本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載
1 前言
建筑幕墻單元化的核心思想是盡可能地把所有的幕墻產(chǎn)品放在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，工地只是簡單地安裝，同時(shí)盡可能地使用建筑機(jī)械進(jìn)行施工，從而有效地提高幕墻產(chǎn)品的整體質(zhì)量和安裝效率，盡可能地降低人員傷害事故。所以，概括成三句話，就是“能工廠做的不工地做、能地面做的不高空做、能機(jī)械化的不用人工”。
建筑幕墻單元化貫穿了建筑幕墻設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等整個(gè)環(huán)節(jié)，本文建筑幕墻單元化主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是框架式幕墻單元化;二是異形幕墻單元化。
2 框架式幕墻單元化
傳統(tǒng)的框架式幕墻一般都是在工廠加工好材料后，運(yùn)到工地進(jìn)行骨架、面板等材料的安裝，大量的工作集中在工地完成，對幕墻的整體質(zhì)量控制要求較高，安裝質(zhì)量完全依賴安裝工人的綜合素質(zhì)，安裝質(zhì)量較難有效地監(jiān)督和控制，且現(xiàn)場安裝工期較長，進(jìn)度完全依賴安裝工人的人數(shù)，也容易產(chǎn)生安全事故。如何才能解決框架式幕墻的這些弊端呢?對框架式幕墻進(jìn)行單元化可能是一種非常有效的技術(shù)思路。
2.1 設(shè)計(jì)思路
傳統(tǒng)的幕墻系統(tǒng)主要是框架式幕墻和單元式幕墻，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，而框架式幕墻單元化系統(tǒng)則很好地整合并吸取了兩種傳統(tǒng)幕墻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：如幕墻板（詞條“墻板”由行業(yè)大百科提供）塊在工廠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，與工地組裝相比，幕墻組裝質(zhì)量更加容易控制和保障，施工效率也顯著提高。同時(shí)，框架式幕墻單元化系統(tǒng)的所有防水（詞條“防水”由行業(yè)大百科提供）采用成熟可靠的硅酮密封膠進(jìn)行密封，維護(hù)更加簡單、便捷，形成了一種新型的打膠單元式幕墻系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)幕墻系統(tǒng)的缺點(diǎn)，如單元式幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，多層空腔和多道膠條的防水設(shè)計(jì)如果不合理，容易造成系統(tǒng)設(shè)計(jì)失誤。
2.2 框架式幕墻單元化
框架式幕墻單元化就是盡可能地將框架式幕墻進(jìn)行單元化設(shè)計(jì)，使其滿足工廠的單元化生產(chǎn)和工地的單元化安裝。框架式幕墻中常見的幾種幕墻形式如玻璃幕墻、鋁板幕墻（詞條“鋁板幕墻”由行業(yè)大百科提供）、石材幕墻等都可以按照這個(gè)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行單元化的設(shè)計(jì)，下面以標(biāo)準(zhǔn)的框架式玻璃幕墻為例進(jìn)行分析、比較。
2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)框架式幕墻與框架式幕墻單元化比較
與標(biāo)準(zhǔn)框架式幕墻相比，框架式幕墻單元化系統(tǒng)吸取了單元式幕墻的優(yōu)點(diǎn)，將每個(gè)分格做成單元板塊，以實(shí)現(xiàn)在工廠的工業(yè)化生產(chǎn)，工地的機(jī)械化施工，極大地提高了幕墻加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量和安裝效率，具體詳見圖1和圖2。具體改進(jìn)方案如下：
1) 將立柱和橫梁都拆分設(shè)計(jì)為對插型材，以實(shí)現(xiàn)板塊單元化;
2) 型材加工同樣只需簡單切割，無需廢時(shí)廢工開槽銑槽;
