【摘 要】：论述了新疆石河子市银力大厦建筑幕墙设计与施工中的一些体会
【关键词】：建筑幕墙 玻璃幕墙 干挂石材幕墙 设计与施工
1、工程概况
银力大厦综合楼由新疆石河子市棉麻公司投资兴建。主要作为住宅及办公楼使用，具有功能合理、技术先进、造型新颖等特点。该建筑为框架剪力墙结构，其中主楼建筑高度118米，裙楼建筑高度为21米，地下二层，地上二十八层，总建筑面积约46000平方米。本文旨在与同行探讨该建筑幕墙设计与施工过程中的若干体会。
2、半隐框铝合金玻璃幕墙的设计与施工
2.1 半隐框铝合金玻璃幕墙的设计
2.1.1 幕墙承受风荷载计算
原设计单位某建筑设计院计算中提供的数据为：风荷载标准值WK=1.539kN/㎡，立柱采用210系列的铝合金型材（线密度为6.670kg/m）。幕墙施工中标后，我们进行了深化设计，通过合理选用四个重要参数（高度Z处的阵风系数βgz，风压高度变化系数μz，局部风压体型系数μSL，基本风压W0）进行了优化设计。最大分格（B×H=900x1425）处计算标高Z=14.5875m，取Z=15m。C类场地。
计算支撑结构时的构件从属面积为：
A=0.900×3.400=3.06㎡；
墙面区：WK=βgZ·μZ·μS·WO
=1.9983×1.103×0.7360×0.0005
=0.000811Mpa；
按行业标准JGJ102-2003规定，当WK＜1.001Mpa时，应当取WK=0.001Mpa（=1.0KN/㎡）。
由此可见，该幕墙立柱不应采用210系列铝型材，我们选用160系列的铝型材（线密度为4.300Kg/m），就可满足强度，刚度要求，仅此一项，整个工程就可减少铝型材用量7.2吨，每平方米成本可下降40元。
2.1.2 合理选用立柱的力学计算模型
有的楼层层高为5.400m，有的为4.800m，若采用简支梁力学模型，势必要选用大规格立柱型材，为了降低成本，又确保工程质量，可以采用更先进的力学模型，只要主体结构墙体有地方可以加中间支承，就可以采用不等跨双跨连续梁力学模型，于是只要短跨与长跨比例设计合理，就可以采用小一号的立柱铝型材。从而可以降低成本，增加利润。
2.1.3 优化玻璃分格方案
根据原片玻璃的尺寸，遵照JGJ102-2003规范第4.1.3条关于“玻璃幕墙立面的分格宜与室内空间组合相适应，不宜妨碍室内功能和视觉。在确定玻璃板块尺寸时，应有效地提高玻璃原片利用率，同时适应钢化、镀膜、夹层等生产设备的加工能力”的规定，我们进行了多种分格方案的比较，最后选定的分格方案，玻璃的利用率高达95%。另外，这样的分格大小，从承受风荷载和地震作用来看，也是比较合理的。
2.2 半隐框铝合金玻璃幕墙的施工
2.2.1 现场安装工艺流程
本工程属于构件式幕墙，这种构件式安装施工是最一般的方法：就是将在公司加工车间已加工制作好的立柱，横梁、玻璃面板分别运送到工地后，现场逐件安装。
安装工艺流程如下：
开箱检验、分类堆放幕墙部件→现场测量放线→横梁、立柱装配→楼层紧固件安装→安装立柱→立柱抄平、调整→安装横梁→安装保温、防火镀锌钢板→在镀锌钢板上焊铆调理螺钉→安装层间矿棉→安装楼层封闭镀锌钢板→安装玻璃窗密封条、卡→安装玻璃→注耐候胶→封顶、封底、封边→清洗→验收、交工。
2.2.2 施工中着重抓好下列关键工序与重点环节
2.2.2.1 与主体结构连接的施工
①牛腿（钢角码）的安装
在建筑物上固定幕墙，首先要安装好牛腿铁件，本工程采用后置预埋方式。上墙连接件角钢为100×100×8，长100mm，钢角码焊在300×200×8预埋钢板上，并用4个M12×160化学螺栓将预埋钢板紧紧地固定在主体结构上。后置预埋件找正是幕墙施工中重要的一环，它的准确与否将直接影响幕墙安装质量。预埋件应牢固，位置准确，埋件的标高偏差小于10mm，埋件位置与设计位置偏差小于20mm。
