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作者：金刚幕墙集团有限公司 王 生、汤荣发
近年来，由于建筑功能的需求，剧场、运动场等场馆，屋盖一般采用各种造型的建筑形式，主体为钢结构，外立面采用各种造型金属板幕墙，其外立面幕墙大多采用构件式做法，搭设脚手架等施工措施，将幕墙龙骨逐根安装在主体钢结构上，金属面板采用弧形板或采用较为繁琐的构造工艺实现平面金属板拼接曲面造型。以上做法施工工艺复杂，施工效率低，容易产生较大的安装误差，且措施费用高，不利于项目成本的控制，幕墙整体外观效果也不太理想。
超大面积单元式曲面金属板幕墙创新技术：单元式曲面金属板幕墙采用超大面积（最大面积约30㎡）三角形钢结构作为一个单元，将三角形钢结构与幕墙龙骨组装一体，配套与主体结构及幕墙面板可多维调节的连接结构，实现集成化安装及达到完美曲面幕墙效果的目的。此做法施工效率高，单元式构造使组装精度更易于控制。该创新技术成功应用于佳兆业金沙湾雪域广场（下文简称“雪域广场”）及巴中经济开发区会展中心及配套绿化景观建设项目（一标段）体育场（下文简称“巴中体育场”）等幕墙工程。（图1.1、1.2）
图1.1 雪域广场效果图
图1.2 巴中体育场效果图
2、超大面积单元式曲面金属板幕墙系统介绍
（1）单元式金属板幕墙构造设计
金属板幕墙采用钢管作为单元主龙骨，主龙骨之间采用钢圆盘及转轴圆盘进行连接,整体三角形钢结构单元里划分成各个小三角形（图2.1）。
图2.1 单元主龙骨构造示意图
在钢圆盘支座及转轴圆盘上设置金属板幕墙次龙骨连接件，形成幕墙次龙骨系统。在单元板块中央，六根次龙骨交汇位置，转轴圆盘上设置一个竖向转轴，转轴外周套装有内径相等的上转盘和下转盘。各转盘的外表面设有连接次龙骨的旋转翼，转盘可进行任意角度的旋转调节。通过调节转轴上各转盘的角度，可根据金属板安装要求快速完成次龙骨的定位连接；次龙骨顶部均为弧面，三角形金属板面积约1.5㎡，各边设置L型弧面连接件，L型连接件的弧面与次龙骨的弧面贴合，可进行较大范围的金属板安装角度调节。通过转盘、次龙骨弧面、金属板连接件弧面配合的多向调整，提高安装效率，保证安装精度，实现平面金属板拼接曲面幕墙的外观效果（图2.2、2.3、2.4、2.5）。
图2.2 单元幕墙构造示意图
图2.3钢圆盘支座节点图
图2.4 转轴圆盘支座节点图
图2.5 单元板块支座节点图
（2）单元式金属板幕墙结构设计
单元板块的主龙骨由φ114x5mm钢圆管组成，外形为大三角形，整体通过龙骨连接划分为多个小三角形，大三角形边长范围分别为10~12米、7.4~8.6米、7.4~8.6米。通过结构受力分析，单元主龙骨强度及变形均满足设计要求。（图2.6、2.7、2.8）。
图2.6 单元主龙骨结构计算简图
图2.7 单元主龙骨强度应力比分析图
图2.8 单元主龙骨组合位移分析图
3、创新技术介绍
3.1 幕墙BIM正向建模技术
（1）金属板幕墙系统建模
在主体结构移交的BIM模型中对金属幕墙系统进行正向建模，具体如下：
1）主体结构BIM模型为用于实际施工的BIM模型，模型精度不应低于LOD300。
2）幕墙表皮几何形态及控制性数据应经设计单位确认。
3）关注施工过程中主体结构出现的变更情况，及时更新BIM模型，确保BIM模型与实际施工状态一致。（图3.1.1、3.1.2）
图3.1.1 雪域广场BIM模型
图3.1.2 巴中体育场BIM模型
（2）分块单元拼装图及龙骨加工详图绘制
基于幕墙BIM模型，对异形幕墙系统进行单元划分，按单元划分情况设置主体结构与分块单元之间的连接。针对分块单元建立局部坐标系，在BIM软件中绘制、导出各单元龙骨拼装图及杆件加工详图。具体要求如下：
