超高层建筑外立面幕墙金属切割造型设计与施工方法

周国义，叶雄明，张彤炜，周书东，花 磊

（1、中铁建工集团有限公司 北京 100160；
2、东莞市建筑科学研究院有限公司 广东东莞 523809）

随着我国建筑业的发展，异形建筑大量涌现。在追求使用功能的前提下，为了凸显建筑独特性对建筑外观设计的多样性，对造型等艺术造型有了更高的要求。幕墙工程作为呈现建筑外观的最直接的体现，也因此承受了更多的挑战。此类幕墙造型设计奇特、施工难度大、高空作业多、工序复杂［1-2］。以某超高层建筑外立面幕墙金属切割造型为例，介绍其设计与施工方法，供类似工程项目参考与借鉴。

某超高层建筑地上34 层、地下2 层，框架核心筒结构，最大建筑高度147.4 m，幕墙最大高度147.4 m，总建筑面积约64 189.9 m2。建筑立面采用金属切割的设计手法，通过对方形平面在竖向上进行有效的立面切割，从而形成一个科技感极强的地标建筑，竖向的玻璃幕墙加上倾斜的技术切割，超高层建筑树立挺拔，直插云霄，给人一种天然的建筑美感，如图1所示。

图1 某超高层建筑效果Fig.1 Effect of a Super High-rise Building

2.1 金属切割渐变造型设计

如何实现超高层建筑外立面幕墙金属切割渐变造型是本工程的重点，也是一大难点。经分析，最终采用单元式玻璃幕墙+框架式玻璃幕墙组合设计方法，来实现幕墙金属切割渐变造型。

2.2 超高层建筑幕墙安装

如何保证施工人员安全，以及幕墙安装质量，是本工程的重点，也是难点。特别是金属切割造型部位，每块框架式玻璃幕墙尺寸和形状各不相同，如何保证其施工精度是本工程的重点［3］。经研究，最终决定采用分区分段、流水搭接的施工方式，利用环形导轨+悬挑脚手架进行幕墙安装，可以有效解决幕墙安装过程中遇到的难题。

幕墙系统设计从建筑功能和自然条件出发，充分考虑其在热工性能、安全性能、声学性能、光学性能上的特点和要求，利用各种幕墙技术、材料、方法、工艺创造优越的围护功能［4］。满足安全、健康、舒适的要求，合理提高热舒适度、声舒适度，创造良好的室内外视觉效果。

为了实现超高层建筑外立面幕墙金属切割渐变造型，本工程采用单元式玻璃幕墙+框架式玻璃幕墙组合设计方法：平面规则部位采用单元式玻璃幕墙和铝合金百叶幕墙，金属切割渐变造型及连接部位采用框架式玻璃幕墙。主要应用的幕墙形式有：

⑴单元式玻璃幕墙

单元式玻璃幕墙面材采用TP8+12Ar+TP8Low-E银灰色中空玻璃、TP6+9Ar+6TP+1.14PVB+6TPLow-E 银灰色中空钢化夹胶玻璃、TP8+12Ar+TP8Low-E银灰色中空玻璃+2 mm厚粉喷钢板、TP8+1.52PVB+TP8银灰色夹胶玻璃，共4种。最大尺寸为1 450 mm×4 500 mm，最大重量为281.50 kg。

⑵框架式玻璃幕墙

框架式玻璃幕墙面材采用TP6+1.14PVB+TP6+12Ar+TP6Low-E 银灰色夹胶中空玻璃，共1 种。最大尺寸为1 400 mm×2 500 mm，最大重量为157.50 kg。

⑶铝合金百叶幕墙

本系统采用50系列铝合金百叶，表面氟碳喷涂。

4.1 施工流程

构件加工及采购➝测量放线、埋件检查、处理及补漏➝18 层安装导轨设备➝利用导轨逐层往上施工➝拆除18层导轨设备，安装天面层导轨设备➝利用导轨设备逐层往上施工，直至34层➝采用悬挑脚手架施工金属切割造型部位幕墙➝利用脚手架逐层往下施工➝拆除外墙施工电梯➝安装收口位置18层、屋面层导轨设备➝收口处幕墙施工➝幕墙试验、清洁、验收。

4.2 施工方法

本工程建筑立面变化较大，幕墙施工宜从下往上进行，先裙楼后塔楼，采取“大面分区，各区分段，流水搭接”的作业方式。

4.2.1 测量放线

主要施工流程：测量基准点➝投射基准点➝主控线弹设➝层间标高设置➝测量结构偏差。

4.2.2 幕墙安装

本工程幕墙形式有单元式玻璃幕墙、框架式玻璃幕墙、铝合金百叶幕墙，其中，采用“单元式玻璃幕墙+框架式玻璃幕墙”组合的方式，可以有效解决本工程外立面金属切割造型建设难题。经分析，本工程2 层以上的单元式玻璃幕墙采用环形导轨进行安装，倾斜位置的框架式玻璃幕墙采用脚手架进行安装，可以有效解决本工程幕墙结构所遇到的安装难题。

⑴ 环形导轨设置

为了解决超高层建筑幕墙的安装难题，本工程在18 层和屋面层上设置环形导轨［5-7］。在工字钢轨道安装完成后，吊篮架设在轨道的外轨上，并设置电动葫芦，使其具备垂直提升和水平移动功能，满足单元式玻璃幕墙吊装和安装要求［8-9］，如图2、图3所示。

图2 环形导轨及吊篮平面布置Fig.2 Ring Guide Rail and Hanging Basket Layout

图3 轨道吊篮架设Fig.3 Erection Plan of Rail Hanging Basket （mm）

⑵ 脚手架设置

为了解决幕墙金属切割渐变造型安装难题，本工程采用悬挑脚手架自上而下安装框架式玻璃幕墙，如图4所示。

图4 幕墙金属切割造型处安装示意图Fig.4 Installation Diagram of Curtain Wall Metal Cutting Molding （mm）

⑶ 幕墙收口

幕墙收口是幕墙施工的重点内容，收口的好坏直接影响幕墙施工质量，若收口处理不好，很容易产生渗漏［10］。本工程的收口部位为施工电梯和塔吊位置。这些位置必须在施工电梯和塔吊拆除后才能安装幕墙，另外，考虑到其他部位可能存在需要更换幕墙的情况，故决定待施工电梯和塔吊拆除后，采用环形导轨进行施工，具体施工顺序：拆除塔吊及施工电梯➝安装18 层环形导轨➝由下往上施工（即3～16 层幕墙收口）➝拆除18层环形导轨→安装屋面层环形导轨➝由下往上施工（即17～34层幕墙收口）。

本工程采用单元式玻璃幕墙+框架式玻璃幕墙组合设计方法，有效解决超高层建筑幕墙金属切割渐变造型设计难题。采用环形导轨+悬挑脚手架施工方法，有效解决超高层建筑幕墙金属切割渐变造型安装难题，同时，保证施工质量和安全，完美呈现金属切割造型，达到预期的建筑设计效果。本工程的成功建设，可以为日后类似工程项目幕墙设计、施工提供良好的参考与借鉴，推动幕墙相关技术的发展与革新，并创造良好的经济与社会价值。