波浪弧形玻璃幕墙设计与施工技术

波浪弧形玻璃幕墙设计与施工技术

宋涛

宋涛

广东省建筑装饰工程有限公司新疆分公司830011

摘要：本文主要结合新疆维泰大厦幕墙工程分析波浪弧形玻璃幕墙设计与施工技术。供同行参考借鉴。

关键词：波浪弧形玻璃幕墙；设计；施工技术

一、工程概述

新疆维泰大厦幕墙工程位于乌鲁木齐市经济技术开发区二期延伸区南侧，地上十七层，地下二层，裙房4层，建筑总高度为78.9米，包括石材幕墙、隐框玻璃幕墙及其他材质造型装饰。维泰大厦是乌鲁木齐市新的地标性建筑，其外形设计独特，正立面波浪形玻璃幕墙，纵向立柱布局两翼外展型的裙楼设计，充分体现了动感和美感。

二、幕墙特点与施工难点

1、设计特点。维泰大厦正立面波浪形玻璃幕墙是以两个半径相同、竖向圆心位置不同的圆弧组成，圆弧高度差为9.75米，弧形跨度为77.7米，呈“S”形向内倒吊退缩约3.75米（最多），从十二层标高50.55米处开始逐级对称向两边递减，形成一波一波对称造型，达到波浪形装饰效果，寓意沙漠中突然呈现蔚蓝色大海波浪，感觉令人神往。纵向采用突出于玻璃幕墙的石材作为幕墙的肋，特别是两侧各六片“榄核”状装饰线（如图1）增加了韵律感和立体感。玻璃与石材采用同样的弧度，使得整个正立面幕墙更加工整美观。在高达9.75米的弧形处将玻璃分割成9行，使得该部分从外观上更为平滑美观。

图1波浪弧形幕墙立面图

2、施工难点。本工程幕墙施工重点是波浪形玻璃幕墙部份，由于造型部份是以双弧为基线向内为“S”型的玻璃幕墙，并以中轴线为对称轴向两边分布，每边22辐玻璃幕墙和石材装饰线形状、标高各异，圆弧型幕墙平面半径过大，现场测量及确定圆心困难；在幕墙加工制作、拼装、安装过程中，加工、安装误差的累加，会严重影响圆弧造型质量，因此，精确测量及确保幕墙铝型材加工制造精度和安装精度是该项目质量控制的难点。

三、幕墙设计

1、构造体系。玻璃幕墙部分采用100×100×4钢方管弧形玻璃幕墙龙骨，铝合金横向龙骨，6+9A+6Low-E氩气镀膜中空钢化玻璃，角度倾斜达到75度部位为中空钢化夹胶玻璃，为隐框式；石材部分采用矩形钢管龙骨840×150×6，饰面为25厚荔枝面石材，背栓式安装方法。

2、节能环保设计

新疆地区气候寒冷，为了达到节能目的，该波浪形玻璃幕墙采用6+9A+6Low-E氩气镀膜中空钢化玻璃，中空层用来隔声和保温。镀膜玻璃对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率；Low-E玻璃是在玻璃表面镀有由多层银、铜或锡等金属或其化合物组成的薄膜系，对可见光有较高的透射率，对红外线有很高的反射率，具有良好的隔热性能。普通浮法玻璃的辐射率高达0.84，Low-E玻璃辐射率可降至0.15以下，可大大降低因辐射而造成的室内热能向室外的传递，达到理想的节能效果；由于中空玻璃采用的氩气的密度比普通空气大，可减慢中空玻璃内的热对流，从而减少气体的导热性，延长中空玻璃不结露不上霜时间，玻璃更干燥，节能效果更好。

图2榄核状石材装饰肋

四、施工工艺

1、工艺原理

（1）首先进行现场测量（主要测量弧长、弦高、弦长）；根据幕墙设计施工图以及现场实测，采用计算机辅助设计软件AutoCAD对幕墙立柱在计算机上模拟定位然后进行现场测量，把计算机定位点转换到现场定位。

（2）确定立柱安装定位点，经校对复核无误后，放线；采用了先进的全站仪测量技术对复杂的幕墙空间造型安装测量；安装立柱；横梁安装；玻璃板块设计制作；注结构胶；安装玻璃板块；打耐候密封胶形成具有足够的承载力、刚度、稳定性和相对于主体结构位移能力的外围护结构，避免在荷载、地震和温度作用下产生破坏、过大的变形和妨碍使用。

