全球最高隱框幕墻系統（廣州西塔）設計與施工技術

　　摘要：單元式幕墻是通過幕墻板塊上下左右相互插接形成等壓腔來確保建筑外圍護的水密及氣密性（詞條“氣密性”由行業大百科提供）能的。而廣州西塔幕墻工程的建筑理念是成就一個晶瑩剔透“三角水晶體”造型，如何既能滿足建筑師對雙曲面（詞條“曲面”由行業大百科提供）造型追求的同時，又能夠以平面單元板塊確保實現幕墻“遮風擋雨”的功能，這對幕墻的系統設計和施工技術都提出了更高的要求。

　　關鍵詞：空間模型;以平代曲;拋物線;防水;測量;施工技術

　　廣州珠江新城西塔項目坐落在廣州市珠江新城花城大道以南，珠江大道以西，西邊毗鄰富力中心，南邊為第二少年宮。廣州珠江新城西塔項目處在新城市中軸線與珠江觀景軸的焦點上，其新穎的結構體系，優美的建筑外觀，已經成為珠江江畔的一道亮麗的風景線和廣州市新的城市名片。

　　廣州西塔整個建筑造型別致，首先在平面上由隱框折線玻璃拼成圓弧半徑分別為71m和10m的大小圓弧，大小圓弧圓滑連接組成圓潤的三角。再在高度方向有規律的按5100m為半徑的圓弧層疊起來，使建筑的整個體量由底部不斷向上放大，在第31層處達到峰值后順滑的內縮，直至最頂部103層。隱含不露框的折線玻璃板塊組成了璀璨奪目的各個發散的反射面，充分還原了建筑師晶瑩剔透的“三角水晶體”的雙曲面設計造型，形成修長、閃爍、流動的水晶效果。結構體系新穎，建筑外觀優美，但是幕墻系統設計與施工的難度很大，極具挑戰性。外觀效果見右圖。

　　一、單元式幕墻系統設計

　　1. 雙曲面空間模型的構成

　　如左圖所示，單元式幕墻的折線板塊在平面上由半徑為71m和10m的大小圓弧圓滑連接組成圓潤的三角。在立面上大小圓弧都處在5100m為半徑的圓弧上，由此形成平面以及立面上兩個方向的曲度------雙曲面。大小圓柱面經過層疊、平移錯位、旋轉、搭接四個動作最終形成圓潤的三角水晶體。大小弧之間的調整格板塊起圓弧過渡的作用。

　　大小弧板塊均由矩形板塊組成，單元式玻璃板塊的主要分格為：酒店層：(1500，1000)×3375mm;辦公層：(1500，1000)×4500mm。調整格板塊由梯形板塊組成。也就是說把所有的問題集中在調整格板塊上，由調整格板塊的特殊構造來解決以平代曲的問題。

　　由于每層圓柱面進行了相應的旋轉，其旋轉幅度以31F為界，形成了兩種不同的狀態：下部外倒，上部內傾。

　　1.1 外傾的情況

　　下部外倒，角度由-1.63°至0°不等;由于下部圓柱面的外倒旋轉，使單元板塊上部橫梁（詞條“橫梁”由行業大百科提供）處兩端高，中間低，每層因角度不同而高低差不同，最大達到94mm。

　　1.2 內倒的情況

　　上部內傾，由0°至+4.59°不等，而由于上部圓柱面的內傾旋轉，使單元板塊橫梁中間高，兩邊低，每層因角度不同而高低差不同，最大達到140mm。

　　下部外倒和上部內傾這兩種狀態，給單元式幕墻等壓腔的構造以及如何確保幕墻水密氣密性能均帶來了一系列難題。

　　2. 單元板以平代曲的實現

　　對于大小弧板塊來說，由于均為矩形板塊，其玻璃面夾角固定為178.79度和174.27度。通過對大小弧板塊的鋁合金公母槽分別開模，以兩套不同的模具來適應上述兩個不同角度。

　　而對于調整格板塊來說，針對其均為梯形板塊的特點，采取兩種不同的組合形式。對于玻璃面夾角大于176.53度的所有角度用大弧模具來調節適應。鋁合金（詞條“合金”由行業大百科提供）公母槽的對插角度不變為178.79度，通過旋轉橫梁與玻璃來實現角度變化。對于玻璃面夾角小于176.53度的所有角度用小弧模具來調節適應。鋁合金公母槽的對插角度不變為174.27度，通過旋轉橫梁與玻璃來實現角度變化。

