中建·光谷之星项目H地块总部办公大楼建筑面积80 000m², 主楼地上19层, 地下2层。办公大楼主体为混凝土-框架结构, 大堂中庭位置有半球体钢混结构, 总高度约25m, 碗状外立面为双曲面玻璃幕墙系统, 位于4～5层, 高度约14.4m, 碗口平面半径13.1m, 碗底平面半径6m (见图1) ;玻璃幕墙基层钢材采用121mm×6mm压弧钢管, 表面为氟碳喷涂;采用8FT+2.28SGP+8FT双曲面菱形超白夹胶玻璃, 规格约1 200mm×1 400mm, 最大板块重约68kg。

与常规玻璃幕墙施工相比, 本工程碗状双曲面玻璃幕墙系统面板玻璃均为双曲面菱形玻璃, 规格多, 玻璃下单难度大;幕墙施工测量放线与板块精确安装定位施工难度大;异形建筑造型的板块吊装、幕墙安装施工风险高、施工安全管理难度大;幕墙设计施工既要控制基层龙骨变形, 又要吸收消化结构变形及安装偏差。

测量返尺、数据采集完成后, 进行汇总分析, 依据现场实际坐标值, 采用BIM软件建立现场实际结构三维模型, 调整图纸中幕墙与结构间的距离, 使其满足幕墙安装、结构安全及外观要求。对模型进行板块分割、统计、归集、整理, 提取每个板块的加工尺寸, 尤其是转角处的弧形板块, 通过BIM软件进行分析, 测量板块弯弧的半径, 然后压平板块, 提取板块的展开尺寸, 并下单加工。

安装基层龙骨前, 首先安装胎架, 然后进行复核, 双曲达到要求后拼装龙骨。完成基层龙骨及点支撑的夹具安装后, 需测量整个基层、夹具, 当测量不符合要求时, 进行对项调整, 直到符合双曲面技术参数要求。玻璃采用手动车运至安装部位下方, 并采用剪刀车平台安装, 采用手动葫芦进行吊装。

1) 测量准备复核总包提供的控制点, 复核过程通过任意2个坐标值复核另一个坐标值。对已完成的土建结构进行检验, 首先分别确定标高±0.000m和圆心位置, 并分别以圆心测出每层的实际半径, 求出结构偏差, 及时将结构测量的数据反馈给设计人员, 设计人员依据项目提供的测量数据, 给出双曲面技术参数及控制网图 (基层及玻璃) , 供现场基层及面层安装。

根据双曲面技术参数及控制网图精度要求, 开展控制点测设, 此控制点测设因素包含八边形的每个内角及两点间的距离。为保证过程中能够自我检查, 在测设因素中增加1个坐标测量, 用以复核两点间距离。

2) 控制点测设过程首先根据总包移交的点位设置测站;其次将仪器依次架设在1～8号点位上, 进行导线距离及内角测量 (见图2) ;最后进行控制点坐标计算。

3) 测量反尺外幕墙采用双曲面菱形玻璃, 对基座安装和玻璃尺寸加工精度要求非常高。返尺时需在网状结构的交点部位贴设反射片, 利用全站仪对反射片进行观察。然后交换全站仪中的返尺三维数据与计算机数据, 将数据转换成图纸中的点。绘制成果图后, 对比原始图纸, 分析结构偏差点位, 找出最弱部位。在立体空间中, 准确地放出某个三维点位的具体位置, 难度大且效率低, 此处选择化难为易, 将立体转化为平面, 三维转化为二维。对高程求导先确定标高, 放出夹具 (x, y) 坐标值, 如先在4～6层结构表面分别放出标高线, 然后在同一水平标高建立多边形与曲线的数学关系。

1) 胎架制作安装基层龙骨前, 为保证整体效果及实际安装数据与图纸相符, 首先制作胎架, 胎架在工厂按照模型图要求, 求出每个点位的外弧尺寸, 安装胎架后进行复核, 双曲达到要求后方可拼装龙骨。

在模型图上切出四分之一的模型, 将模型旋转至俯视, 在地面按照投影垂直定出平面立杆分布, 并求出立杆在地面的点位、钢管与立杆的点位、钢管垂直最高点、夹具与钢管的点位、夹具到玻璃最外口点位, 共分5个点位进行定位 (见图3) 。

胎架搭设过程中不断矫正点位, 保证每个点位与模型图提点相符;拼装完成后矫正整体桁架, 其他允许偏差必须满足规范及设计要求。

2) 双曲基层龙骨焊接胎架安装完成后, 首先按照龙骨标高安装上口钢管龙骨, 安装完成后复核标高, 对半径进行定位;达到要求后, 在胎架上放出龙骨定位线, 再按照定位线在胎架上完成一个方向所有龙骨, 先点焊, 复核无误后满焊;满焊完成后再次校核龙骨位置是否正确, 若有偏差及时纠正, 在完成的龙骨上放出另一个方向的龙骨交点, 再安装未完成的龙骨, 首先点焊, 龙骨全部临时安装后采用全站仪复查基层, 符合双曲面技术参数及控制网图要求后进行满焊, 满焊结束后剔除焊渣, 检查焊缝质量是否达到设计要求。

3) 钢架基层分块吊装通过计算, 基层钢龙骨在吊装过程中存在一定的变量, 吊点部位变量为5mm, 下部底端变量为10mm, 因此, 安装定位过程中需控制变量, 吊装时严格按照计算点位进行。