2、关键施工工艺

（1）施工准备

严格按照设计图纸要求，对骨架材料、板材、密封填缝材料，结构粘结材料及五金件等材料进行采购，做到进货、出库有检验。有关材料必须具有质保书与性能试验报告，严把材料质量关，不合格材料禁止使用。结构胶、耐候胶必须做相容性试验。构件搬运、吊装时，不得碰撞和损坏，构件到现场堆放时，应按品种和规格分类堆放在垫木上。

（2）工艺流程

现场测量→定位设计→测量放线→预埋件处理→连接角码安装→立柱制作安装→横梁制作安装→结构玻璃板块设计制作→注结构胶（隐框）→安装玻璃板块→石材干挂安装→打耐候密封胶→清洁检查→竣工验收。

（3）测量放线

①依据幕墙施工图（分格图和大样图）进行放线，放线主要依据轴线弹出墙洞口的位置线，外墙＋50mm线预先弹出，水平标高要逐层从地面引上，以免误差积累，根据立柱定位原理现场测量定位。由于建筑物受气温变化有侧移，所以测量应在每天定时进行，测量时风力不应大于四级。

②根据幕墙施工图以及现场实测，采用计算机辅助设计软件AutoCAD对幕墙立柱在计算机上模拟定位（如下图3所示），

图3计算机模拟定位图

计算机模拟定位步骤：

a根据幕墙施工图以及现场实测尺寸调整幕墙分格尺寸。

b幕墙分格确定后在计算机模拟图中确定分格点（如上图中D1、D2……D10）。

c在模拟图形中以C点为坐标原点，弦长AB为X轴，弦高CD为Y轴，建立直角坐标系。

d确定幕墙分格点坐标（Xn，Yn）；以D3（X3，Y3）点为例，详见下图4所示。

e根据幕墙分格点、圆心两点连线与线段AB交点d3（d3，0），点D3、d3两点确定幕墙立柱中心轴线。

图5计算机模拟定位图

1、现场定位操作步骤：

a拉弦长线A-B；

b拉弦高线C-D；

c以C点为基准点，沿CB方向实测|X3|，沿CD方向实测|Y3|；

d再以实测点|X3|、|Y3|为基点分别拉平行线（图中虚线）；两虚线交点即为点D3（X3，Y3）。

e以C点为基准点，沿CB方向实测|d3|，根据D3、d3两点确定幕墙立柱中心轴线。

f同理，依次确定立柱安装定位点Dn（Xn，Yn），d3（d3，0），从而确定立柱定位轴线。

④由于幕墙空间造型复杂，在安装过程中采用了先进的全站仪测量技术来进行整体幕墙结构安装过程的安装测量，通过对各主要定位节点座标的三维测量，进行全方位质量监测。

（4）立柱制作安装：

①立柱制作

为节约铝材和减少现场加工，在生产车间按图加工。立柱加工图在立柱测量放线完毕后由现场技术员绘制，利用AutoCAD软件绘制并认真核查。立柱安装前，先把套芯（接长立柱与立柱用，上下层立柱之间留20mm的伸缩缝。）插入立柱内，然后在立柱上钻孔，将连接角码用不锈钢螺栓安装在立柱上，二者之间用防腐垫片隔开。

②立柱安装

立柱安装顺序由下至上，操作工人把立柱搬运到安装工作面上，使立柱上巳有的中心线和测量时所定的立柱站线（钢琴线）重合，立柱顶和测量时所定的标高控制线水平。焊工把连接角码临时点焊在预埋钢板上，然后调整立柱位置。第一条立柱准确无误后，把上一层立柱套入下一层立柱芯套，就位准确后点焊。如此循环，完成一组立柱安装。一面幕墙立柱安装完毕，经检查位置准确、安装牢固后，再按焊缝要求加焊焊缝等级应满足设计要求。

③安装误差控制：

标高偏差：≤±3mm；前后偏差：≤±2mm；左右偏差：≤±2mm；相邻两根立柱安装标高偏差：≤3mm；同层立柱的最大标高偏差：≤5mm；相邻两根立柱的距离偏差：≤±2mm

④立柱一般为竖向构件，是幕墙安装施工的关键之一，它的质量影响整个幕墙的安装质量，通过连接件幕墙的平面轴线与建筑物的外平面轴线距离的允许偏差应控制在2mm以内，特别是建筑平面呈弧形、圆形和四周封闭的幕墙，其内外轴线距离影响到幕墙的周长，应严格对待。

