倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》是湖南建工集團有限公司完成的建築類施工工法。完成人是彭軻衎、朱兵、胡聰智、喻武林、鄧昭輝。該工法適用於18米以下設計造型為倒掛式弧形雙曲面的幕牆安裝工程。

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》的主要特點是：採用頂升架配合汽車吊車及剪叉型高空作業平台進行面板安裝，提高倒掛麵板的安裝效率，節省了勞動成本和施工工期；安裝定位準確。

2021年11月5日，《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》被湖南省住房和城鄉建設廳評定為湖南省2020年度工程建設省級工法。

基本介紹

• 中文名：倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法
• 完成單位：湖南建工集團有限公司
• 完成人：彭軻衎、朱兵、胡聰智、喻武林、鄧昭輝
• 主要榮譽：湖南省2020年度工程建設省級工法
• 工法編號：HNJSGF014-2020
• 審批單位：湖南省住房和城鄉建設廳

形成原因

洞庭湖博物館工程為“深盤式”造型（上部大、下部小），主館二層及以上為大跨度懸挑結構，懸挑跨度8.45米，離地高度15米。懸挑結構下二層至一層的中間夾層位置幕牆為弧形倒掛式幕牆。主館四個角為圓弧角，懸挑結構下四個角的幕牆為倒掛式雙曲面弧形造型，面積為3250平方米。幕牆採用GRC（竹模板玻璃纖維增強混凝土）石材面板，雙曲面GRC面板尺寸大（最小尺寸為2059×893毫米、最大尺寸為3210×1100毫米）、自重大（最小自重為113千克、最大自重323千克），使用傳統腳手架進行安裝操作難度大、成本費用高。雙曲率弧形結構放線、定位難度較一般結構困難很多，放線、定位的精度、龍骨加工和安裝的偏差、面板安裝的偏差都是施工過程中控制的重點，是保證幕牆外觀效果的關鍵因素。

湖南建工集團有限公司針對以上問題研發出“倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工技術”，在此基礎上形成了《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》。

工法特點

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》有以下特點：

1.採用頂升架配合汽車吊車及剪叉型高空作業平台進行面板安裝，提高倒掛麵板的安裝效率，節省了勞動成本和施工工期。

2.安裝定位準確。將三維數據投影到平面指導放線工作，提高了放線精度，保證了龍骨及面板的安裝精度。

操作原理

適用範圍

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》適用於18米以下設計造型為倒掛式弧形雙曲面的幕牆安裝工程。

技術理論

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》原理為通過吊車、剪叉型高空作業車及頂升架配合安裝倒掛式弧形雙曲面GRC面板。根據GRC面板弧度調整頂升架兩端高度，將高空作業車移至待安裝面板的底部。將GRC面板吊運至頂昇平台上，通過頂昇平台對GRC面板平面位置進行初步調整。初步調整完畢後由將GRC面板頂升至安裝位置，通過頂昇平台對GRC面板進行精確調整，精確調整完畢後將GRC面板與已定位安裝好的次龍骨進行初步固定。GRC面板分層安裝，每層每跨安裝完成後檢查弧度是否一致，檢查合格後完成最終固定。

工藝流程

施工流程

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》的施工工藝流程為：

BIM建模排版→測量放線→預埋件處理→龍骨製作→龍骨安裝→GRC面板安裝。

操作要點

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》的操作要點如下：

• BIM建模排版

BIM建模排版：根據幕牆施工圖及現場實測數據，運用BIM技術，施工前對原設計進行深化設計。通過幕牆模型的建立和三維模擬，預判施工過程中可能出現的碰撞，同時精確獲得每根龍骨、每塊GRC面板的三維數據，為之後測量放線提供數據支持。從廠家獲得bi米模型，對每塊GRC面板編號。

