1、建筑施工第45卷第9期1757反向支撑弧形菱形幕墙施工技术李志强 廖万林 尹 俊中铁建工集团第五建设有限公司 广东 广州 511400摘要：通过对某火车站的幕墙技术阐述，详细分析了装饰幕墙与仿生结构融合的技术要素、实施途径与关键技术。工程实践表明，类似结构与装饰的融合设计，尤其是不同专业间的融合处理，需要在前期反复进行可行性分析与论证，综合考虑材料的工艺制作及偏差处理的可操作性。针对弧形幕墙的曲面效果，提出玻璃热弯法、折线拟合法、玻璃冷弯法3种方法，需综合考虑经济投入与效果。所述相关实施途径与关键技术可为类似工程提供参考。关键词：菱形幕墙；反向支撑；融合设计；施工技术中图分类号：TU755 文
2、献标志码：A 文章编号：1004-1001(2023)09-1757-03 DOI：10.14144/ki.jzsg.2023.09.008Construction Technology of Reverse Support Arc Rhombic Curtain WallLI Zhiqiang LIAO Wanlin YIN JunChina Railway Construction Group No.5 Construction Co.,Ltd.,Guangzhou 511400,Guangdong,ChinaAbstract:Through expounding the curtain
3、wall technology of a railway station,the technical elements,implementation approaches and key technologies of the integration of decorative curtain wall and bionic structure are analyzed in detail.Engineering practice shows that the integration design of similar structure and decoration,especially t
4、he integration treatment between different specialties,needs to repeatedly carry out feasibility analysis and demonstration in the early stage,and comprehensively consider the operability of material process and deviation treatment.In view of the curved surface effect of arc curtain wall,three metho
5、ds of glass hot bending,broken line fitting and glass cold bending are put forward,which need to consider the economic input and effect comprehensively.The related implementation approaches and key technologies can provide reference for similar projects.Keywords:rhombic curtain wall;reverse support;
