣農業(yè)綜合開發(fā)服務中心，廣西 巴馬 547500)

0 引言

據(jù)統(tǒng)計，建筑在建造和實際使用過程中需消耗的能源量為總能源的27%～30%。綠色、節(jié)能環(huán)保、低碳建設是當今建筑研究的主題思想，在建筑中，當主體結構和建筑高度已定，圍護結構則成為建筑節(jié)能關注的重點。玻璃幕墻是一種應用廣泛、新穎美觀的建筑墻體裝飾方式，現(xiàn)代幕墻更多地成為建筑整體的有機組成部分，參與整個建筑的功能建設，環(huán)保節(jié)能與追求美觀及個性化是幕墻的發(fā)展方向，隨著建筑造型不斷朝著異形異狀、凸顯個性發(fā)展，為滿足契合建筑構造形式，幕墻工程結構與材料多樣化，受力形式多樣復雜，材料形狀各異。

1 工程概況

柳州風情港酒店、商務樓工程幕墻建筑面積 94 463m2，地下2層，地上25層，建筑高度99.2m，為框架-核心筒結構。抗震設防烈度6度，建筑耐火等級一級，主體設計使用年限為50年。幕墻形式包括隱框玻璃幕墻、明框隔熱斷橋玻璃幕墻、3mm厚氟碳噴涂鋁單板幕墻、3mm厚氟碳噴涂鋁單板雨篷、采光頂、金色蜂窩格柵幕墻，面積約55 000m2，設計年限25年；鋁合金裝飾格柵幕墻面積約 30 000m2，設計使用年限25年。設計思路主要以合理性、先進性、安全性、經(jīng)濟實用性、環(huán)保設計、美觀設計等方面為原則。

如圖1所示，建筑設計為鉆石形蜂窩狀外凸形不規(guī)則形體，為達到這一效果，傳統(tǒng)立柱支撐方式難以適用，取消立柱支撐鋼框架，改為梁式受力，支撐結構以鋼桁架作為支承體系，主要以受彎形式傳遞荷載，豎梁沿空間豎向斜向布置、橫梁沿空間水平布置，滿足建筑物立面凹凸起伏鉆石形外觀要求。

圖1 風情港酒店鋼桁架模型

2 蜂窩狀外凸形不規(guī)則幕墻結構

構件式幕墻最大優(yōu)勢在于造型多樣、散件拼裝。為達到設計觀感要求，發(fā)明一種玻璃幕墻單體、蜂窩狀外凸形不規(guī)則幕墻整體結構，該整體結構在固有受力體系無法改變的情況下，運用幾何原理將立體幕墻外形分化為單個平面形狀，由點及面、由面及體塑造立體，形成異形玻璃幕墻外形。將成熟的平面玻璃幕墻工藝通過深化設計應用于新興異形玻璃幕墻上，解決目前異形玻璃幕墻選材難、材料尺寸多樣、施工工藝復雜、施工管理繁瑣等問題。

該玻璃幕墻單體由m塊標準玻璃及n塊非標準玻璃和結構邊框線組合構成，每塊標準玻璃為矩形或正方形，結構邊框線為正六邊形、矩形或梯形，n塊非標準玻璃位于m塊標準玻璃外圍與結構邊框線構成的空隙間，m，n均為4～12的偶數(shù)。

如圖2所示，玻璃幕墻單體由4塊標準玻璃及4塊非標準玻璃和結構邊框線組合構成，標準玻璃為矩形，邊框線為正六邊形，非標準玻璃為1/2標準玻璃。

圖2 玻璃塊和正六邊形結構邊框

蜂窩狀外凸形不規(guī)則幕墻整體結構由P(P為>3的整數(shù))塊玻璃幕墻組件組合構成。使用時，將平面不等大三角形玻璃幕墻等邊連接，形成蜂窩狀外凸形不規(guī)則幕墻整體結構。整體結構由玻璃幕墻單體及龍骨構成，玻璃幕墻組件包括正六邊形幕墻組件、三角形蜂巢狀玻璃幕墻面組件Ⅰ、三角形蜂巢狀玻璃幕墻面組件Ⅱ。組件如圖3所示，整體結構如圖4所示。