（5）横梁制作安装：

①横梁制作

横梁由厂家根据加工图半径加工，生产车间根据现场加工图尺寸加工好后运送工地现场安装。

②横梁位置测量

用水准仪把楼层标高线引到立柱上，以楼层标高线为基准，在立柱侧面标出横梁位置，每一层间横梁分隔的误差在本层内消化，不得积累。

③横梁安装

将横梁两端的连接件（铝角码）和弹性橡胶垫安装在立柱的预定位置，要求安装牢固、接缝严密。

④幕墙横梁安装应符合下列要求：

a相邻两根横梁的水平标高偏差不大于1mm，同层标高偏差不大于3mm，其表面高低偏差不大于1mm。

b同一层的横梁安装应由下向上进行。当安装完一层高度时，应进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求。

c同层标高偏差：当一幅宽度小于或等于35m时，不应大于5mm；当一幅宽度大于35m时，不应大于7mm。

（6）玻璃板材的制作安装：

①玻璃板材的制作：

明框幕墙：玻璃板材厂家根据加工图尺寸半径加工好玻璃后运送工地现场安装。

隐框幕墙：

a铝附框装配

铝型材下料后，应在专门的工作台上进行装配。大批量生产铝框时应在工作台上设置模具，按固定的模具装配，保证铝框装配的均一性。装配后的铝框应进行下列项目检查：铝框对边尺寸长度差；铝框对角线长度差；铝料之间的装配缝隙；相邻铝料之间的平整度。

b玻璃制作

定位划线：确定玻璃块的立面水平、垂直位置，并在主框格上画好线；而在玻璃加工之前下料工作中务必认真复核现场骨架的尺寸以及所需的弧形玻璃的曲率K的控制，从现场采集回来的数据可以通过计算机进行核查，对于相邻列中曲率K变化比较大应重新测量和计算。玻璃安装过程中应临时固定后对板块进行调整，做到横平、竖直、面平，曲面应顺滑。

c净化

净化是结构玻璃装配生产最关键的工序，只有对基材表面认真按工艺要求进行净化，才能制造出具有规定可靠度的结构玻璃装配组件。对油性污渍用二甲苯；对非油性污渍，用异丙醇、水各一半的混合溶剂。净化方法用两块抹布法：将溶剂倒在一块抹布上，对基材表面顺一个方向依次擦抹，在溶解了污渍的溶剂未挥发前，用一块干净的抹布将溶解了污渍的溶剂擦抹干净（如果这块抹布巳脏要再换一块干净的抹布）。不能在溶剂挥发后再擦，因为溶剂挥发后，污渍仍残留在基材表面，干抹布是擦不掉的。净化后30分钟内立即进行涂胶，因为如果净化后停留的时间太长，基材表面又会受到周围环境中污染物的污染，这时要重新净化后才能涂胶。

d定位

定位是使玻璃固定在铝框的规定位置上。一般采用定位夹具以保证两者的基准线重合。在定位平台上，沿平台一组相邻边设高约100mm的挡板，作为玻璃的定位基准，平台面上装置铝框定位夹具，按预定玻璃与铝框的设计位置，将铝框固定在平台上，按设计位置将双面胶条粘贴在铝框上，使玻璃沿挡扳落下，达到两者基准线重合。玻璃要做到一次定位成功，不能在定位不准时移动玻璃，因为玻璃一旦与双面胶条接触，不干胶粘在玻璃上，在这层不干胶上涂结构胶不能保证其与玻璃粘接牢固。玻璃定位后形成以玻璃与铝框为侧壁、垫条为底的空腹，其尺寸应与胶缝宽、厚尺寸一样。

e注胶

将注胶处周围5cm左右范围的铝型材或玻璃表面用不沾胶带纸保护起来，防止这些部位受胶污染；核对结构胶的品种、牌号、生产日期；用打胶机注胶，注胶时要保持适当的速度，使空腔内的空气排出，防止空穴，并将压缩空气挤胶时的空气排出，防止胶缝内残留气泡，保证胶缝饱满；一个组件注胶结束，立即用刮刀将胶缝压实刮平。注胶要求在无尘环境中进行。

f养护

注胶后的板材应在静置场静置养护，单组份结构胶静置7天后才能运输。养护环境要求温度为23±5℃，相对湿度为70%±5%；养护时玻璃板块要搁平；叠放时叠高不宜超过7层，每块用4个等边立方体泡沫塑料块垫于下一层，立方体尺寸偏差≤0.5mm。