圖1 幕牆BIM模型

測量放線

根據幕牆施工圖和現場測量數據，確定幕牆豎向、橫向接縫中心線平面投影位置，利用AUTOCAD軟體建立平面控制網。使用全站儀在懸挑結構下部放出平面控制網，豎向接縫中心線即為豎向龍骨中線。根據次龍骨與橫向接縫中心線平面投影距離，放出次龍骨控制線。使用大功率投線儀將豎向龍骨中線投射到結構面上，豎向龍骨安裝完畢後將GRC面板豎向、橫向接縫中心線及次龍骨控制線投射到豎向鋼龍骨上。

圖2 平面控制網

預埋件處理

構件安裝前應將幕牆預埋件表面清理乾淨，並對檢查預埋件數量、位置、防腐情況進行檢查，對不符合要求的預埋件進行處理。

龍骨製作

1.豎向S型龍骨放樣：豎向S型龍骨分為兩節，先由工廠根據設計圖紙進行放樣加工，運送至現場後完成兩節龍骨的焊接拼裝。現場焊接拼裝前，在地面放出S型鋼龍骨控制弧線，控制弧線兩側設定固定剛樁。

2.豎向S型鋼龍骨製作：將兩節S型鋼龍骨放入固定剛樁內進行焊接，焊接完畢後使用小型千斤頂對S型鋼龍骨弧度進行校正，保證所有S型鋼龍骨弧度一致。對於弧度偏差過大的構件，退回廠內重新加工。S型龍骨加工完畢後對焊縫進行超音波探傷檢測，檢測合格後對焊接位置做好防鏽防腐處理。

圖3 S型鋼龍骨製作示意圖

3.橫向弧形龍骨制：使用計算機軟體輔助在地面對橫向弧形龍骨進行放樣加工，依據橫向弧形龍骨標高位置對每層橫樑進行編號。

龍骨安裝

1.豎向S型龍骨安裝：吊裝作業前，在S型鋼龍骨上半弧位置焊接一個吊環，並對吊環焊縫進行防腐防鏽處理。將吊裝帶綁在S型龍骨重心位置，使用吊車將S型鋼龍骨吊至大致位置，再使用電動葫蘆吊住S型鋼龍骨上部吊環對S型鋼龍骨位置進行調整。位置調整完畢後，用螺栓將龍骨和連線件初步固定。每跨內鋼龍骨螺栓連線完畢時，應對該跨內鋼龍骨進行檢查、調整、校正，確保每跨鋼龍骨弧度一致、位置準確後將鋼龍骨與連線件進行滿焊固定，並對焊縫進行防腐防鏽處理。

圖4 S型鋼龍骨安裝情況

2.橫向弧形龍骨安裝：依據編號將橫向弧形龍骨與豎向S型龍骨點焊連線初步固定，每跨內橫向弧形龍骨初步固定完畢時，對該跨內橫向弧形龍骨進行檢查、調整、校正，確保質量合格後將橫向弧形龍骨與豎向S型龍骨滿焊固定，並對焊縫進行防腐防鏽處理。

圖5 次龍骨安裝情況

雙曲面弧形GRC面板安裝

1.GRC面板進場後對面板進行檢查，檢查面板表觀質量是否合格、加工尺寸是否符合要求，合格後方可進行掛板操作。

2.頂升架製作：使用角鋼製作頂升架框架，在框架4個立柱上分別安裝一個小型千斤頂、框架底部安裝4個平板帶剎萬向腳輪。

圖6 頂升架

3.面板吊運：面板安裝前，按照每塊面板編號確定每塊面板的安裝位置。根據GRC面板弧度調整好頂升架兩端高度，將頂升架放置在高空作業車上。將吊裝帶綁在弧形GRC面板上端背腹鋼架上，使用汽車吊將面板吊運至頂升架上，將汽車吊大臂及吊鉤鎖定。

4.面板頂升：在GRC面板下端千斤頂上放置柔性墊塊，防止頂升過程中GRC面板受壓損壞。高空作業車繼續升高至頂升架另一端千斤頂與GRC面板接觸，同樣放置柔性墊塊防止GRC面板受壓損壞。GRC面板完全落在頂升架上後，利用頂升架下端萬向輪調整面板平面位置，平面位置確定後使用高空作業車將GRC面板頂升至安裝位置，將高空作業車鎖定。