6、integration design;construction technology与编织筒钢结构分离嵌合，幕墙系统以编织筒钢结构作为主承力支承点，沿编织筒主钢管杆件内侧点支反向连接（图1）。玻璃幕墙体系投影面积550 m2，采用812A 61.52PVB6钢化空心夹胶Low-E玻璃，空间造型为双曲面，玻璃最大扭曲在竖向上，上下扭曲距离180 mm，弧度最大12 mm/m。依据编织筒状钢结构的圆弧形及三向曲面特点，幕墙结构突破传统平直平面的特性，衔接主体结构贴合设计成反向支撑菱形结构。此结构利于展现主体结构“编织筒”的效果，幕墙结构与主体钢结构相辅相成，较好地展现了仿生设计特点，兼顾较好的视觉
7、观感。外立面采用菱形作为基本单元，通过重复的排列，创造持续变化的立面系统，形成良好的视觉效果。为增加与编织筒钢结构的协调性，菱形幕墙相交处顺从编织筒钢管件弧度，形成协调性强的幕墙线条。幕墙系统设计以编织筒结构作为主要的受力支撑点，借助主钢管结构依附于编织筒内侧，幕墙玻璃采用反向支撑设计，将玻璃体系设计于受力的主钢管结构和幕墙自身龙骨杆件中间，巧妙地将幕墙自身龙骨隐匿于室内和视野盲点范围内，如图2所示。仿生建筑设计目前越来越受到设计师的青睐，结构仿生设计、装修仿生设计、建构一体化等理念逐步出现。江门高铁站的进站口在结构上和装饰幕墙上均采用了仿生设计理念，结构如“编织筒”状、幕墙玻璃镶嵌其中，整体
8、形成结构与装饰幕墙融合的形态。因编织筒状结构先行施工，装饰幕墙需就结构偏差进行消解处理，同时为实现装饰幕墙与双曲编织筒结构的形状融合，幕墙需在龙骨制作、玻璃处理、节点连接方面进行特殊设计。为实现幕墙与结构的双曲线型融合，存在较高的技术难度1-5。1 菱形幕墙特征江门站建筑面积4万 m2，建筑高度31.7 m，包括编织筒及支承网架组合结构，编织筒钢结构呈圆形，上大下小，上部为由48片网壳形成的内嵌式网格，下部为由主管及支管各24根组成的编织筒骨架。围护结构为玻璃幕墙，作者简介：李志强（1991），男，本科，工程师。通信地址：广东省广州市番禺区番禺大道北555号29号楼（511400）。电子邮箱：
9、收稿日期：2023-06-12结构施工STRUCTURE CONSTRUCTION20239Building Construction1758 幕墙玻璃幕墙龙骨连接件室外主体钢结构钢管件 图1 编织筒与弧形幕墙结构体系 图2 幕墙结构构造设计节点2 技术难点1）完美地实现弧形幕墙的曲面系统是一大技术难点。编织筒状钢结构为双向变化体系，幕墙体系亦随之呈现横向弯曲变化、纵向弧形上挑，圆弧顺滑度误差在5 mm以内。要实现幕墙体系的弧形变化特征，贴合主体编织筒钢结构的变形角度，实现幕墙与结构的协调性，在曲面材料加工、龙骨弧形弯曲、节点连接等诸多方面需要予以技术研究。2）在幕墙深化过程和BIM模型构建中
10、，综合考虑幕墙分割裁剪、线性弧度等外观美学因素，将固定幕墙玻璃面板与编织筒钢结构支承支座垂直连接，以紧密贴合编织筒钢结构的弧形弯曲状态。由于幕墙的支承杆件支座直接焊接在主体编织筒钢结构上，编织筒钢结构的弧形控制误差将会对连接固定的支承杆件支座产生较大的影响。支承件支座安装过程中势必重新测量定位及调整，同时给支承杆支座的加工精度带来困难，再者支座的调整又将对菱形幕墙的整体线形、弧度、分割裁剪产生二次影响。因此，连接固定编织筒钢结构与玻璃幕墙面板的支承杆件支座的定位、加工的精度以及活动连接是本幕墙体系的最大技术难点。3）通常的点支承幕墙支承爪件是平面二维，适用于平面及角度变化不大的玻璃幕墙支承，而