　　廣州西塔幕墻雙曲面造型以平代曲的模型中，單元板一定會存在四點不共面的情況，并且全部集中在調整格板塊。實踐證明：經過精心建模，將四點不共面(翹曲)的幅度控制在合理的范圍內，單元式幕墻以平代曲是完全可以實現的。

　　3. 拋物線水槽的防水設計

　　通過上述模型可知：由于每層圓柱面進行了旋轉，使單元板塊的橫梁出現兩端與中間高低不同的情況，整個單元板塊的橫梁呈現出一個拋物線型。拋物線型水槽的防水設計成為亟待解決的問題。

　　3.1 合理構造單元式幕墻的等壓腔

　　單元式幕墻的鋁合金公母槽由于其對插的構造要求以及加工工藝的要求，形成了C形開口的截面形式。但這種截面形式對單元企料的抗扭性能有一些消極影響，為了消除這些不利影響，在鋁合金公槽的中部每隔800mm設置一塊鋁掛鉤（詞條“掛鉤”由行業大百科提供）以確保公母槽始終共同工作。同時還增加了企料的整體剛度，使公母槽的配合更加緊密，有效避免了在風壓作用下鋁合金公母槽張口的可能。單元式幕墻的鋁合金公母槽與鋁合金上下橫梁的對插構造是完全靠膠條來實現其水密、氣密性能和結構傳力的。通過合理選用不同硬度（詞條“硬度”由行業大百科提供）不同壓縮量的膠條，在公母槽與上下橫梁的最內側則選用較高硬度較小壓縮量的膠條以確保公母槽結構的傳力，確保了鋁合金幕墻系統整體結構安全;而在公母槽與上下橫梁的外側選用較低硬度較大壓縮量的膠條以確保槽口的始終密封從而保證幕墻的水密、氣密性能，形成有效的等壓腔。

　　3.2 有效組織單元式幕墻的排水路徑

　　單元式幕墻的排水路徑始終遵循“分層排水、錯層排出”的原則，分成前腔雨水與后腔雨水兩種不同情況。外界雨水通過批水膠條進入前腔后因自重而下落由單元板塊的底部自然排出可稱為前腔雨水。后腔雨水是指少量的前腔雨水進一步越過一次密封膠條進入后腔而形成的。后腔雨水本身數量已較少，并且在自重的作用下會沿著鋁合金企料不斷下落，直至在單元板塊底部進入的下一個單元板塊的接水槽中再由專門（詞條“門”由行業大百科提供）構造的排水小腔排出后腔進入前腔，沿著鋁合金企料下落至下一單元的水平批水膠片處最后徹底排出。

　　3.3 單元板塊間設置擋水膠皮，切斷雨水匯集線路

　　由于整個單元板塊的橫梁呈現出一個拋物線型，在單元板塊間設置擋水膠皮，完全切斷了雨水匯集線路，使雨水能夠按單元板塊分塊各自排出，大大減小了雨水由于長期匯集不斷積聚而帶來的滲漏可能。

　　4. 設備層及避難層單元板塊的后裝設計

　　廣州西塔主塔樓幕墻總高度434米左右，總共103層，其中04F到103F均為單元式幕墻,其間12-13F、30-31F、48-49F、66-67F的全部以及73F、81F的局部為設備層和避難層。設備層和避難層單元板塊的后裝設計為整個幕墻單元板塊的安裝劃分施工區段提供了可能。

　　二、單元式幕墻施工技術

　　廣州西塔雙曲面單元式幕墻的獨特性對傳統的幕墻施工技術提出了挑戰，這就要求技術人員不斷深入研究施工方法，改進施工工藝，總結安裝規律，摸索出一條切實可行的路子。

　　1. 單元式幕墻結構特點

　　廣州西塔單元式玻璃幕墻結構特點如下：

　　1)根據主塔樓單元式幕墻的分格圖，玻璃板塊形狀為：長方形和梯形(調整塊)兩種。前者約占總量的90%。長方形玻璃板塊規格主要有四種：

　　(1)1500×4500mm;(2)1000×4500mm(3)1500×3375mm(4)1000×3375mm

　　玻璃采用8+1.52PVB+8+12AIR+10半鋼化夾膠中空玻璃。板塊單元的最大重量可達600公斤以上。如此超大規格的單元玻璃板塊，從制作、運輸到安裝都有很大的難度。