②后置预埋件偏差过大的修补
本工程施工中大多数后置预埋件的安装质量的均符合设计要求。但也有少数偏差过大，其中有平面上的位置偏差过大，前后偏差过大，倾斜过大，我们分别采用有效方法及时预以修补，达到了预定的质量要求。
③认真进行防锈、防腐处理
按JGJ102-2003，JGJ133-2001相关规定，作了认真的防锈防腐处理，确保了施工质量。
2.2.2.2 立柱的安装
立柱先连接好连接件，再将连接件（钢角码）点焊在预埋钢板上，然后调整位置。立柱的垂直度可由吊锤控制，位置调整准确后，才能将牛腿正式焊在预埋件上。安装误差为：标高偏差<3mm，轴线前后偏差<2mm，左右偏差<3mm。相邻两根立柱安装标高偏差<3mm，同层立柱的最大标高偏差<5mm，相邻两根立柱的距离偏差<2mm。立柱一般为竖向构件，是幕墙施工的关键之一，它的质量影响整个幕墙的安装质量。上下立柱之间留有不于小15mm的缝隙，采用套筒连接法。活动接头通过芯柱连接上、下立柱，芯柱与上柱密接、滑动配合，与下柱用不锈钢螺栓固定，芯柱套入上、下柱的长度均不应小于200mm。当立柱按连续梁计算时，要求活动接头能承受弯矩，因此，我们在施工中做到芯柱伸入上、下立柱不小于2倍立柱截面高度，且芯柱通过加大壁厚提高其刚度，使其截面的惯性矩不小于立柱的惯性矩，以保证该处能连续传递弯矩。
2.2.2.3 横梁的安装
横梁安装也是幕墙施工的关键之一，它的质量影响整个幕墙的安装质量。我们在施工中，首先将横梁两端的连接件（铝角码）及弹性橡胶垫安装在立柱的预定位置，做到安装牢固，接缝严密。其次，把相邻两根横梁的水平标高偏差控制在1mm以内；同层标高偏差：当一幅幕墙宽度≤35m时，控制在5mm以内，当一幅幕墙宽度>35m时，控制在7mm以内。第三，做到同一层的横梁安装由下向上进行。每当安装完一层高度时，都及时进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求。
总之，安装立柱和横梁，必须做到严格控制垂直度和水平度。
2.2.2.4 玻璃面板的安装
在安装前，首先清洗玻璃，四边的铝框也要清除污物，以保证后续嵌缝耐候胶可靠粘结。玻璃的镀膜面应朝室内方向。半隐框玻璃面板下方要设两个支托，且支托不应突出到玻璃外面。当玻璃面积较大或自身质量较大量，采用机械安装，或用真空吸盘提升安装。用于固定玻璃面板铝框的挂钩，压块或其他连接件，决不可少装或漏装坚固螺钉。安装允许偏差，必须符合GB/T21086-2007中相关规定。
2.2.2.5 耐候胶嵌缝
当玻璃面板上墙安装完毕后，必须及时用硅酮耐候密封胶嵌缝，予以密封，防止气体渗透和雨水渗漏。本工程采用金鼠牌JS2000硅酮耐候胶，在嵌缝耐候胶时，我们在施工中着重注意到下列事项：
①充分清洁板材间缝隙，不让有水、油渍、涂料、铁锈、水泥砂浆、灰尘存在，在充分清洁粘结面后，加以干燥，我们采用甲苯或甲基二乙酮作清洁剂。
②为调整缝的深度，避免三边粘胶，缝内充填聚氯乙烯发泡小园棒。
③为避免密封胶污染玻璃，应在胶缝的两侧贴保护胶纸。
④注胶后将胶缝表面抹平，去掉多余的胶。
⑤注胶完毕后，将保护胶纸撕掉，必要时可用溶剂擦试。
⑥嵌缝胶的深度（厚度）应小于缝宽度，厚度大于3.5mm，宽度不应小于厚度的二倍。
2.2.2.6 细部的处理
主要是封顶、封底、封边、窗台板等限于篇幅所限，此处从略。