1）分块单元尺寸以满足起重作业限制、安装精度可控、经济合理化为原则，以防单元在吊装过程中产生变形。
2）连接支座设于各单元钢圆盘位置，接口处连接支座可与相邻单元共用。
3）针对分块单元建立局部坐标系，在BIM软件中绘制、导出各分块单元拼装图及杆件加工详图，分块单元拼装图中应准确体现各条龙骨杆件的轴向、法向及相对关系定位尺寸。（图3.1.3）
图3.1.3 单元局部模型
4）分块单元拼装图绘制完成后，基于理论BIM模型中生成料单统计表，进行空间龙骨系统及金属面板的采购、制作。
3.2圆盘连接式超大面积三角形钢结构单元组装技术
整体三角形钢结构单元里划分成各个小三角形，金属板幕墙采用钢管作为主龙骨，主龙骨之间采用钢圆盘进行连接。特制一套可调节高度的单元拼装支撑胎架，胎架由支撑及圆板组成；根据钢结构单元定位要求，测量支撑胎架平面位置（即圆板位置），结合胎架调节确定圆板的位置和高度；将加工好的钢龙骨管件按照编号及对应位置焊接在钢圆盘之间，形成三角形单元。组装过程中，钢管能否与预先定位好的钢圆盘按组装要求精度进行连接，可作为钢圆盘定位精度与圆管加工精确度的双向校核，进一步保证了单元体的组装精度。
（1）特制一套可调节单元拼装支撑胎架，底座用500x500x10mm厚Q235B钢板，上面连接一根800mm长的Q235B材质的镀锌10#槽钢，在10#槽钢上焊接两个螺母，再将∅35mm，600mm长螺杆穿入其中，在螺杆上部焊接一个∅325mmx6mm厚的Q235B钢圆盘，形成可调节高度的活动支撑胎架，保证放线点位的精确度。（图3.2.1）
图3.2.1 可调节高度支撑胎架
（2）支撑胎架测量定位。根据主龙骨单元点位图纸，先用全站仪放出胎架平面位置（即钢圆盘位置），紧接着在胎架圆盘上方放出三个点位，确定圆盘的方向和高度。（图3.2.2）
图3.2.2 圆盘点位测量定位
（3）圆盘之间管件安装焊接。将切好相贯线的单元连接管件按照图纸编号和对应位置焊接在圆盘之间，初步形成单个单元。在此过程中，如果管件太长或者太短，在圆盘与圆盘之间连接误差超过10mm，则可能是圆盘点位放线测量有误。此过程也刚好可以进行点位准确度和管件加工精确度的双向相互校核。（图3.2.3、3.2.4）
图3.2.3圆盘之间管件安装焊接图
图3.2.4圆盘之间管件安装焊接图
3.3平面金属板多向调节拼接曲面幕墙安装技术
单元体主龙骨上，根据三角形金属板的安装要求，六根次龙骨交汇位置，设置一个竖向转轴，转轴外周套装有内径相等的上转盘和下转盘。各转盘的外表面设有连接次龙骨的旋转翼，转盘可进行任意角度的旋转调节。通过调节转轴上各转盘的角度，可根据金属板安装要求快速完成次龙骨的定位连接。（图3.3.1、3.3.2、3.3.3）
图3.3.1 转轴圆盘支座节点图
图3.3.2 幕墙调节结构节点图
图3.3.3 多向曲面幕墙调节结构示意图
次龙骨顶部均为弧面，三角形金属板各边设置L型弧面连接件，L型连接件的弧面与次龙骨的弧面贴合，可进行较大范围的金属板安装角度调节。通过转盘、次龙骨弧面、金属板连接件弧面配合的多向调整，提高安装效率，保证安装精度，很好地实现平面金属板拼接曲面幕墙的外观效果。（图3.3.4、3.3.5）
图3.3.4 L型弧面连接件节点图
图3.3.5 金属板连接节点图
3.4幕墙钢结构主龙骨与次龙骨集成一体模块化吊装技术
