大板塊裝配式幕墻的安裝固定方法——北京城市副中心B3、B4幕墻工程

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　　摘要：北京城市副中心機關辦公區B3、B4工程項目，建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業大百科提供）設計為大板塊裝配式構造系統，需在工廠里利用專業設備和生產工藝加工，實現幕墻的結構、防水保溫、外裝飾材料一體化大板塊組裝，大板塊幕墻出廠品質得以確保，板塊在項目現場與主體結構經過簡單的連接,快速完成建筑幕墻的施工。

　　關鍵詞：建筑幕墻、大板塊、裝配式、構件單元、安裝固定

　　1 前言

　　2012年，中央人民政府決定把北京市政府東遷通州，以分散首都交通壓力，使北京形成不同的功能區;同時，通過政府搬遷，帶動通州地區的經濟社會發展。

　　國務院總理李克強2016年9月14日主持召開國務院常務會議，決定大力發展裝配式建筑，推動產業結構調整升級。同時鼓勵各相關單位要適應市場需求，完善裝配式建筑標準規范，推進集成化設計、工業化生產、裝配化施工、一體化裝修，支持部品部件生產企業完善品種和規格，引導企業研發適用技術、設備和機具，提高裝配式建筑應用比例，促進建造方式現代化。北京政府對城市副中心建設提升到了前所未有的新高度，要求堅持世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位，以創造歷史、追求藝術的精神進行規劃設計建設副中心。市委要求把城市副中心建成標桿工程、歷史典范。要發揚“工匠”精神，創造更多精品，留下更多經典，努力讓副中心建設“不留歷史遺憾”。

　　北京城市副中心行政辦公區是一個集約、高效、本土、人文、樸素、典雅的建筑群。B3、B4項目各為一組四合院式的辦公區建筑群，它們形態各異，功能不同。外墻系統以大面積的預制（詞條“預制”由行業大百科提供）混凝土掛板、反打石材幕墻為主，玻璃可定位為幕墻窗單元板（詞條“單元板”由行業大百科提供）塊，有不少的金屬板幕墻、陶板幕墻、金屬格柵等等，華麗莊重，現代大氣。

(圖一：B3、B4辦公樓總體規劃設計效果)

　　該項目線條明晰，分格和構造有規律，板塊模數比較統一，相同尺寸材料多，特別適合以預制板塊裝配式施工。各種預制板塊采取工廠化生產、現場裝配的方式，不僅可省時、省工、省錢，且無污染、少噪音、無粉塵，與綠色、低碳、節能、環保的可持續發展的精神相符。該項目打造具有北京古城墻、四合院特色，京味兒十足的現代建筑風格，旁邊由綠林、水系圍繞，正好符合中國傳統“山水園林”的格局，行政辦公區的建筑傳承傳統建筑的神韻，體現了氣宇軒昂的中國氣象。

　　北京市弘都建筑設計院是該項目的建筑設計單位，幕墻設計由中國建筑設計院建筑帷幕設計咨詢中心完成。項目具有分格構造有規律、板塊模數較統一、相同尺寸材料多等特點，具備由工廠生產大板塊，現場完成快速吊裝施工的優勢，特別適合于裝配式建筑的開展實施。設計單位經過兩個多月的努力，于2016年11月底前完成了北京副中心北區B3、B4建筑群的大板塊裝配式幕墻系統設計方案研究、方案實施論證、施工圖設計、加工工藝和施工工藝細則等等工作，并于11月30日通過了專家評審，該項目外幕墻深化設計、生產、集成及施工組織由北京和平幕墻工程有限公司完成。

　　本文主要介紹B3、B4項目中的重要幕墻板塊設計、加工和安裝工藝。涉及的大板塊構件中包含了清水混凝土表面預制幕墻單元板塊、預制夾心清水混凝土反打石材單元板塊、鋁合金玻璃幕墻單元板塊、保溫防水隔音單元等等，這些部件均在工廠加工組裝完成，運輸到工地吊裝后作單元間密封處理，完成后進行竣工驗收。