总之，该幕墙的施工，我们从材料、构件的加工制作、安装等均设置了相应的质量控制点（将另文专门总结），施工过程中严格按JGJ102、JGJ133等工程技术规范进行控制，消除了质量和安全隐患，确保该幕墙结构安全和使用功能。
3、全玻璃幕墙的设计与施工
3.1 全玻璃幕墙的设计
3.1.1 概述
3.1.1.1 全玻璃幕墙的定义
全玻璃幕墙是指幕墙的支撑框架与幕墙的平面材料均为玻璃，故系无框玻璃幕墙体系。也就是说，全玻璃幕墙其玻璃本身即是饰面构件，又是承受自身质量荷载及风荷载的承重构件。
3.1.1.2 全玻璃幕墙的特点
由于所有材料均为玻璃，它的特点是视野几乎全无阻挡，完全透明，外观豪华壮观，富丽堂皇，给人一种明快、光亮的感觉。
3.1.1.3 全玻璃幕墙的应用
全玻璃幕墙由于无金属边框，视野宽广，外观豪华壮观，所以，广泛应用于大型建筑物的入口部、高层旋转餐厅、大型饭店的天井大廊、大型水族馆等。
3.1.1.4 全玻璃幕墙的分类
根据安装的构造方式不同，可分为：
①座地式全玻璃幕墙；
②吊挂式全玻璃幕墙；
本工程由于玻璃高度较低，为4.5米，因而采用座地式进行设计与施工。
3.1.2 全玻璃幕墙的设计
3.1.2.1 构造设计
本工程采用加肋玻璃的构造。因为，全玻璃幕墙，除了设有大面积面玻璃外，一般还需加设与面玻璃面垂直的条形肋玻璃，肋玻璃的主要作用是加强面玻璃的刚度，从而可以保证整体玻璃幕墙在风压和地震作用下的稳定性，提高了面玻璃的刚度。
肋玻璃的肋方向布置，主要根据建筑物所处的位置，建筑要求及艺术上的要求而定。面玻璃与肋玻相交部位的处理有三种构造形式，即双肋、单肋、通肋。本工程采用单肋。肋玻璃相交面处理形式有四种形式，即后置式、骑缝式、平齐式、突出式。本工程采用平齐式。
3.1.2.2 强度与刚度设计
Ⅰ、面玻璃的强度设计
该全玻璃幕墙最高处标高H=14.100m，最大分格为b×h=1100×4500,已知基本风压W50=0.50KN/m2，由计算知风荷载标准值WK=0.7363KN/m2，取为1.0 KN/m2 风荷载设计值W=1.400KN/m2，面荷载集度设计值：q=qW+0.5 qE=1.077KN/m2。则玻璃的计算厚度为：t≥ 3qb2/4000fg=13.574mm，为安全起见，经与业主协商选定玻璃为t=15mm钢化玻璃。于是面玻璃在风荷载与地震作用下的最大弯曲应力按JGJ102-2003公式6.1.2计算可得
σ=5.953N/mm2<fg=72N/mm2
结论：面玻璃强度满足设计要求。
Ⅱ、面玻璃的刚度设计
采用简支梁力学计算模型，则有
U=5qKL4/384EI
=0.891mm<1100/60
=18.333mm
结论：面玻璃挠度（刚度）满足要求。
Ⅲ、玻璃肋宽度设计
lb= 3Wbh2/4000fg·t=182.064mm
经与业主协商，选定玻璃肋宽度lb=200mm
结论：所采用玻璃肋满足设计要求。
Ⅳ、胶缝宽度设计
面荷载集度标准值
QK=WK+0.5qEAK=1.077KN/m2。
玻璃厚度取t=15mm，故有f1≥f得
F1≥qk·b/2000·t
=0.11N/mm2，式中f1=0.14N/mm2
结论：胶缝强度满足设计要求。
由以上设计可见，该全玻璃幕墙具有较大的安全性。
3.2 全玻璃幕墙的施工
由于全玻璃幕墙的安装施工是一项多工种联合施工，不仅工序复杂，操作也要求十分精细。同时，它又与其他分项工程的施工进度计划有密切的关系。为了使全玻璃幕墙的施工安装顺利进行，必须根据工程实际情况，编制好单项工程施工组织设计，并经总承包单位，监理，业主共同确认。
3.2.1 施工准备
3.2.1.1 技术准备
①技术资料准备：包括土建设计资料，土建结构尺寸测量。