11、本菱形幕墙体系为贴合编织筒钢构的屈曲形态，平面二维支承爪件显然无法满足其要求。相关支承爪件需考虑菱形弧形幕墙的变化角度，并避免支承爪件长度与角度不均匀而带来的对玻璃面板的附加应力，避免玻璃面板拉裂出现安全隐患。本菱形幕墙体系的又一特点及技术难点为上述的支承支座固定问题，如图3所示。另外，有部分玻璃贯穿结构杆件，该处玻璃的精准下料存在比较大的难度。3 技术要素与实现途径实现菱形弧形幕墙的技术要素有很多，比如龙骨、玻璃面板等原材料、安装设备工具的精度、方法的选择等。其实施途径多采用玻璃热弯法、折线法、玻璃冷弯法等几种曲面幕墙体系玻璃处理方法。玻璃热弯法和玻璃冷弯法是通过改变玻璃的平面特性来实现曲面
12、或弧形的成形；折线拟合法是通过化弧面为平面，最终通过若干细小平面拟合为曲面或弧面，此方式不改变空间形状，通过化繁为主结构万向夹具玻璃1玻璃2玻璃3玻璃4主次龙骨刚转接支座812A61.52PVB6钢化中空夹胶Low-E 玻璃图3 幕墙与钢结构的连接节点简、化整为零的方式来实现。1）玻璃热弯法，龙骨、玻璃在工厂热弯，现场安装。其主要做法是：主次龙骨深化，将深化加工图纸交给加工厂进行热弯加工，玻璃热加工采用专用模具制作设计造型，而后运到工地安装。2）折线拟合法，采用菱形玻璃折线拟合，其方法主要有：幕墙埋件设置在主体结构上，耳板采用焊接连接的方法；将玻璃尺寸深化，幕墙的曲面造型采用以折代曲的方式来实
13、现。3）玻璃冷弯法，玻璃现场冷弯，直接安装，其主要方法为：将主次龙骨进行深化处理，将其交到加工厂进行热弯处理；冷弯工装的制作，而后玻璃安装。为了比较3种施工方法的优劣势，制作3种试验样板，从装置的时间性、可操作性、有效性、经济性方面进行了比较试验。综合其优缺点，作出如下对比分析：1）玻璃热弯法。将玻璃和龙骨热弯成设计形状，现场直接安装。优点：具有过渡自然的玻璃板材和流畅美观的外形；玻璃、龙骨成形效率高，实现快速搭建。不足之处：热弯工艺复杂，对运输的要求比较高；热弯加工成本为680元/m2，成本较大；现场测量精度要求高，安装难度大。2）折线拟合法。对幕墙曲面采用平板玻璃进行拟合。优点：安装玻璃时
14、易于操作；安装速度快，工期短；玻璃不做任何处理，250元/m2的安装成本更低。不足之处：曲面效果不理想，棱角分明，达不到外观上的要求；玻璃板块分割较小，安装次数较多。3）玻璃冷弯法。将平板玻璃现场冷弯拧压成形，实现曲面效果，利用玻璃在应力允许范围内的扭曲变形。优点：现场冷弯拧压成形，具有较强的操纵性；符合曲面外观要求的热弯法与折线法之间的曲面效果。缺点：玻璃安装成本为320元/m2，与折线拟合法相比，成本偏高；为保证安全性和可行性，需要做试验。对以上方法的优劣进行比较分析，认为折线拟合法既有较好的经济性，又具备热弯法较好的外观效果，可操作李志强、廖万林、尹俊:反向支撑弧形菱形幕墙施工技术建筑施
15、工第45卷第9期1759性强。4 关键技术4.1 支承杆件支座优化技术固定连接编织筒钢结构与菱形幕墙的支承杆件支座的精度需要对其进行详细控制。每块菱形玻璃由4个支承杆件支座连接固定，首先在幕墙深化时应对每个支座进行合理的编号编码，便于现场安装施工时的玻璃板块找寻、支座复核定位、调整校核、现场安装。编号编码最好以编织筒钢结构“双向交织的网格”分为主次区，同时将编号分隔点沿着距离最近的圆管从上而下排序。支承杆件支座加工前，应提前采用三维激光扫描机对编织筒钢结构进行三维成像扫描，形成三维BIM图。同时与深化设计图纸进行核对比较，校核出钢结构的精度误差，为支承杆件支座的加工提供基础数据，进一步减少因主