根据金属板安装点的定位，对金属板幕墙次龙骨完成面进行测量放线，在钢圆盘上设置临时定位放线装置，各钢圆盘上临时定位装置之间相互拉线，根据定位线进行金属板次龙骨转接件的安装，进而完成次龙骨的安装。一体化模块组装完毕后，通过地面提升方向的调节及单元在安装位置精度的调节，完成幕墙钢结构主龙骨与次龙骨集成一体模块化吊装。
（1）次龙骨拼装:依据金属板图纸平面尺寸及完成面尺寸放出次龙骨完成面，并在主龙骨单元上拉出尺寸网线，依据尺寸网线进行转接件焊接，对焊部进行打磨，打磨后喷涂中间漆及面漆，最后进行次龙骨拼接。（图3.4.1、3.4.2、3.4.3）
图3.4.1 次龙骨放线图
图3.4.2次龙骨转接件安装
图3.4.3 次龙骨拼装图
（2）单元复测、校正
单元主体与次龙骨拼接完成后，进行单元复测，将超出误差范围部位进行校正。
（3）地面金属板安装
金属板在地面进行安装，将面板与单元骨架集成一体，面板安装时各分块单元接口处面板预留不装，以免影响接口部位龙骨对缝焊接。（图3.4.4）
图3.4.4 复测校正后单元
（4）单元板块吊装、校正、就位
在BIM模型中导出单元安装控制坐标，在单元的安装控制点上粘贴测量反光贴，吊装单元板块，跟踪观测安装控制点坐标，校正单元位置完成定位，将单元与定位支座焊接固定，转入下一单元安装，直至完成所有分块单元安装。具体操作要求如下：
1）采用25T汽车吊进行吊装。吊带下方连接手动葫芦，对单元整体方向进行调整，与主结构方向接近一致。
2）提升至单元位置，先大致调整落位。测量员根据在圆盘上贴的反光贴对单元吊装三维点位进行校准，高空作业工人使用对讲机与测量员进行沟通，根据测量员指示进行调整，直至安装控制点坐标值与BIM模型理论坐标值的误差在±5mm以内，调整完成后，点焊固定。（图3.4.5）
图3.4.5 单元板块吊装
3）单元吊装可从下开始向上顺序吊装，第一个单元定位固定完成后，后一个单元以角点控制坐标及已就位单元的主龙骨端口为准进行对位，主龙骨对口错缝误差应控制在±2mm以内，否则应采取校正措施，定位完成后对分块单元之间的接口进行焊接。
（5）高空金属板安装
1）单元板块整体吊装完成后，在部分缺口金属板安装前，首先对部分地面没有拼装的杆件进行补杆焊接，并对没有安装的次龙骨进行安装。（图3.4.6）
图3.4.6 单元板块补杆连接
2）单元之间接口处，调整后进行满焊，并打磨除锈及补漆。
3）金属板安装。部分面板已随单元整体吊装就位，各单元安装吊装完成后，采用自行式登高车分多个作业面逐步完成各区块金属面板安装。（图3.4.7、3.4.8）
图3.4.7 雪域广场施工现场局部实景图
图3.4.8 巴中体育场施工现场局部实景图
图3.4.9 雪域广场完工实景图
图3.4.10巴中体育场完工实景图
4、结束语
超大面积单元式曲面金属板幕墙创新技术，成功应用在佳兆业金沙湾雪域广场及巴中经济开发区会展中心及配套绿化景观建设项目（一标段）体育场幕墙工程，项目已顺利竣工。该创新技术获得2项发明专利：《一种单元式曲面铝板幕墙系统》、《一种基于BIM技术的双曲板自动优化方法及系统》、1项实用新型专利：《一种多向曲面幕墙调节结构》。（图4.1、4.2）
该创新技术通过集成化的制作和安装，简化了幕墙整体的安装流程，并能有效提高幕墙的安装效率,对曲面金属板幕墙的设计、加工与施工提供了新的思路及管理办法，为今后类似工程的实际应用提供了重要参考价值。该创新技术，以其特有的优点将会在幕墙领域中得到越来越多的关注，具有良好的推广应用前景。
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图4.1发明专利证书
（文章版权归作者所有）
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