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摘要：裝配化是幕墻行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但構(gòu)件式幕墻因?yàn)榈统杀镜膬?yōu)勢(shì)仍有巨大的市場(chǎng)。將構(gòu)件式幕墻進(jìn)行裝配式改造，不僅保留了構(gòu)件式幕墻經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，也繼承了單元式幕墻質(zhì)量穩(wěn)定、施工效率高的優(yōu)勢(shì)。本文從構(gòu)造設(shè)計(jì)、加工工藝、施工方法和施工機(jī)械幾個(gè)方面，展示構(gòu)件式幕墻裝配化的一種施工技術(shù)路線。
關(guān)鍵詞：構(gòu)件式幕墻，裝配化，一體化支座，區(qū)段施工法，移動(dòng)式軌道吊機(jī)
1 引言
近年來，建筑工業(yè)化（詞條“建筑工業(yè)化”由行業(yè)大百科提供）成為新的發(fā)展方向，住建部也在“十四五”建筑業(yè)發(fā)展規(guī)劃中重點(diǎn)提到了要大力發(fā)展裝配式建筑，單元式幕墻的市場(chǎng)占比顯著提高。但對(duì)于建筑高度100米左右的建筑，應(yīng)用單元式幕墻帶來的優(yōu)勢(shì)并不明顯，因?yàn)槭┕?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>吊裝（詞條“吊裝”由行業(yè)大百科提供）設(shè)施利用率偏低，措施成本較高。這就給構(gòu)件式幕墻繼續(xù)使用帶來了穩(wěn)定的市場(chǎng)空間，不過構(gòu)件式幕墻存在的施工質(zhì)量和效率等問題仍然無解，在當(dāng)下建筑業(yè)下行的大環(huán)境中，其給建設(shè)方帶來的困擾顯得越發(fā)突出。
我們很早就開始關(guān)注“構(gòu)件式幕墻單元化”的技術(shù)研究。早期主要是為了解決“石材線條”、“鋁板造型”等特殊構(gòu)件施工難度和效率問題，后來發(fā)現(xiàn)構(gòu)件式幕墻單元化過程不僅是結(jié)構(gòu)層面的改進(jìn)，還深刻影響其生產(chǎn)、施工組織方式，派生出新的施工方法及施工機(jī)械。如今，我們已從“構(gòu)件式幕墻單元化”的1.0版本迭代到“構(gòu)件式幕墻的裝配化施工技術(shù)”的2.0版本，并為客戶創(chuàng)造了價(jià)值。
2構(gòu)件式幕墻的裝配化思路
“構(gòu)件式幕墻單元化”的原理非常簡(jiǎn)單，即在不改變構(gòu)件式幕墻基本構(gòu)造的前提下，通過定位、約束，將構(gòu)件式幕墻的零件在地面拼裝成單元，然后整體安裝。在這種思路的指導(dǎo)下，各種線條、造型類特殊構(gòu)件都可以很容易地“單元化”，如圖1的鋁板飄檐、圖2的鋁板造型。
在構(gòu)件式幕墻單元化獲得成功后，我們開始把視野拓展到其加工工藝、施工方法以及施工機(jī)械等方向，并對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)化整理，初步形成了構(gòu)件式幕墻的裝配化思路：通過單元?jiǎng)澐郑瑵M足現(xiàn)場(chǎng)拼裝和吊裝的要求;通過解決構(gòu)件式幕墻在上墻前零件的定位和約束，使拼裝質(zhì)量滿足安裝需求;通過采取輔助措施，確保拼裝單元在起吊和安裝過程能夠保持形位精度及承受安裝荷載;通過采取“區(qū)段施工”的方法降低對(duì)施工設(shè)施等條件的要求。
2.1 幕墻單元的劃分
“幕墻單元?jiǎng)澐帧敝饕侵敢院线m的方式對(duì)幕墻進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑瑵M足現(xiàn)場(chǎng)單元拼裝和吊裝的要求。就單元?jiǎng)澐衷瓌t來說，一般采用以下幾種方法：