(圖二系統1：金屬板石材幕墻單元板塊)

　　2、B3、B4項目中的重要幕墻板塊涉及金屬板石材幕墻窗單元、金屬板石材混凝土幕墻窗單元，其結構及功能各有不同，深化設計的思路及實現方法亦有所不同。

　　2.1 系統1：金屬板石材幕墻單元板塊

　　幕墻分析：橫向變化，分布跨度高，懸挑遠(900mm)，單片薄(100mm)，需承受巨大風荷載;金屬層間橫板單邊固定，懸挑遠(1000mm)，單片薄(200mm)，固定端需承受巨大扭矩;石材反打混凝土單元自重大，分布不均，與輕質幕墻系統難兼容;部分石材干掛單元自重相對輕，與輕質幕墻系統兼容，設計需考慮拼接處的安裝方案和防水處理。

(圖三：板塊經過順序排列后形成的新單元組合)

　　設計思路：在變化的立面之中尋找不變的韻律，用有限的單元展現建筑無限的外觀可能;將縱橫兩向的建筑線條化為一體，締造牢固可靠的簡單輕便結構;以大小合理板塊為原則，以價值、造價、功能、工期的性價綜合最佳值為標準設計單元板塊。

　　通過優化排列組合，得到以下五種大單元板塊構造：

　　分解每組單元板塊，進行進一步深化設計和構造拆解，列表如下：

　　需要特別說明的是外電動金屬遮陽簾系統。金屬遮陽（詞條“遮陽”由行業大百科提供）豎板的深度(900mm)是經綠建要求計算所得，若在目前的幕墻系統中設置外遮陽系統，則可大大提高建筑綠建性能，或降低遮陽豎板懸挑距離。并且，外置的遮陽簾可有效地遮擋室外直接太陽光對室內的照射，為室內使用者提供更舒適的空間環境。

(圖四：單元組合中的金屬遮陽簾系統)

　　對于石材幕墻，通過干掛石材單元與石材反打混凝土單元結合使用，將二種效果有機融合。其中，干掛石材系統構造包括：石材、鋼架、防水保溫復合板，600mmX4200mm單元重量約為：300Kg;石材反打混凝土系統構造包括：石材、混凝土、保溫棉，600mmX4200mm單元重量約為：980Kg(混凝土)。

　　2.2 系統2：金屬板石材混凝土幕墻窗單元

(圖五 系統2：金屬板石材混凝土幕墻窗單元)

　　系統2幕墻分析：金屬遮陽豎板橫向變化，分布跨度高，懸挑遠(800mm)，單片薄(100mm)，需承受巨大風荷載;屬層間橫板單邊固定，懸挑一定距離(600mm)，單片薄(200mm)，固定端需承受巨大扭矩。

　　石材反打混凝土單元：混凝土可視面積小，整體自重大，分布不均，與輕質幕墻系統難兼容，安裝和防水處理是難點之一。

　　預制夾芯清水混凝土掛板表面反打石材，與外掛裝配式金屬格珊單元混合板塊;預制夾芯清水混凝土掛板表面反打石材室內面板設計為清水混凝土板，為室內裝修墻面預留基面條件;預制夾芯清水混土掛板表面反打石材通過三維可調節鋼掛件連接系統與主體結構(鋼結構梁)連接，鋼挑板連接件焊接工作由鋼結構加工車間完成，避免現場焊接作業。外掛裝配式金屬遮陽板單元通過預埋在清水混凝土板中鋼掛件系統連接。現場安裝考慮采用吊機系統起吊和安裝單元板塊，石材單元最大重量為1250KG, 外掛裝配式金屬遮陽板單元最大重量為100KG。可考慮選用常用荷載卷揚機起吊，在屋頂設置臨時路軌及電動行車進行現場安裝作業。