16、体编织筒钢结构施工产生的误差。同时，支承杆件支座现场安装前，应采用全站仪对支座预先进行定位校核，对支座的焊接点位三维坐标（x,y,z）初步放样标注。校核结果与幕墙深化设计图纸比对，综合分析支座的加工精度误差或编织筒钢结构三维扫描遗漏误差，对精度误差较大的支座进行优化调整。支承杆件支座优化调整应按照以下规则和原则进行。根据菱形幕墙玻璃的性能，考虑幕墙的线形，支座与编织筒钢结构偏差在3 mm内的，可原位进行安装处理，通过幕墙龙骨及其他辅助件左右上下调整；若偏差大于3 mm，需对支座进行X、Y方向平移调整，加固支座连接；若偏差值较大，偏离距离较宽，则需重新根据误差和实际尺寸加工支座。支座在X、Y方向
17、的偏差按照以下规则调整：优先保证水平方向上的支座点位的高程标高一致，其次确保斜弧向支座点位连线为顺滑曲线，利用水平向的第一视觉和斜向的隐秘视觉盲角来减少定位偏差，如图4所示。通过在X、Y方向上平移调整，能在有偏差存在的前提下达到较好的视觉效果。4.2 玻璃板块优化制作技术在支承杆件支座优化调整及现场定位安装后，应对支座系统进行多角度视觉观察和全站仪二次复核测量，保证支座在分隔线上是一条顺畅的弧线。若发现有明显偏离，要及时进行分析。在全站仪复核后，对少许的偏差误差支座点位进行分析和记录，并将二次误差偏差数据反馈至幕墙玻璃的尺寸加工中。幕墙玻璃板块制作中，应提前结合支承杆件支座的编码编号，对玻璃板
18、块进行相同规律的拓展编号，并最好通过三维BIM构建幕墙板块的加工生产图，以便加工完成后的标识、存放、运输及快速安装。玻璃幕墙体系为菱形玻璃面板，在面板加工中需综合考虑菱形面板的自稳形态、交角结合处的孔洞预留等问题。菱形玻璃面板为四边形，且支撑点在4个角部，容易出现应力集中的情况，加工制作时应予以消除。为解决尖角部应力集中现象，加工时对玻璃板块的4个角部进行反倒角处理，同时也有利于菱形面板的相邻面板的贴合安装，如图5所示。在玻璃面板预留孔洞处亦需按照以上方式消除集中应力，并适当增加软胶套等防护措施。斜向龙骨（截面钢柱）斜面弧向菱形玻璃板块支座位置水平方向 反倒角处理 图4 支座调整示意 图5 反
19、倒角处理4.3 点式万向驳接支座应用为解决菱形弧形幕墙角度变化与支承爪件难以连接的问题，同时避免因支承爪件长度与角度不均匀而带来的对玻璃面板的附加应力拉裂玻璃面板的问题，采用新型连接装置万向驳接支座。该万向接驳支座内部可自由微转动调节，适应弧形玻璃面板的三维变化和角度变换。万向驳接支座主要由钢转接支座、球铰结构、圆筒芯、隔压板及装饰板构成，如图6所示。此玻璃面可调节10（a）三维（b）剖面圆筒芯刚转接支座隔板前压板装饰盖图6 支座三维及剖面示意1）球铰式结构球缺平面部分与玻璃贴合，材质为与玻璃呈平面接触的非金属质（如尼龙）或有利于玻璃受力的软金属（如纯铝、铜等）。这种结构与夹具前后压盖为球面接
20、触，在前后压盖上用特制的球面螺栓连接，既保证球铰转动灵活，又整体连接夹具与球铰，便于施工。2）玻璃内外2个球缺连同中间夹持部分的玻璃厚度正好形成球体，球心接近玻璃厚度中心，玻璃可发生自由变形。这样的结构不仅对玻璃的旋转有好处，还能保证玻璃和夹具接触面积的合理。3）夹具中每对球球缺两侧的隔板也由非金属材料（如尼龙）制成，菱形玻璃幕墙面板与夹具中间的筒芯一起形成三面合围，菱形玻璃面板在下料时做了反角处理，玻璃板块（下转第1763页）李志强、廖万林、尹俊:反向支撑弧形菱形幕墙施工技术建筑施工第45卷第9期1763图10 架体逆向拆除实景 构施工完毕后，再从1层向上施工二次结构的传统施工方法，大大节约