以幕墻的造型元素劃分單元。這類幕墻通常是規(guī)律地分布著裝飾線條或造型元素，可以簡(jiǎn)單地以線條或造型元素進(jìn)行劃分，將整面幕墻劃分為合適的單元(如圖3)。在這種做法中，由于線條本身的構(gòu)造與幕墻的構(gòu)造相對(duì)獨(dú)立，所以單元化的工作就相對(duì)簡(jiǎn)單。一般來說線條單元和幕墻單元可以維持各自的構(gòu)造做法，自行形成獨(dú)立的單元。工作重點(diǎn)是解決一體化支座的設(shè)計(jì)問題，確保兩種不同的單元板塊能夠保持準(zhǔn)確的空間位置，并且其連接方式需便于吊裝作業(yè)。
以復(fù)雜造型整體吊裝為原則劃分單元。這類應(yīng)用場(chǎng)景主要是針對(duì)幕墻上復(fù)雜的造型元素，解決其現(xiàn)場(chǎng)拼裝復(fù)雜、施工難度大的問題。具體操作時(shí)，會(huì)把立面上難度大的工序放到地面實(shí)施，同時(shí)兼顧現(xiàn)場(chǎng)的吊裝條件，將一個(gè)復(fù)雜造型分解成數(shù)個(gè)可拼裝的單元。這一類單元化改造重點(diǎn)是分解單元的規(guī)模，在允許的范圍內(nèi)盡可能減少拼接次數(shù)(圖4)。
以提高幕墻施工效率為原則劃分單元。這類應(yīng)用場(chǎng)景通常為分格較為零碎、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工作量較大的常規(guī)幕墻。這類幕墻在劃分單元時(shí)就非常靈活，可以采用“連續(xù)單元化”，即所有面板均歸納到各自單元中，但會(huì)導(dǎo)致單元拼接處幕墻龍骨需要采取“半單元附框構(gòu)造”或類似單元幕墻的分體龍骨插接構(gòu)造。還有一種做法是間隔單元化，即把一部分面板排除在單元外，與之相關(guān)的橫向龍骨也不納入單元，在其相鄰單元吊裝后再安裝間隔處的橫向龍骨和面板。
所謂“半單元附框構(gòu)造”其實(shí)就是利用“附框單元”來解決相鄰兩個(gè)主單元之間空位的鑲嵌問題，兩個(gè)主單元之間空出一個(gè)分格，在主單元安裝到位后，“附框單元”再固定于左右兩個(gè)主單元的龍骨上(圖5)。由于“附框單元”只負(fù)責(zé)將面板材料集成在一起，其重量較輕安裝方便，當(dāng)其固定到兩個(gè)主單元上后，便可利用主單元龍骨進(jìn)行承載。這種做法非常適合窗扇與立柱平齊的幕墻構(gòu)造，其單元化改造可輕松實(shí)現(xiàn)。除此之外，在分片整體吊裝的幕墻和吊頂系統(tǒng)中也有較廣泛的應(yīng)用。
模仿單元式幕墻橫豎龍骨（詞條“豎龍骨”由行業(yè)大百科提供）插接的做法一般不建議采用，主要是這種做法會(huì)導(dǎo)致材料成本增加，并且一旦采用插接構(gòu)造，將喪失板塊無次序自由安裝的優(yōu)勢(shì)，對(duì)施工組織不利。但插接做法對(duì)于單元?jiǎng)澐謥碚f自由度大，是一種簡(jiǎn)單易行的單元化改造方案。這兩種方法均有優(yōu)缺點(diǎn)，主要看項(xiàng)目需求。
2.2 裝配化改造的工藝措施
構(gòu)件式幕墻裝配化首先面對(duì)的是加工組裝問題。由于裝配單元在工廠或現(xiàn)場(chǎng)地面完成，所以有機(jī)會(huì)使用各類輔助定位夾具來提高組裝精度和效率。尤其是對(duì)于較為復(fù)雜的造型，可使用專用的胎具將龍骨和面板一次性的準(zhǔn)確定位，極大地提高了組裝精度和效率(圖6)。
涉及到單元體與主體結(jié)構(gòu)有多個(gè)連接點(diǎn)且部分連接點(diǎn)被板塊遮蔽的情況，需要設(shè)置輔助的定位及導(dǎo)向構(gòu)造，使吊裝單元在不可視部位的連接點(diǎn)能夠順利地連接到主體結(jié)構(gòu)上。這一點(diǎn)非常重要，它是具有多分格的幕墻單元板塊能否順利吊裝的重點(diǎn)。