j试验

在玻璃基材上用抽样时的单组份密封胶注堆15.3cm×7.7cm×0.65cm～1.3cm胶体作为切开试验样品；玻璃板块在规定的环境中养护7天后，将切开试验样品中部切开，观察切口胶体，如果是闪光的表面，则密封胶未完全固化，如果是平整或暗淡的表面则巳完全固化；如检查到14天还未完全固化，说明胶的质量有问题。在基材表面注堆20cm×1.5cm×1.5cm胶体作为剥离试验样品；21天后对剥离试验样品进行剥离试验，在胶样一头用刀在胶体厚度中部切开长5cm切口，用手捏住切头，用>90度的角度向后撕扯，只允许沿胶体撕开，如果发现胶体与基材剥离，则剥离试验不合格。组件质量要求做到结构胶充满空腔，粘接牢固，胶缝平整，胶缝外无胶污渍，胶缝固化后铝框翘曲不大于1mm。

②玻璃板材的安装：

a在安装前，要清洁玻璃，四边的铝框也要清除污物，以保证嵌缝耐候胶可靠粘结。

b调整：确定玻璃板块在立面上的水平、垂直位置，并在主框格上划线；玻璃板块临时固定后对板块进行调整，调整标准横平、竖直、面平。

c固定：用压块把玻璃板块固定在主框格上，压块间距按设计要求，上压块时要注意钻孔，螺栓采用不锈钢机械螺栓，压块一定要压紧。

d玻璃的镀膜面应朝室内方向。

e当玻璃在3m2以内时，一般可采用人工安装；玻璃面积过大，重量很大时，应采用真空吸盘等机械安装。

f明框幕墙玻璃下边缘与下边框槽底之间应采用硬橡胶垫衬托，每块玻璃下端垫块数量应为不少于2个，厚度不应小于5㎜，每块长度不应小于100㎜。隐框幕墙玻璃下部要设两个金属托条，托条不应凸出玻璃外表面。

（7）耐候胶嵌缝：

①玻璃板块安装后，检测玻璃的表面平整度、垂直度，接缝大小、接缝高低等，如符合设计、规范要求，可进行下一步工序打胶。充分清洁板材间缝隙，不应有水、油渍、涂料、铁锈、水泥砂浆等，应充分清洁粘结面，加以干燥，可采用甲苯或甲基二乙酮作清洁剂。

②为避免密封胶污染玻璃和铝板，应在缝两侧贴保护胶纸。

③为调整缝的深度，避免三边粘胶，缝内应充填聚氯乙烯发泡材料（泡沫棒，直径比缝隙大3－4mm）；打胶前在缝隙两侧贴纸不干胶带，然后嵌入泡沫棒，打胶最薄处必须保证有3mm以上，缝隙清理干净，保证玻璃和胶牢固粘结在一起后将纸带撕掉，保证墙面雨水不渗入结构内。

④注胶后应将缝表面抹平，去掉多余的胶；完毕后，将保护胶纸撕掉，必要时可用溶剂拭去。

⑤养护：胶在未完全硬化前，不要沾染灰尘和划伤，嵌缝胶的深度（厚度）应小于缝宽度，因为当板材发生相对位移时，胶被拉伸，胶缝越厚，边缘的拉伸变形越大，越容易开裂。单组份硅酮结构密封胶的固化时间较长，一般需要14—21天，双组份固化时间较短，一般为7—10天左右，打注结构胶后，应在温度20℃、湿度50％以上的干净室内养护，待完全固化后才能进行下道工序。

五、效益分析

波浪弧形玻璃幕墙设计及施工技术合理解决了圆弧幕墙设计的构造，达到了简单、安全及节能，满足了建筑效果：

效果一：解决了圆弧幕墙骨架现场难以定位问题，提高幕墙定位安装的准确性。

效果二：施工方便，节约人工费，缩短工期，提高效率。

效果三：效益分析对比表：

备选方案施工难易度工期测量精度经济效益产品质量

通常现场测量较难工期长误差较大较差较差

计算机辅助测量计算法较易工期短较准确较好较好

施工中通过应用计算机技术及先进的全站仪，实现了不同圆心圆弧的现场准确定位、空间造型三维精确测量，通过工艺及质量控制满足了安装精度，达到了施工方便，节约人工费，缩短工期，提高效率。建成后的该项目成为了新疆乌鲁木齐市的新地标建筑。