②设计和施工方案确定：由于各类建筑的室外设计都不尽相同。对有室外大雨棚、行车坡道等项目，应注意协调好总体施工顺序和进度，防止由于其它室外设施的建设，影响吊车行走和全玻璃幕墙的安装。
3.2.1.2 材料及机具准备
①主材质量复查：包括尺寸规格，到场后玻璃有无受到损伤，若发现有裂纹、崩边者，决不能安装，应尽快重新补充。
②主要施工机具检查：包括玻璃吊装和运输机具，重点检查吊车的操作系统和电动吸盘的性能；各种电动、手动工具性能检查；预埋件检查。
③搭好脚手架
3.2.2 座地式全玻璃墙的安装施工
3.2.2.1 安装施工工艺流程
测量放线→放线定位→上、下、左、右边框安装→玻璃安装就位→注胶密封→表面清洁和验收。
3.2.2.2 施工注意事项
Ⅰ、玻璃必须磨边，因为如果边缘不平整，玻璃在使用中复杂的外力和内应力共同作用下容易产生裂纹。
Ⅱ、玻璃包装箱在运输、吊装过程中，里面的玻璃不能有移动。
4、干挂花岗石幕墙的设计与施工
4.1 概述
本工程幕墙总高为21.000m，上面有干挂花岗石装饰线条，幕墙标高H=18.900m处，基本分格为1070×720，最大分格尺寸为：宽×高（B×H）=1510×720，横放，上、下侧边各用两个不锈钢干挂件挂住石材板块构件，抗震7度设防，考虑远震，地震力作用下，结构弹性阶段的顶点位移<21mm，层间位移<6mm，年最大温差95℃（即＋30°+65℃），石材板厚t=30mm，弯曲强度为13.2MPa，干挂件材质为304不锈钢，石材为蒲泽红色，明缝8mm，外观效果简洁明快，流畅，高贵大方，色泽搭配自然，清新适度，充分体现了该工程的外观整体和谐，能充分体现现代都市的建筑理念。
4.2 干挂花岗石幕墙的设计
4.2.1 墙面设计
由于该工程玻璃幕墙的墙面并不和石材幕墙墙面在同一个立面上，而是玻璃幕墙在内，石材幕墙在外，而且多幅竖向矩形加半圆构成的欧式风格绿色玻璃幕墙的玻璃板块是竖向矩形分格，而石材幕墙的石材面板为横向矩形分格，这样设计别具一格，不强调二者胶缝横平竖直，而是各自形成横平竖直胶缝，实践证明，效果很好。
4.2.2 结构设计
石材幕墙的骨架，立柱采用[10槽钢、横梁采用L5角钢，80×40×3不锈钢干挂件，在执行《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001中关于“结构设计”相关规定的基础上，又参照了最新国家标准图集《全国民用建筑工程设计技术措施》（首卷本）和《建筑构造通用图集》（88J-1之外装修）（1）中的相关先进结构，体现了该工程紧跟时代步伐的先进性。
4.2.3 材料选用
花岗石板材选用火成岩，吸水率小于0.4%；弯曲强度经法定检测机构检测表明，弯曲强度达到JGJ133-2001规范3.2.2的强制性规定，即弯曲强度均不小于8.3MPa；石材板厚t=30mm。各项性能指标均达到《天然花岗石建筑板材》（GB/18601-2009）相关规定。骨架型钢材料符合国标GB/T700、GB/T699要求。耐候胶采用金鼠牌JS888石材幕墙专用硅酮耐候胶；干挂件插入石材板短槽内用金鼠牌GM-601干挂胶，符合《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》（JC887-2001）的规定要求。
4.2.4 强度、刚度设计
运用建筑幕墙CADPM专用程序，对石材面板、立柱、横梁、连接件、预埋件等等均进行了必要的强度、刚度设计计算，表明该幕墙各项性能均达到设计要求。计算结果详见表1和表2。
4.3 干挂花岗石幕墙的施工
4.3.1 选用素质好的项目经理和施工队伍