還有一個(gè)需要關(guān)注的問題是，不同于常規(guī)的單元式幕墻，構(gòu)件式幕墻橫向龍骨一般截面較小，導(dǎo)致其組框后整體平面內(nèi)剛度偏低。如果不加大截面尺寸，通常需要進(jìn)行局部加強(qiáng)。一般通過在非可視區(qū)域設(shè)置支撐來提高單元的平面內(nèi)剛度。此外，吊裝方案必須考慮到施工順序、受力方式及受力部位等因素的影響，并進(jìn)行模擬計(jì)算，采用合適的吊點(diǎn)和吊具，避免吊裝時(shí)單元體變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）。
2.3 構(gòu)件幕墻的裝配化施工方法
常規(guī)單元式幕墻板（詞條“墻板”由行業(yè)大百科提供）塊之間橫、豎向均采用插接構(gòu)造，因此單元板塊必須按順序安裝，依次安裝完一個(gè)樓層單元板塊，并完成水槽閉水試驗(yàn)后，再安裝下一層單元板塊。但對(duì)于經(jīng)過單元化改造的幕墻系統(tǒng)來說，由于其防水的原理與單元式幕墻不同，不需要嚴(yán)格按順序施工，對(duì)作業(yè)面的條件要求不高，可多點(diǎn)同時(shí)展開施工，這對(duì)提高施工速度有很大的幫助。
基于其這一特點(diǎn)，我們發(fā)現(xiàn)最適合的方式是按“區(qū)段施工”，這一施工方法是基于流水作業(yè)的原理：在一個(gè)施工段內(nèi)沿橫向劃分為若干個(gè)流水段，施工時(shí)每個(gè)流水段內(nèi)的板塊自下而上全部吊裝完成后再進(jìn)行下一個(gè)流水段作業(yè);已完成吊裝作業(yè)的流水段即可展開室外側(cè)的打膠（詞條“打膠”由行業(yè)大百科提供）密封和室內(nèi)側(cè)的防火封堵。這樣吊裝、打膠、防火封堵作業(yè)就可以形成流水，不會(huì)因垂直方向的交叉施工產(chǎn)生阻礙。
這樣做的好處非常多，首先是每個(gè)流水段的橫向作業(yè)面寬度較小，可以較為自由地安排施工區(qū)域;其次是每個(gè)流水段的幕墻板塊品種少、批量大，便于材料集中采購、加工;三是吊裝作業(yè)位置集中，水平運(yùn)輸距離短，施工效率高;最后是幕墻外側(cè)打膠密封，采用流水作業(yè)方式可以大幅減少吊籃架設(shè)數(shù)量和周轉(zhuǎn)次數(shù)，有效降低措施成本。
2.4 適用于裝配化構(gòu)件式幕墻的一種施工機(jī)械
幕墻單元板塊板常用吊裝設(shè)施包括環(huán)形軌道吊機(jī)、移動(dòng)式單臂吊、汽車吊等。其中環(huán)形軌道吊機(jī)是最常用的施工設(shè)施，可用于裝配化幕墻吊裝。但由于軌道吊設(shè)施包含支架、支臂及軌道等較多材料及構(gòu)件，成本較高，搭設(shè)周期相對(duì)較長，安裝拆除安全風(fēng)險(xiǎn)也比較大。這對(duì)于幕墻高度在100米以下的裝配化構(gòu)件式幕墻來說不太合算。
對(duì)于裝配化的構(gòu)件式幕墻，由于不需要橫向依次施工，可以不采用環(huán)形軌道吊機(jī)。事實(shí)上我們?cè)诤芏囗?xiàng)目中都使用了移動(dòng)式單臂吊機(jī)和吊籃配合進(jìn)行施工，但移動(dòng)式單臂吊機(jī)也存在吊裝覆蓋范圍小，即便在很小的流水段內(nèi)也需要不斷移動(dòng)吊機(jī)位置，施工效率低。
通過對(duì)各種吊裝設(shè)施優(yōu)缺點(diǎn)的分析研究，我們開發(fā)了一種移動(dòng)式軌道吊機(jī)。在移動(dòng)式單臂吊的基礎(chǔ)上增設(shè)了一段水平軌道，并在軌道下方安裝了電動(dòng)葫蘆，從某種意義上來說實(shí)現(xiàn)了軌道吊的功能。導(dǎo)軌長度在8米左右，電動(dòng)葫蘆有效行走距離7.5米，吊裝覆蓋范圍較大，挪動(dòng)一次可吊裝6列幕墻板塊。吊機(jī)的整體寬度也差不多和建筑柱距模數(shù)匹配，移動(dòng)次數(shù)為整數(shù)，最大限度發(fā)揮設(shè)備作用。除此之外，它集成了卷揚(yáng)機(jī)（詞條“卷揚(yáng)機(jī)”由行業(yè)大百科提供），可直接從地面起吊，通過空中換鉤由電動(dòng)葫蘆完成吊裝工作。由于減少了轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，大幅提高了施工效率。