　　2)單元板塊采用橫滑式結構,這樣不僅給施工安裝帶來很大方便,而且極大地提高了工程進度和質量。

　　3)在相鄰單元板塊上橫梁伸縮縫處設置水槽芯套和擋水膠片，能夠有效防止雨水向室內滲漏。

　　2. 安裝總體思路

　　西塔塔樓幕墻總高度434米，31F層為外形最鼓處，幕墻外表面上、下兩端距31F垂直距離偏移分別為8.4米和2米左右。外墻自04F到103F均為單元式板塊,其間在12-13F、30-31F、48-49F、66-67F為單元玻璃百頁板塊及73F、81F為局部單元式玻璃百頁板塊。

　　整個外墻單元板塊分如下施工區：A區(4-11F)、B區(14-29F)、C區(32-47F)、D區(50-65F)、E區(68-69F)、F區(70-104F)、H區(設備及避難層)。板塊自下往上安裝，各區可在不同立面同時施工，同區同立面各層可依次踏步式安裝。這樣，可最大限度的利用勞動力、空間和時間，以保障整個的施工工期。

　　幕墻板塊運輸采用塔吊分別在12-13F、30-31F、48-49F、66-67F和70F段設置周轉卸料平臺，并在每段之間設置兩個臨時卸料平臺。70F以下各層通過轉運層來安裝板塊，70F以上通過內庭直接將板塊轉運到各樓層。通過合理安排板塊加工和垂直運輸計劃，確保將板塊按時的運送到樓層，從而為板塊的順利安裝創造有利的條件。

　　3. 單元板塊的吊運和安裝

　　A、適用于A區(4~11)層單元式幕墻的施工方法。

　　此部分單元板塊利用總包塔吊運到12層的卸料平臺，借助卷揚機將板塊單元吊運至各樓層。板塊吊運時，采用電動玻璃吸盤將板塊運到樓層邊，利用卷揚機將板塊吊運至相關樓層。吊裝順序為：從東立面四層A2軸單元板塊開始，按逆時針方向吊裝，其步驟如下：

　　1. 板塊吊裝前的準備

　　① 檢查準備吊裝板塊的完好性，核對板塊標號;

　　② 卷場機及電動吸盤機就位，電動葫蘆固定在安裝層的上一層;

　　③ 安裝單元板塊吊裝夾具(將水槽芯固定在橫框上作為吊點)并確認其可靠性;

　　④ 確認對講機通話的可靠性;

　　⑤ 確認所有參與吊裝人員已指定位置。

　　2. 單元板塊上行過程

　　① 吊裝時卷揚機在指揮人員的指示下，緩緩提升板塊;

　　② 當板塊在上行過程中，轉運層板塊安裝層和上一層均設4人負責吊運，確保板塊不與樓板發生碰撞。

　　3. 單元板塊下行過程：

　　① 單元板塊的下行過程由板塊吊裝上一層的指揮人員負責指揮;

　　② 單元板塊在下行過程應確保所有經過層都有人員監控，防止板塊在風力作用下與樓體發生碰撞。

　　4. 單元板塊的插接就位;

　　① 單元板塊的插接就位，由單元板塊吊裝層和上一層人員共同完成;

　　② 單元板塊下行至單元板塊掛點與轉接件（詞條“轉接件”由行業大百科提供）高度之間相距200mm時，命令板塊停止下行，并進行單元板塊的左右方向插接;

　　③ 在左右方向插接完成后，在控制左右接縫尺寸的情況下命令板塊繼續下行，此時，由板塊安裝層人員借助操作平臺負責單元體掛件與轉接件的對接，板塊安裝層人員負責上、下兩單元板塊的插接。

　　④ 確認單元板塊的掛點，左右插接，上、下插接都已安裝到位后，拆除吊具，進行板塊調整。

　　5. 單元板塊的調整

　　① 單元板塊的微調

　　借助水平儀通過調整高度的調節螺栓，實現板塊高度方向的微調。并且對單元板塊的左右接縫進行校驗微調。調整完畢后將連接掛件與支座鎖緊。

　　② 板塊與結構連接節點的調整

　　單元式幕墻板塊與結構連接節點可實現三維方向的調整：

　　通過連接件長條孔和掛件上調整螺栓，實現單元板塊Z軸方向(上、下方向)調節;