21、了施工用措施费以及人工费，同时节约了大量的施工工期。混凝土结构构造柱与主体结构同步施工，有效提高了混凝土结构构造柱及水平系梁的施工效率，有助于提高构造柱外观质量及垂直平整度，并在结构框架梁及构造柱上保留变形监测点，为后续的屋面大跨度钢桁架、幕墙、装饰的施工提供数据上的安全保证。6 结语本文以单排框架结构形式的大型演播厅竖向结构施工为研究对象，着眼于施工的安全性、经济性和高效性，采用主体结构与二次结构正逆结合的施工方法，主要包含董传艺、张超、姚宣辰、姜子君、郗骁、吕军强、梁学磊:环形单排框架竖向主体及二次结构正逆施工技术以下关键技术：屋面悬挑结构下外围操作架转换为支模架；内围操作架转换为卸料平台
22、；矩形框架梁结合水平系梁转换为T形梁及L形梁；构造柱与主体结构的同步施工及上部接缝的处理措施；烧结粉煤灰实心砖优化为蒸压加气块。针对以上关键施工技术的研究，尤其是构造柱以及水平系梁的结构形式转化分析与同步施工，对大型演播厅竖向主体及二次结构的正逆施工方法起到了关键性的作用，可为今后类似工程提供重要的借鉴，具有较大的推广应用价值。1 李华.论中国现代电视演播厅的发展状况和趋势J.西部广播电视,2019(12):199-200.2 宋鑫,倪学燕.混凝土结构构造柱与主体结构同步施工法J.建筑技 艺,2020(增刊1):239-240.3 熊天乙,张文菀,张杰.云南广播电视台2200平方米演播厅建筑声
23、学 分析J.现代电视技术,2022(6):133-136.4 康玉成.建筑隔声设计:空气声隔声技术M.北京:中国建筑工业出 版社,2004.（上接第1759页）的各个角部可以与夹具中间的筒芯保持非常好的贴合。4.4 支座贯穿玻璃面板的处理编织筒钢结构形态显现“下收上放”立体上的屈曲变化，菱形幕墙的分块分隔部分存在不完全对应的状态，即支承连接支座极少部分需贯穿玻璃面板。根据现场实际情况，支承连接支座与主体编织筒结构和菱形幕墙接驳主要分为3种类型。类型A为贯穿4块玻璃，即连接杆件中心与玻璃板块点支座中心基本重合；类型B为贯穿2块玻璃，即连接件杆件中心与玻璃板块点支座中心偏离；类型C为贯穿1块玻璃板
24、块。针对以上这3种贯穿类型，玻璃面板在加工制作时应予以提前处理。A型玻璃缺口涉及4块菱形玻璃的加工，4块玻璃最好整体下料分隔，圆形贯穿孔洞在整块玻璃上提前加工完成，过后每块玻璃面板形状的角端应修整成圆弧形；B型玻璃缺口涉及2块菱形幕墙，可单块分别加工制作成半椭圆形，而后拼接修整，如图7所示；C型玻璃缺口处理方法与A型缺口一致，整体贯穿加工即可。B型A型AABGBCDCDEEHTFF贯穿玻璃的主结构杆件主龙骨（截面钢柱）玻璃板块次杆件（圆管）图7 玻璃幕墙贯穿示意5 结语江门火车站编织筒结构与配套的围护幕墙体系复杂，设计新颖，在仿生结构设计和幕墙协同设计上有诸多创新之处。此类设计形式较好地展现了
25、仿生建筑的特点，同时兼具美感，是新一代幕墙体系的发展方向。创新的设计必然给施工实施带来不小困难，此类幕墙体系在施工实施中存在诸多难题，幕墙曲面弧度线形的实现、材料加工制作、点位误差控制、连接构造等诸多方面均存在不小的难度。反向支撑弧形菱形幕墙体系通过江门站的创新实施，整体效果良好，较好地实现了施工与设计协同。1 段文付,张大伟.光谷国际网球中心弧面菱形点式玻璃幕墙关键施 工技术J.施工技术,2017,46(2):24-26.2 叶建,谭江蜀,游宇,等.复杂曲面菱形玻璃幕墙施工技术J.建筑机 械化,2021,42(9):36-39.3 张聪.解析异形曲面菱形折拼铝板幕墙施工技术J.建筑与装饰,2020(20):155.4 陈翀.双曲面框支承玻璃幕墙施工技术研究D.青岛:青岛理工大 学,2017.5 喻颖瑞.大型公共建筑异形幕墙工程施工技术要点分析J.建材与 装饰,2017(30):1-2.