幕墙施工质量的好坏，最重要的是人的因素。为此，我们从以下两个方面努力：
①选用好的项目经理：因为该工程的质量目标是争创鲁班奖，为此，我们选用了一位大学本科毕业的，具有本专业知识和多年实践经验，具有一级建造师执业资格，工作干劲大，责任心强，组织管理能力强，以身作则，精力充沛，吃苦耐劳的项目经理。
②选用了一支优秀的施工队伍：这支队伍曾在山东济南、菏泽、陕西西安、宁夏银川等地干过许多个大型干挂石材幕墙工程而且个个都是优良工程，目前该工程已荣获鲁班奖。
4.3.2.1 施工工艺的控制
首先，按JGJ133-2001规范中7.3关于“幕墙安装施工”的规定进行控制，同时参照国内著名专家张芹、赵西安、雍本等在他们的专著中所推荐的施工工艺进行控制。幕墙的竖向和横向板材的组装允许偏差执行JGJ133-2001中表7.3.6的规定；幕墙安装允许偏差用表7.3.7进行控制，同时根据本公司企业内控标准的相关条款和该工程的实际情况还从下列几个方面进行控制；
①搞好确实能指导施工而且数据准确的排板图，做到编号准确清晰，供施工队伍作为加工材料和钢骨架制作与安装的依据。
②在确保整体受力安全的前提下，对主体结构墙体薄弱部位（如较大面积加气混凝土墙等），专门另行增设牢固的钢骨架。
③针对土建主体结构整体情况，优先施工不易拆装和更换的部位；对于能体现建筑艺术特点，不容改变主题的部位先施工。
④为了与玻璃幕墙，石材装饰线条等其它装饰工艺及材料的相互衔接与协调，防止产生“死症”，减少浪费和返工。
⑤严格控制结构胶在不同温度下和速凝剂的配比，控制好结构胶凝固承力的时间，防止局部板材的变位松动和减少受力部位应力的产生。
4.3.2.2 施工工艺的创新
天然与人造块材的干挂是外装饰工程一种新的施工工艺与技术，虽然我们多年来已基本掌握并运用了这项新施工技术，但本着与时俱进的要求，应当有所创新。结合本工程实际情况，我们创造了一些自己所运用的行之有效的技术与方法。
①垂直运输方面：因本工程干挂石材幕墙大面积部分的标高在20米以内，我们采用自己特制的板材夹（备有支撑和垫块），用简易电动滑轮给各施小组上板材，可减少板材多次搬运造成的缺痕损伤。
②实践表明，并不是钢骨架材料规格越大，就越能保证安装牢固，事实上，干挂石材幕墙极少或基本不受负风压的影响，所以只要用一般规格（如[8、[10槽钢）的立柱材料就可以了，省时，省力，省资金。
③特殊部位采用特殊施工工艺，如标高21米的装饰线条，各立面的罗马柱等部位，就专门编制了适合本工程这些特殊部位的施工工艺，这样，可以增加美观，起到更好的装饰效果。
5、结束语
银力大厦外装饰工程现已顺利竣工，我们从设计、加工制作、安装施工的过程中，取得了一些有益的经验，对今后工作具有重要的指导意义。然而，由于种种原因，也存在一些不足之处，我们将尽快予以总结分析，以便吸取教训，以利再战。
【参考文献】
1、张 芹 主编 建筑幕墙与采光顶设计施工手册 中国建筑工业出版社 2002 北京
2、陈建东 主编 金属与石材幕墙工程技术规范应用 手册 中国建筑工业出版社 2001 北京
3、陈建东 主编 玻璃幕墙工程技术规范应用手册 中国建筑工业出版社 1996 北京
4、赵西安 编著 建筑幕墙工程手册 中国建筑工业出版社 2002 北京
5、雍 本 主编 幕墙工程施工手册 中国计划出版社 2000 北京
6、《建筑幕墙 》GB/T 21086-2007
附表1：
干挂石材幕墙设计参数一览表
附表2：
干挂石材幕墙设计计算一览表
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