　　3、副中心大板塊裝配式幕墻，除與混凝土、鋁合金、鑄鋼件、尼龍、塑料等整體成型的澆鑄件外，大部分都可拆分成各種各樣的小零件進行加工，然后組合成大組件板塊。

(圖六：B3項目幕墻部分大樣節點)

　　3.1 由專業廠家將混凝土掛板造型按照洞口尺寸做成一個整體，內部加筋、加掛件、加連接螺桿等等，做固定支承點，加工完成后清理備用。

(圖七：混凝土掛板制作現場)

　　3.2 整體幕墻窗按照成熟工藝整體加工，安裝時板塊的重量會通過連接構造傳達至結構吊點上，需注意吊點及其連接機構的受力狀況;關注幕墻窗與混凝土構件的公差配合、有效機械連接、密封防水、斷冷橋等等關系，以保證質量。

　　3.3 保溫防水單元組件由保溫巖棉（詞條“保溫巖棉”由行業大百科提供）、防水板、硅酸鈣板組合，通過內部的鋼支架組合成一體，由預先準備好的固定支承點固定在清水混凝土構件上。

　　3.4 預制混凝土按實際設計計算結果設計厚度，表面顏色按建筑師要求，清水混凝土構件表面涂抹保護層，背面刷滲透型環氧防水涂料，起到良好的防水效果。

　　3.5 隱蔽的鋼構件采用熱浸鍍鋅處理。大板塊幕墻構件采用掛件、轉接件、槽式埋件與主體結構連接。泛光照明的構造切入幕墻系統中，預埋管線孔、道，留足接口位置。為滿足綠色節能需要，幕墻窗體設計了遙控電動外遮陽機構。開啟扇設置使用了不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業大百科提供）紗窗。

(圖八：裝配式幕墻板塊的支承節點，與燈光、遮陽系統的組合裝配)

　　與一般的幕墻施工做好預埋件（詞條“預埋件”由行業大百科提供）后進行現場拼裝不同的是，北京城市副中心裝配式建筑幕墻采用了工業化生產的建造方式，是一個集結構系統、外圍護系統、泛光照明設備與管線系統、遮陽設備及控制系統、硅酸鈣板簡易內裝系統的全專業設計，系統集成的生產過程全工藝設計，施工安裝工藝全過程設計，實現帷幕相關系統的策劃、設計、生產與施工一體化的過程。

(圖九：項目施工現場)

　　本項目中，我們的技術集成創新體現在于首先明確了裝配式建筑的概念，從副中心領導的頂層設計至建筑設計院的大膽設計，都提出了必須實現裝配式建筑的時代的建筑理念，構建裝配式建筑的設計思想體系，進一步鼓勵我們大膽進行裝配式建筑的系統集成生產和施工，把項目當作完整的工藝作品進行統籌生產及施工，強調了裝配式建筑全生命期可持續的品質技術，并對項目提出了全過程管理建造方式和實現要求。

　　4、裝配式建筑幕墻與一般的建筑幕墻相比，無論設計上還是施工中都是有很大區別的，其中最關鍵的是施工圖設計和加工施工工藝設計和管理。

　　4.1 施工圖

　　副中心B3、B4有高設計完成度的施工圖成果，設計單位優質的施工圖紙是我們進行裝配式建筑幕墻成功的重要基石。采用的技術具備成熟、先進、可靠、安全、節能及方便維護等特性，并且保證其設計深度能嚴格控制住中標（詞條“中標”由行業大百科提供）單位的工程成本。我們將圖紙深化到零部件圖，車間按圖加工、組裝便可達到效果，建筑外立面幕墻的材質、節點、構造型式，是表現建筑的關鍵。

(圖十：B3項目幕墻的平面（詞條“平面”由行業大百科提供）大樣節點)