3) 材料成本有所增加，但綜合成本如安裝成本等顯著降低。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)框架式幕墻(左)和框架式幕墻單元化水平節(jié)點(diǎn)(右)
圖2 標(biāo)準(zhǔn)框架式玻璃幕墻(左)和框架式玻璃幕墻單元化豎向節(jié)點(diǎn)(右)
2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)單元式幕墻與框架式幕墻單元化比較
與標(biāo)準(zhǔn)單元式幕墻相比，框架式幕墻單元化系統(tǒng)更加簡單，型材之間的插接僅是用于保證玻璃面板表面的平整度，沒有水密、氣密的要求，但安裝方案、措施基本相同，具體改進(jìn)方案如下：
1) 取消多道水密、氣密腔，將膠條防水、防氣改為成熟的耐候膠防水、防氣;
2) 對插橫梁截面高度可大大減小，材料成本明顯降低;
3) 圓弧半徑較小的單元板塊完全適用;
4) 型材加工只需簡單切割，無需廢時(shí)廢工開槽銑槽，極大地提高了加工效率;
5) 單元板塊在工地?zé)o需逐層安裝等。
同樣，框架式鋁板幕墻和石材幕墻單元化只需將面板材料由玻璃改為鋁板或石材，固定面板的方式也進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整即可。
2.3 框架式幕墻單元化工程實(shí)例
下面以深圳寶安國際機(jī)場T3航站樓登機(jī)廊橋幕墻工程實(shí)例來進(jìn)一步闡述框架式幕墻如何單元化。
深圳寶安國際機(jī)場T3航站樓共有58個(gè)登機(jī)廊橋，總幕墻面積約8.7萬平方米，其中玻璃幕墻約1.8萬平方米，鋁板幕墻約6.9萬平方米，具體詳見圖3。每個(gè)登機(jī)廊橋只有1500多平方米，頂部標(biāo)高約8米，底部標(biāo)高約4米，且位置非常分散，如果采用傳統(tǒng)的框架式幕墻進(jìn)行大面積現(xiàn)場施工，58個(gè)登機(jī)廊橋每個(gè)都要搭滿堂腳手架，施工效率不高，工期難以保證。
圖3 深圳機(jī)場T3航站樓登機(jī)廊橋?qū)嵕?/STRONG>
對此，在本幕墻工程中，對登機(jī)廊橋部分的原框架式幕墻進(jìn)行了單元化設(shè)計(jì)、施工，將原招標(biāo)圖紙中的框架式幕墻系統(tǒng)改進(jìn)為單元化的幕墻系統(tǒng)，將立柱一分為二，形成單元板塊，兩個(gè)幕墻系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)比較參見圖4和圖5，通過框架式幕墻單元化改進(jìn)，將玻璃或者鋁板面板與骨架組裝成單元板塊，使所有板塊盡可能地在工廠進(jìn)行大批量生產(chǎn)，整體運(yùn)往工地后，用單元式幕墻板塊安裝方式在工地進(jìn)行機(jī)械化吊裝（詞條“吊裝”由行業(yè)大百科提供），板塊間不插接，依靠外側(cè)打膠進(jìn)行密封。
通過最終測算，綜合成本明顯降低，施工效率大幅提升，采用汽車吊進(jìn)行吊裝施工，一個(gè)登機(jī)廊橋一周時(shí)間即可大面積完工，為保證深圳機(jī)場總體施工工期奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
圖4 原玻璃幕墻招標(biāo)節(jié)點(diǎn)(左)和單元化后的幕墻節(jié)點(diǎn)(右)
圖5 原鋁板幕墻招標(biāo)節(jié)點(diǎn)(左)和單元化后的幕墻節(jié)點(diǎn)(右)
3 異形幕墻單元化
近十年，國內(nèi)出現(xiàn)了很多外觀設(shè)計(jì)新穎且造型奇異的建筑，盡管建筑高度不高，但由于其造型特殊，通常無法界定哪些屬于幕墻，哪些屬于屋面，這里統(tǒng)稱為異形幕墻工程。異形幕墻一般都是三維空間造型，外形復(fù)雜，所有骨架和面板需要三維定位和三維安裝，如果還是按傳統(tǒng)框架式幕墻在工地現(xiàn)場進(jìn)行三維定位和安裝，將會給設(shè)計(jì)、加工、安裝等環(huán)節(jié)帶來極大的困難，同時(shí)加大了對技術(shù)、質(zhì)量和工期的要求，有沒有辦法可以解決呢?通過近年來對具體的異形幕墻工程的研究和探討，筆者認(rèn)為異形幕墻單元化可能是最好的解決辦法。
3.1 設(shè)計(jì)思路