移動(dòng)式軌道吊機(jī)主體采用了模塊化組裝方式，分為底盤、支臂、吊裝系統(tǒng)及軌道四大部分(圖7、圖8)。底盤由鋼方通焊接而成，下部安裝2排共6臺(tái)搬運(yùn)坦克輪以方便移動(dòng)。在搬運(yùn)輪前后分別設(shè)置活動(dòng)支撐腳，吊車移動(dòng)到位后，放下支撐腳并調(diào)節(jié)高度，把力傳遞到屋面。支臂由鋼通焊接成的鋼桁架組成，吊裝系統(tǒng)由卷揚(yáng)機(jī)、前吊臂和拉桿組成。前吊臂使用銷釘固定在車身前部并可轉(zhuǎn)動(dòng)，在吊機(jī)需要轉(zhuǎn)移到下一個(gè)工位時(shí)方便收起。軌道采用導(dǎo)軌鋼，下部安裝1臺(tái)電動(dòng)葫蘆，用于吊裝板塊。
3 實(shí)施案例介紹
3.1 “構(gòu)件式幕墻裝配化1.0版”案例
我們?cè)?019年實(shí)施的一個(gè)項(xiàng)目采用了構(gòu)件式幕墻單元化改造方案，該項(xiàng)目總建筑面積14.33萬㎡，有四棟塔樓，幕墻高度106m。項(xiàng)目分為兩個(gè)標(biāo)段，每個(gè)標(biāo)段都有兩個(gè)塔樓和一個(gè)連體裙樓。
該項(xiàng)目主要幕墻系統(tǒng)為玻璃幕墻與石材幕墻的組合體，橫、豎向的石材線條分格寬度為800mm，玻璃的分格寬度為1150mm，自然形成了玻璃單元和石材單元，再加上隱藏在石材線條背后的開啟單元，就構(gòu)成了該系統(tǒng)的全部要素。
在原設(shè)計(jì)方案中，石材線條是由三塊石材拼接而成的，拼接質(zhì)量要求非常高。石材線條與玻璃部分是獨(dú)立的兩套系統(tǒng)，各自分別連接固定在主體結(jié)構(gòu)上(圖9)。
裝配化改造的一個(gè)核心思路就是簡(jiǎn)化面板安裝難度。我們將石材面板在胎模上預(yù)先鋪好，然后再將鋼構(gòu)架放到胎模上。在重力作用下，連接碼件自動(dòng)貼合在石材面板的背面，無需干預(yù)自動(dòng)完成調(diào)平工作，然后只需要簡(jiǎn)單地鎖緊相關(guān)調(diào)節(jié)螺栓，即可完成石材面板的組裝。將整個(gè)石材單元從胎模中取出來即為成品狀態(tài)，馬上可以進(jìn)行安裝，大大提高了安裝精度和施工效率。
另外一個(gè)重點(diǎn)是“復(fù)合鋼牛腿”的構(gòu)造設(shè)計(jì)(圖10)，這個(gè)連接件保證了玻璃單元和石材單元一次掛接就可以準(zhǔn)確就位，使沒有插接關(guān)系的構(gòu)件式幕墻單元具備了單元幕墻相同的掛接特性。而這一技術(shù)特點(diǎn)則奠定了我們構(gòu)件式幕墻裝配化技術(shù)向2.0版本迭代的主要技術(shù)路線。
這個(gè)項(xiàng)目實(shí)施時(shí)，我們比另一標(biāo)段的施工單位晚進(jìn)場(chǎng)3個(gè)月，但最終領(lǐng)先1個(gè)月完成了施工任務(wù)。更為重要的是，幕墻安裝精度及觀感遠(yuǎn)好于常規(guī)構(gòu)件式幕墻，獲得了業(yè)主的高度評(píng)價(jià)。該項(xiàng)目獲得了國優(yōu)獎(jiǎng)項(xiàng)。
3.2 “構(gòu)件式幕墻裝配化2.0版”案例