　　通過支座的左右方向長條孔，實現單元板塊X軸方向(左右方向)的調節;

　　通過支座的前后方向長條孔，實現單元板塊y軸方向(前后方向)的調節;

　　通過鋁掛件上圓弧凸起實現單元板塊繞X軸旋轉調節;

　　由于外單元板塊幕墻同一層水平接縫不在同一水平線上(除31F以外),上下板塊之間又存有角度,故通過全站儀利用連接支座三維調節可以確保幕墻的外形尺寸。

　　B、適用于B區、C區、D區和E區單元幕墻的施工方法：

　　1. B區單元板塊用塔吊從地面按順序吊到19層、25層和30層卸料平臺，再分別運到樓層內放好;板塊安裝，調整等同于A區;

　　2. C區單元板塊用塔吊從地面樓層順序吊到37層、43層和48層卸料平臺，再分別運到樓層內碼放好;板塊安裝、調整等同于A區。

　　3. D區單元板塊用塔吊運到55層、61層、66層卸料平臺，再分別運到樓層放好;板塊安裝，調整等同于A區。

　　4. E區單元板塊用塔吊運到70層卸料平臺，再運到各樓層內。

　　吊裝前，先將單元板塊用電動玻璃吸盤運到安裝位置樓層邊，用電動葫蘆起吊，然后下落到安裝層上一層時，調整高度、左右進出位置，擰緊螺栓固定。

　　C、適用于主塔樓F區(70~102)層單元幕墻的施工方法：

　　單元板塊的垂直運輸主要是通過塔吊將其單元板塊吊到70層卸料平臺，然后通過內庭設置在屋頂的卷揚機將每層的單元板塊運到相應的樓層。安裝時,電動葫蘆掛在需安裝的上一層，用電葫蘆起吊，然后下落在下一個單元板塊對插槽中，測水平定位，用拉緊器使插入豎框中的對插件就位，定位緊固,板塊安裝,調整等同于A區。

　　D、適用于跨層部分單元板塊(69~70層、70~72層、99~100層和103~104層)吊裝：

　　①70F位于69F游泳池上方部分為跨樓層,垂直運輸方案中已考慮將70F相對應的板塊放置在69F,電動葫蘆設置在71F,單元板塊利用塔吊先吊運到71層吊裝。吊裝時借助跨層部分樓內搭設龍門架進行安裝;

　　②70~72層跨層也為局部跨樓層,71F、72F相對應的跨樓層單元板塊，安裝時，直接從70F處利用設置在73F的電動葫蘆吊裝，并在相應的跨樓區域搭設架手架安裝單元板塊。

　　③99~100層跨層部分單元板吊裝，先將此部分吊到101層，然后再往下吊裝;

　　④103~104層的吊裝：利用塔吊將此部分單元板塊吊到屋頂圓環狀平臺上。再采用自制旋轉式吊車(利用擦窗機軌道移動)將單元板塊吊到103層和104層安裝。

　　E、收口板塊單元的吊裝：

廣東西塔(廣州國際金融中心)

廣州國際金融中心（簡稱廣州西塔），位于廣州珠江新城核心商務區，項目總用地面積31084平方米，總建筑面積為45萬平方米，廣州國際金融中心建筑面積和結構樓層數均為全國第一，建筑總高度437.5米，是中國

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　　每層收口板塊單元均處于軸線左側，該板塊單元屬于雙母槽單元板塊，須在其兩側板塊單元安裝完畢，且其洞口經檢查符合要求后才能吊裝。吊裝前，板塊單元從安裝層之上層往下吊，當板塊單元下落到洞口時，必須對準板塊公母槽位置，然后緩慢滑落到位，調整高度、左右、擰緊螺絲固定。

　　綜上所述：

　　廣州西塔幕墻工程采用了較為先進的單元式幕墻系統，通過對其細部構造的精心改造，使幕墻在保證建筑雙曲面要求的前提下，不僅具有優良的氣密性、水密性、抗風壓及平面變形能力，而且達到了較高的節能環保要求。與此同時，通過采用先進的施工技術，精心施工組織嚴格過程控制，使本工程取得了良好的社會和經濟效益。