一般來說，異形幕墻雖然造型奇異，但通常還是有規(guī)律可尋。首先將異形幕墻外立面進(jìn)行單元板塊劃分，劃分單元板塊大小的原則是應(yīng)滿足可單元化生產(chǎn)和可單元化吊裝兩個(gè)條件，然后將劃分出來的單元板塊進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，整體組裝和整體吊裝，既可保證工程質(zhì)量，又可極大的提高施工效率。
由于異形幕墻工程差異較大，只能具體工程具體分析，下面分別列出幾個(gè)具體的異形幕墻工程實(shí)例來進(jìn)行探討。
3.2 南昌萬達(dá)茂幕墻工程
南昌萬達(dá)茂幕墻工程采用了江西特色的青花瓷圖案，幕墻最大標(biāo)高25.9米，建筑立面由29個(gè)雙曲面青花瓷造型組成，是目前世界上最大的青花瓷建筑。主要幕墻類型為13mm厚瓷板幕墻和3mm厚鋁板幕墻，幕墻面積約7.9萬平方米，實(shí)景照片見圖6。
圖6 南昌萬達(dá)茂青花瓷幕墻工程實(shí)景
南昌萬達(dá)茂青花瓷幕墻工程是一個(gè)典型的異形幕墻工程，主要存在以下的重難點(diǎn)：
1) 外立面造型奇異，多為雙曲面，各面板尺寸大小不一，差異變化較大;
2) 面板上有青花瓷圖案，各面板編號不同，種類較多，在工地查找材料非常困難;
3) 原招標(biāo)圖為框架式幕墻，大部分幕墻骨架和面板都是空間三維造型，需在工地現(xiàn)場進(jìn)行三維空間定位，放線困難;
4) 大部分是高空斜曲面施工作業(yè)，絕大部分無法搭設(shè)腳手架進(jìn)行施工，危險(xiǎn)性較大;
5) 青花瓷罐體間相貫線收口位置工藝復(fù)雜，安裝質(zhì)量要求高;
6) 項(xiàng)目施工工期緊等。
如何解決以上存在的問題呢?采用異形幕墻單元化可以很好地解決這些難題。首先將所有立面中的800x600mm分格的單塊瓷板合并成為3x3分格的小單元，形成一個(gè)2400x1800mm的單元板塊，共6142個(gè)單元，每個(gè)單元由9塊瓷板與支承鋼架組成，在工廠根據(jù)三維設(shè)計(jì)放線進(jìn)行大批量工業(yè)化生產(chǎn)，單元板塊運(yùn)到工地后采用汽車吊進(jìn)行吊裝。
圖7 青花瓷異形幕墻單元?jiǎng)澐?/STRONG>
通過異形幕墻的單元化，大幅減少了單位面板的數(shù)量，減少工地異形材料組織、堆放等難度，所有單元板塊只需按設(shè)計(jì)提供的三維坐標(biāo)控制兩個(gè)固定點(diǎn)坐標(biāo)，極大地減少了滿堂腳手架的使用量，青花瓷罐體間相貫線收口仍采用框架式安裝方式，進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，避免工廠加工板塊誤差造成的影響，更有利于控制相貫線間的板塊安裝質(zhì)量。雖然材料成本有所增加，但綜合成本顯著下降，施工效率顯著提高。單元板塊間固定節(jié)點(diǎn)見圖8。
圖8 青花瓷異形幕墻單元化水平節(jié)點(diǎn)
3.3 武漢萬達(dá)K5不銹鋼球幕墻工程
武漢萬達(dá)K5幕墻工程最大標(biāo)高40.6米，主要幕墻類型為鋁板幕墻和直徑為600mm的帶LED的不銹鋼金屬球，幕墻面積約3.5萬平方米，實(shí)景照片見圖9。
圖9武漢萬達(dá)K5不銹鋼球幕墻工程實(shí)景
武漢萬達(dá)K5不銹鋼球幕墻工程最大的特點(diǎn)是在鋁板幕墻上打孔，外側(cè)安裝直徑為φ600mm不銹鋼球，不銹鋼球總數(shù)為4.3萬多個(gè)，而每個(gè)不銹鋼球正立面又安裝了大小不一的LED照明。由于原招標(biāo)圖設(shè)計(jì)為框架式幕墻，所有鋁板和不銹鋼球需在現(xiàn)場安裝，容易造成在鋁板幕墻上打孔后再安裝不銹鋼球時(shí)的防水問題以及4.3萬多個(gè)不銹鋼球如何保質(zhì)保量地安裝。
本工程鋁板幕墻中鋁板分格均為45度斜線放置的菱形，菱形對角線長度為900mm,每個(gè)菱形鋁板中間位置打孔后安裝不銹鋼球，具體節(jié)點(diǎn)詳見圖10。如何進(jìn)行異形幕墻單元化呢?首先將9塊菱形鋁板合并成一個(gè)大的菱形單元板塊，整個(gè)菱形單元板塊包括鋼骨架、9塊菱形鋁板和9個(gè)不銹鋼球均在地面組裝成一個(gè)單元體，再用汽車吊進(jìn)行整體吊裝。由于單元板塊在地面組裝，從而解決了鋁板與不銹鋼連接處的防水和單獨(dú)安裝不銹鋼球比較困難的問題，安裝質(zhì)量和安裝效率大大提高，吊裝措施詳見圖11。