圖3 三角形蜂巢狀玻璃幕墻面組件

圖4 蜂窩狀外凸形不規(guī)則幕墻整體結構

3 玻璃幕墻施工工藝原理

通過改善幕墻結構受力體系，受力體系特殊處理幕墻空間異形分割降維平面安裝，配合其他形式結構構造，采用涂料原料噴涂，隱藏幕墻玻璃外框，達到建筑外形設計和顏色設計效果，同時滿足承載力、環(huán)保節(jié)能、安全性等要求。

1)鋼框架整體梁式受力設計技術 通過受力計算，取消立柱，打破橫平豎直的一般結構受力形式，取消立柱支撐鋼框架，改為梁式受力，支撐結構主要以受彎形式傳遞荷載，通過將豎梁沿空間豎向斜向布置、橫梁沿空間水平布置，滿足建筑物立面凹凸起伏鉆石形外觀要求，有效保證幕墻體系承載力。

2)空間異形降維技術 通過將鉆石形建筑空間異形外形三維轉二維，將空間結構轉換為平面結構，使用型鋼梁將平面不全等三角形玻璃幕墻位置相鄰等邊連接，兩三角形面間形成一定角度(見圖5)。

圖5 軸立面展開示意

4 幕墻安裝施工

4.1 預埋鐵件

通常采用鍍鋅、鍍鋁鋅、噴涂等表面處理方法來增強抗腐蝕能力。預埋鐵件為幕墻與主體結構連接的結構件，應根據(jù)設計要求，隨著主體施工進行預埋。預埋件施工關鍵在于定位和防腐處理，幕墻施工前，對預埋件位置、尺寸、銹蝕和錨固強度進行檢驗。

4.2 連接件安裝

對預埋件進行清掃或待后植埋件強度滿足要求后，對連接件進行安裝。連接件主要作用是連接幕墻與主體結構(見圖6)，以焊接為主，焊縫質量為控制要點，焊接完成后進行清渣、防腐、防銹作業(yè)。

圖6 連接件節(jié)點連接

4.3 轉接件安裝

安裝鐵角碼、槽鋼作為轉接件，在其安裝前首先對上一步安裝的連接件進行清理，將污染物清除，必要時可噴涂防腐材料進行防腐處理。安裝直角鐵角碼或槽鋼時，連接件和轉接件采用高強螺栓連接，擰緊螺栓，但要使其處于水平可調節(jié)狀態(tài)，便于后期安裝其他構件時進行調整。安裝完成后，根據(jù)圖紙再次核對轉接件位置，及時調整或更換。

4.4 豎梁安裝

豎梁是構筑幕墻工程成空間異形及保證其形狀準確的關鍵，豎梁與水平面形成角度與橫梁連接，框架整體形成外凸形鉆石狀效果。通過有限元軟件進行建模，施加模擬荷載，分析受力特點，優(yōu)化鋼架截面尺寸，節(jié)省材料。通過受力分析，獲得鋼架整體受力較大的部位和節(jié)點，對其進行特殊加固處理，嚴格控制其施工質量。

1)豎梁安裝自下而上，采用吊船施工，首根豎梁按懸垂構件安裝方式，芯套一端朝上，上端先固定在預連接件上，調整下端對齊預埋連接件后進行固定。其他豎梁安裝時，下端對準上一根豎梁上端芯套，保留伸縮縫，伸縮縫寬20mm，再對位安裝上端。

2)每根豎梁安裝后，先根據(jù)圖紙初調其三維位置，保持誤差在允許范圍內，全部安裝完成后，在下道工序中進行全面調整。

3)豎梁安裝后，及時進行校正和調整，確保螺栓擰緊質量，幕墻質量及效果由豎梁決定，對此道工序的反復驗收是整個幕墻質量的基礎。

4.5 橫梁定位、安裝

橫梁與豎梁采用可伸縮結構連接，設置伸縮縫，以膠墊或密封膠密封，滿足溫度應力產(chǎn)生的伸縮效應，消除幕墻伸縮噪聲，提高幕墻抗震變位能力。橫梁安裝包括橫梁角碼安裝(橫梁角碼即橫梁與豎梁連接的轉接件)、橫梁防震墊圈安裝和橫梁安裝，且連續(xù)性進行安裝。先確定橫梁位置，兩端安裝橫梁角碼后，安裝橫梁墊圈，再安裝橫梁，采用螺栓將3個部分連接并擰緊。