　　4.2 工廠生產組裝

　　裝配式建筑幕墻應有合理的生產工藝設計，注重加工廠生產工藝質量管理，使得裝配式建筑幕墻板塊能夠在工廠的環境下實現一體化生產，減少工地安裝環節。特別值得一提的是，依托和平自產鋁型材的便捷，在開模（詞條“開模”由行業大百科提供）、工藝精度（詞條“精度”由行業大百科提供）控制、型材配套供應等方面為本項目單元板塊的生產和工期提供了有力保障。

(圖十一：混合幕墻大板塊工廠生產及組裝)

　　裝配式幕墻的板塊在受質量管理監控的車間里組裝，所有的玻璃、石材、混凝土、金屬板通過支承框架組裝成單元板塊。所有預留接口的切割在工廠進行并能夠在現場直接安裝，要求工廠組裝的部件拆卸之前在工廠調整和做記號，確保在現場能正確組裝。保證所有連接點牢固可靠﹐并進行精確切割、裝配和接口密封﹐避免削弱部件的耐候性（詞條“耐候性”由行業大百科提供）和防水性能。在其它金屬構件與鋁框接觸時﹐提供足夠的隔離措施。采用統一的組件加工技術﹐以保證所有構件外觀上的一致性。承重擠壓鋁型材應能完全承受組件的重量、設備荷載和風荷載﹐并考慮可能出現的其它要求。

(圖十二：B3大板塊裝配式幕墻吊裝現場)

　　4.3 施工工藝

　　所有大板塊裝配式幕墻的實施關鍵取決于施工的可行性，由于裝配式建筑幕墻板塊大、重量重，需要有較高的運輸和施工吊裝要求，更需要嚴格的緊固裝置。一般來說，裝配式建筑幕墻板塊是一個樓層的高度，單榀重量會在1噸以上。施工現場使用塔吊機時必須留有足夠的荷載余量，使用起重吊機車我們利用了消防通道。

(圖十三：B4大板塊裝配式幕墻吊裝現場)

　　對于裝配式建筑幕墻大板塊與結構的承重和緊固連接，必須是可靠的，余量足夠;位移節點應能夠容納所有預期位移，能夠順利運動而不出現障礙，不產生噪音和振動;金屬的焊接應符合相關標準，操作方法應能防止變形，焊接面應在可靠長度內充分連接，沒有孔洞，雜質，裂紋或毛孔，以確保長期性能，并確保焊接受力足夠承受設計要求;所有作業，轉角，對接，角度連接的生產和施工都應有足夠強度（詞條“強度”由行業大百科提供）和剛度以承擔板塊上所有預制配件上的臨時荷載。

　　4.4 全過程施工管理

　　裝配式建筑幕墻在建造過程中必須有更強質量控制手段，宜進行專業的全過程管理，包括設計修正、設備配套、工位配置、加工工藝流程、加工施工順序等等服務。若工程監理方的幕墻工程專項管理技術力量不足，應聘請專業幕墻顧問協助業主和監理共同進行工程管理，把控施工質量，避免業主或監理在不知情的情況下與施工單位產生不必要的糾紛。專業的裝配式建筑幕墻顧問工程師具有運用科學、專業的管理原則處理工程問題的經驗，精通幕墻設計和施工各個流程，有能力把控裝配式建筑幕墻設計、生產、施工各環節，派專人負責現場施工配合工作，定期參與現場例會，按現場需要隨時解決技術問題及完成各項審查工作，直至配合業主完成裝配式建筑幕墻工程的相關驗收工作。

(圖十四：工程完成后的B3建筑群)

　　參考文獻

　　[1]中國政府網：李克強主持召開國務院常務會議，部署加快推進“互聯網+政務服務”，以深化政府自身改革更大程度利企便民決定大力發展裝配式建筑推動產業結構調整升級

　　[2]《多元裝配式幕墻—北京城市副中心B2項目幕墻工程設計》(王剛等《建筑幕墻》〔2017〕6月號)

　　[3]《北京市人民政府辦公廳關于加快發展裝配式建筑的實施意見》(京政辦發〔2017〕8號)

作者單位：北京和平幕墻工程有限公司