圖10 不銹鋼球幕墻單元?jiǎng)澐?左)及不銹鋼球連接鋁板剖面節(jié)點(diǎn)(右)
圖11 鋁板與不銹鋼球幕墻單元板塊吊裝
3.4 深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會體育館外圍護(hù)工程
深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會體育館外圍護(hù)工程為多折面的水晶體造型，包括幕墻和屋面兩大部分，是比較典型的異形幕墻工程，整個(gè)建筑由16等分的相同折面造型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)等分體內(nèi)又包括15個(gè)大三角面，共計(jì)240個(gè)晶體造型的大三角多面體。屋面采用單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，跨度約150米，最大建筑標(biāo)高約36米，幕墻面積約4.6萬平方米，屋面面板主要采用聚碳酸脂板材料，立面主要是XIR膜玻璃幕墻，整體建筑效果見圖12。
圖12 深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會體育館實(shí)景
如此復(fù)雜的外立面造型，如果采用結(jié)構(gòu)材料、幕墻材料和屋面材料均在工地進(jìn)行現(xiàn)場拼裝，施工安裝難度可想而知。在總共240個(gè)多晶體造型的多面體中，最大三角形面的尺寸為32×31×18米，面積約226平方米，僅鋼結(jié)構(gòu)骨架重約7噸，加上幕墻次龍骨，完全可以整體吊裝。所以，在進(jìn)行本工程異形幕墻單元化時(shí)，總體單元化思路如下：
1) 選取所有的240個(gè)多面體作為整體吊裝的大單元板塊;
2) 為方便公路運(yùn)輸，每個(gè)大單元板塊又劃分為9個(gè)小榀單元構(gòu)成，具體見圖13;
3) 9個(gè)小榀單元在工廠進(jìn)行批量加工后運(yùn)到工地，在地面進(jìn)行整體焊接（詞條“焊接”由行業(yè)大百科提供）、組裝后，形成一個(gè)大單元板塊;
4) 在大單元板塊上安裝幕墻骨架，但整體吊裝前不安裝面板材料，以避破損;
5) 采用重型汽車吊整體吊裝大單元板塊，固定后再安裝面板材料。
圖13大單元板塊劃分成9個(gè)小榀單元示意圖
深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會體育館外圍護(hù)工程通過異形幕墻的單元化，將大量的鋼檁條（詞條“檁條”由行業(yè)大百科提供）的加工和組裝工作放在加工廠進(jìn)行，大大減少鋼檁條現(xiàn)場的加工和安裝量，且提高了鋼檁條加工制作的效率和精度;工地施工時(shí)直接將大單元板塊進(jìn)行吊裝安裝，即保證了質(zhì)量，又大大縮短了工期，極大地簡化了原本需要在高空作業(yè)的施工措施，同時(shí)，提高了施工過程的安全性，吊裝見圖14。
圖14 大單元板塊整體吊裝圖
4 結(jié)束語
通過工程實(shí)踐可以看到，與傳統(tǒng)幕墻工藝相比較，幕墻單元化工藝十分有效地降低了加工成本和安裝成本，極大限度地減少了施工現(xiàn)場存在的人工安裝安全隱患，提高了施工效率，同時(shí)改進(jìn)并提高了幕墻工程的整體生產(chǎn)、安裝質(zhì)量,解決了異形建筑幕墻的施工難點(diǎn)。
框架式幕墻單元化和異形幕墻單元化從表面上看材料成本和運(yùn)輸成本增加了5~6%,但隨著人工成本和安全成本的不斷提高，材料成本所占工程總價(jià)的比重逐漸降低，綜合成本顯著降低，特別是單元化后可采用了機(jī)械化生產(chǎn)和安裝，有效地降低了加工成本和安裝成本，有效地降低了可能存在的人工安裝安全隱患，但卻有效地提高了施工效率和施工安全，同時(shí)也有效地提高了幕墻工程的整體生產(chǎn)、安裝質(zhì)量。
綜上所述，從幕墻設(shè)計(jì)、加工、組裝到工地安裝等整個(gè)流程如果能夠盡可能地以建筑幕墻單元化為主體思路，探討各種不同幕墻類型實(shí)現(xiàn)單元化的可能性(如傳統(tǒng)石材幕墻的單元化等)并加以廣泛應(yīng)用，那么建筑幕墻的單元化或?qū)⑹悄粔π袠I(yè)未來發(fā)展的方向。
[參考文獻(xiàn)]
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