4.6 玻璃安裝

根據(jù)蜂窩狀外凸形不規(guī)則幕墻單體結構，將幕墻玻璃尺寸進行確定與核準，根據(jù)尺寸對玻璃進行切割加工，玻璃板塊由車間加工，然后在工地安裝。板塊初裝完成后對板塊進行調整，調整標準為橫平、豎直、面平。板塊調整完成后立馬進行固定，主要是用橡膠墊塊固定，墊塊要壓緊，杜絕板塊松動現(xiàn)象。

1)由于該玻璃幕墻單體由標準玻璃、非標準玻璃和結構邊框線組合構成，每塊標準玻璃為矩形或正方形，標準玻璃尺寸統(tǒng)一，便于采購、管理。

2)該玻璃幕墻單體(包括四邊形、梯形和正六邊形)為平面結構構件，施工工藝成熟。

3)玻璃幕墻單體結構線條選材多樣性，同時滿足現(xiàn)有隱框和明框2種玻璃幕墻需求。

4)多個正六邊形玻璃幕墻單體組成的正六邊形玻璃幕墻組件呈蜂巢狀，造型美觀。

5)單元體正六邊形玻璃幕墻單體借助玻璃幕墻固有受力型鋼龍骨作為正六邊形玻璃幕墻組件區(qū)域分割線，保證大型幕墻自身重力及受力傳遞滿足設計要求。

6)三角形蜂巢狀玻璃幕墻面組件運用三角形三邊關系管理玻璃幕墻，借助玻璃幕墻固有受力型鋼龍骨作為正六邊形玻璃幕墻組件區(qū)域分割，形成平面三角形幕墻，較一般幕墻型鋼龍骨橫平豎直觀感有更好的視覺效果。

7)相鄰三角形使用等長共享邊，保證了設計美觀性。

8)運用型鋼龍骨剛性大的特征，2個相鄰三角形蜂巢狀玻璃幕墻面設計呈一定角度，使原本平面結構形成相交關系，形成外凸或內凹形狀變化。

9)多個相鄰三角形蜂巢狀玻璃幕墻面通過深化設計，面與面間兩兩相交，且均形成一定角度，最終閉合，形成異形體。采用成熟平面玻璃幕墻工藝簡化了異形玻璃幕墻結構。

4.7 格柵幕墻施工

采用明框、隱框玻璃幕墻施工技術，龍骨室外面外露部分進行材料噴涂處理，達到隱形效果。深化設計中，以蜂窩為點、三角形為面、面面相交成體，將三維異形曲面簡化為二維平面單元組合施工，達到建筑設計優(yōu)美外形效果。使用鋁制方通、單板等產(chǎn)品作為裝飾條，滿足抗拉、抗剪強度要求，自重小，便于施工，提高施工速度，表面進行2道氟碳噴涂，抗腐蝕性強。

1)對格柵進行定位放線后安裝格柵(見圖7)，可采用模具定位，格柵安裝時要求螺栓孔位準確。

圖7 格柵安裝效果

2)安裝時，先在格柵兩端安裝格柵角碼，再安裝格柵墊圈，通過不銹鋼螺栓將格柵角碼、墊圈和豎梁連接。為保證格柵安裝質量，擰緊螺栓時，觀察格柵角碼就位情況和各配件位置，邊擰邊調整。幕墻安裝完成效果如圖8所示。

圖8 幕墻安裝完成效果

5 結語

依托柳州風情港工程，對鉆石形蜂窩狀外凸形不規(guī)則幕墻進行研究，不僅發(fā)明了一種玻璃幕墻單體構造，還對梁式受力結構的玻璃幕墻安裝方法進行剖析和詳細描述，最終達到設計要求的富有視覺沖擊力的效果。鋼框架整體梁式受力設計技術和空間異形降維思維具有實用性，可為類似工程項目提供經(jīng)驗借鑒。