起吊时, 先按照吊装要求进行绑扎, 并挂好牵引绳;首先提起钢架整体, 距离胎架高度1m即可, 在胎架上安装钢管做成简易滑道, 然后提高靠近碗状结构一方的基层, 尾端采用2个手动葫芦辅助, 当结构挡住基层钢架提升时, 利用尾端手动葫芦往后拉基层钢架, 直到前端可以提升;提升时, 慢慢放松后端, 建议尾端在基层滑道上滑动, 当尾端离开滑道时, 利用牵引绳控制钢架摆动。

手动葫芦将钢架往后方移动, 保证前面钢架顺利上升;钢架垂直时, 将手动葫芦安装在4层, 采用吊装绑扎带进行固定, 防止磨伤钢构表面防火涂料;利用手动葫芦将钢架往碗状结构方向收缩, 同时继续起吊上部滑轮组;此时需要人员控制牵引绳, 防止钢架摆动, 更换手动葫芦方向时, 钢架应在胎架上受力, 不得悬空。

按照安装需求的高度, 上部滑轮组吊装慢慢下降钢架, 手动葫芦配合收缩进行钢架归位 (见图4) 。

归位后, 找好坐标控制三维线进行调整, 符合要求后固定转接件;转接件固定先焊接底部, 再焊接中部及上部, 过程中全站仪全程控制标准位置, 利用千斤顶及手动葫芦调整半径的变量;4榀架临时固定后, 拼装接口处, 然后进行下道工序。

4) 双曲钢架基层安装定位吊装时存在一定的变量, 因此安装时先固定中部支点, 保证中部符合图纸的水平标高, 上部及下部采用绑扎形式临时固定, 让钢桁架释放变量;固定上部及下部支点时, 采用全站仪全程跟踪打点, 上部受压导致半径变小, 高度变矮;下部自然力会导致半径变大, 高度变长, 固定时上、下都采用手动葫芦进行拉伸, 同时采用全站仪控制爪件部位的曲面半径大小;归位后, 找好坐标控制三维线进行调整, 符合要求后固定转接件;过程中全站仪全程控制标准位置, 利用千斤顶及手动葫芦调整半径的变量;安装就位后, 及时测量矫正桁架。

夹具安装首先提点定位及编号, 现场依据编号及提点数据, 采用全站仪对夹具进行放线定位, 并采用辅助材料进行精准定位, 在结构外围焊接1圈辅助角钢;然后在同一水平标高建立多边形与曲线的数学关系。用全站仪测量角钢在CAD中的位置;直线上截取夹具的直线距离, 对结构面作垂直线, 与结构面的交点便是夹具的定位点;夹具定点后, 还应定出夹具四边与横向、竖向间的关系, 保证夹具四边弧形间角度一致。

本工程双曲面玻璃安装要求精准度非常高, 玻璃能否顺利安装是关键, 因此, 完成基层龙骨及点支撑夹具的安装后, 需测量整个基层、夹具, 当测量不符合要求时, 进行对项调整, 直到符合双曲面技术参数要求。

针对本系统玻璃的特点, 充分利用机械设备安装, 玻璃到达施工现场后, 由现场质检员、工长及安装组长对玻璃表面质量、公称尺寸及弧度进行100%检测, 同时使用玻璃边缘应力仪抽检玻璃的钢化情况;玻璃安装顺序为先上后下, 逐层安装调整;玻璃采用电动葫芦及尼龙包装带垂直提升到安装平台上进行定位安装 (见图5) 。施工步骤如下: (1) 安装滑行导绳及电动葫芦→ (2) 调整并绷紧导绳→ (3) 调试并检测电动葫芦→ (4) 玻璃起吊准备就绪→ (5) 起吊→ (6) 玻璃达到安装点→ (7) 脱离导绳就位安装→ (8) 紧固玻璃夹具, 玻璃固定完毕→重复步骤 (4) ～ (8) 。

因本系统采用双曲面菱形玻璃, 无法按列安装, 因此采取水平方向自上而下安装, 安装完水平方向的玻璃后, 再安装下道水平方向的玻璃, 安装时按照需求横向移动电动葫芦。

首先安装已加工好的基层压弧钢管龙骨, 将基层龙骨按照图纸及放线要求对应安装, 采用人工传递方式进行压弧钢管安装, 无需吊装设备。

玻璃运输到2层屋面, 采用手动车运抵至安装部位下方, 玻璃安装采用剪刀车平台施工及手动葫芦进行吊装;玻璃采用专用吊带捆扎, 玻璃起吊时, 平台安装人员辅助控制玻璃摆动, 当玻璃吊至安装部位后, 开动剪刀车至合适部位进行安装, 安装牢固后方可卸载吊装系统。

双曲面玻璃安装要求精准度非常高, 玻璃能否顺利安装是关键, 需全过程进行变形控制与复核, 完成基层龙骨及点支撑的夹具安装后, 需测量整个基层、夹具, 当测量不符合要求时, 需进行对项调整, 直到符合双曲面技术参数要求。

焊工持证上岗, 焊接作业符合焊接工艺规程及国家有关规定, 保证基层焊接质量要求。

碗状双曲面玻璃幕墙安装方法从深化设计、BIM技术运用、测量放线、生产加工质量、现场安装、试验检验等方面严格按规范进行控制, 保证现场安全、有序的施工作业, 确保高空作业设备架设的可行性和安全性。