在構(gòu)件式幕墻單元化技術(shù)成熟后，我們發(fā)現(xiàn)由于在構(gòu)件式幕墻單元化技術(shù)路線中，如果單元板塊之間無插接關(guān)系，不需要嚴(yán)格按橫向依次施工。這一技術(shù)特點(diǎn)導(dǎo)致“區(qū)段施工”施工方法的出現(xiàn)，從而大幅提升了幕墻的施工速度。在此基礎(chǔ)上我們又進(jìn)一步對(duì)現(xiàn)有幕墻施工機(jī)械進(jìn)行了改進(jìn)，開發(fā)了一種與該種施工方法配套的“移動(dòng)式軌道吊機(jī)”。對(duì)這些創(chuàng)新點(diǎn)歸納整理后，形成了“構(gòu)件式幕墻裝配化施工技術(shù)”，將構(gòu)件式幕墻裝配化升級(jí)到了2.0版本。
2024年，我們將2.0版本的“構(gòu)件式幕墻裝配化施工技術(shù)”應(yīng)用到了一個(gè)新項(xiàng)目，該項(xiàng)目1、2棟建筑外立面主要由玻璃幕墻和石材幕墻組成，其中玻璃分格寬度1100mm，石材寬度分格900mm。原設(shè)計(jì)方案為構(gòu)件式幕墻，玻璃幕墻采用鋁合金龍骨，石材幕墻采用鋼龍骨(圖11)。
承接項(xiàng)目后，我們向業(yè)主提出了裝配化的深化設(shè)計(jì)方案，并以節(jié)約3個(gè)月工期的承諾獲得了業(yè)主青睞。根據(jù)立面特點(diǎn)，將幕墻劃分為玻璃單元和石材單，兩種單元完全獨(dú)立且沒有插接關(guān)系，通過一體化支座定位并固定在建筑主體結(jié)構(gòu)上。單元板塊之間仍采用打膠密封的方式，在板塊吊裝完成后利用吊籃完成注膠（詞條“注膠”由行業(yè)大百科提供）密封作業(yè)(圖12)。
該項(xiàng)目兩棟樓合計(jì)約有3200個(gè)板塊，均在加工廠生產(chǎn)。現(xiàn)場(chǎng)采用了“區(qū)段施工”的施工方式，利用“移動(dòng)式軌道吊機(jī)”完成從板塊垂直運(yùn)輸、水平就位直至吊裝完成的全部工作。由于構(gòu)件式幕墻裝配單元的安裝工序較單元幕墻少，吊裝速度較單元式幕墻要快很多。“移動(dòng)式軌道吊機(jī)”移位不耽誤有效施工時(shí)間，垂直運(yùn)輸用攬風(fēng)索的錨固點(diǎn)事先做好，每次移位只要半個(gè)小時(shí)。原計(jì)劃是60天內(nèi)完成全部板塊的吊裝，實(shí)際上只用了30天的時(shí)間就完成了除施工電梯口外所有板塊的吊裝工作，速度之快超出了我們自己的預(yù)期。
4 結(jié)語
從幕墻行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)看，裝配式將是主流方向。但受限于成本影響，在相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)100米以下的建筑仍會(huì)以構(gòu)件式幕墻為主。構(gòu)件式幕墻裝配化就是這種應(yīng)用場(chǎng)景下，響應(yīng)建筑工業(yè)化的一種有益創(chuàng)新。事實(shí)上，對(duì)于構(gòu)件幕墻單元化嘗試早就開始了，并有了很多成功的案例。我們認(rèn)為構(gòu)件式幕墻裝配化發(fā)展不宜照搬單元式幕墻的既有模式，仍需針對(duì)構(gòu)件式幕墻的特點(diǎn)發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，使其不至于偏離構(gòu)件式幕墻構(gòu)造簡(jiǎn)單、材料成本低、施工靈活的特性。我們?yōu)榇俗隽艘恍┑奶剿鳎⒔?jīng)過實(shí)際工程檢驗(yàn)，證明這條技術(shù)路線不僅走得通，而且還有很大的潛力可挖。受能力和眼界所限，我們現(xiàn)有的技術(shù)成果還很不完善，將這些心得體會(huì)予以展示，是希望能對(duì)幕墻裝配化、工業(yè)化發(fā)展提供一點(diǎn)助力。
參考文獻(xiàn)
[1]《構(gòu)件式幕墻的裝配式技術(shù)改造在工程中的應(yīng)用》 閉思廉 劉曉烽現(xiàn)代建筑門窗幕墻技術(shù)與應(yīng)用 中國建筑工業(yè)出版社2022
作者單位：深圳中航幕墻工程有限公司