5.位置調整：使用頂昇平台萬向輪和上部兩端千斤頂通過預先在龍骨上彈好的控制線對GRC面板的位置進行精確調整。調整完成後將GRC面板用螺栓與橫向龍骨上連線件進行連線，GRC弧形面板由下至上分層安裝，一跨範圍內安裝完成一層GRC面板後，檢查安裝完成的GRC弧形板弧度是否統一，及時進行調整避免誤差積累。

圖7 GRC面板吊運

圖8 GRC面板精確調整

圖9 GRC面板固定

圖10 倒掛式雙曲面GRC面板完成情況

材料設備

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》對材料設備有以下要求：

機具設備

材料要求

1.進入現場的鍍鋅鋼管、鍍鋅角鋼必須有廠合格證及試驗報告、標牌，由材料員和質檢員按照規範《建築工程施工質量驗收統一標準》（GB50300-2013）規定標準分批抽檢驗收，合格後方能加工使用，表面鍍鋅層必須完整無破損；

2.GRC裝飾構件體積乾密度≥1800千克/立方米；纖維含量≥3.5%；裝飾混凝土層吸水率≤10%；GRC層吸水率≤14%；裝飾混凝土抗壓強度≥25兆帕；GRC抗壓強度≥40兆帕；抗彎極限強度MOR≥18兆帕；抗衝擊強度≥9千焦/P平方米；抗凍性50次凍融無起層和龜裂現象。

3.鍍鋅鋼材的規格、數量、品種、型號均應符合圖紙要求，成形的鋼筋骨架不得超出圖紙規定的允許偏差範圍。

4.鍍鋅鋼材焊接必須嚴格按設計要求和規範標準行焊接和搭接，焊接的質量符合《建築鋼結構焊接技術規程》（JGJ81-2002）規定。

質量控制

施工企業採用《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》施工時，應遵循的質量控制要求如下：

工程質量控制標準

1.《建築幕牆》（GB/T21086-2007）

2.《建築裝飾裝修工程質量驗收規範》（GB50210-2018）

3.《人造板材幕牆工程技術規範》(JGJ336-2016)

4.《金屬與石材幕牆工程技術規範》（JGJ13-2013）

質量控制措施

1.嚴格把控材料質量，各種材料無合格證及檢驗報告不予驗收、使用。

①鋼龍骨進場後應進行現場取樣送第三方檢測單位檢測，實驗合格後方可加工使用。

②GRC面板進場後應對其表觀質量開箱檢查，對於裂縫過長過寬、相鄰板塊色差過大的作不合格品處理。

2.預埋件的安裝必須嚴格按照設計要求及驗收規範製作、埋置。必須確保位置準確，規格型號符合設計要求。

①後置化學錨栓埋板使用前應進行拉拔試驗，符合設計要求後方可進入下一道工序。

②構件焊接完成後應進行驗收。豎向S型鋼龍骨吊裝前對焊縫進行超音波探傷檢查，合格後方可吊裝。其餘焊縫全數檢查表觀質量、焊腳高度，合格後方可噴塗防鏽防腐塗料。

3.S型鋼龍骨，弧形橫向龍骨應保證弧度一致。S型鋼龍骨，弧形橫向龍骨製作完成後應對照地面放樣弧度進行檢查，對於弧度偏差超過3毫米的龍骨，使用小型千斤頂進行校正。

4.S型鋼龍骨，弧形橫向龍骨安裝應保證定位準確。

①立柱安裝標高偏差≤3毫米；軸線前後偏差≤2毫米；左右偏差≤33毫米。

②立柱安裝標高偏差≤33毫米；軸線前後偏差≤2毫米；左右偏差≤33毫米。

③相鄰兩根立柱安裝標高偏差≤3毫米；同層立柱的最大標高偏差≤5毫米；相鄰兩根立柱的距離偏差≤2毫米。

④相鄰兩根橫樑的水平標高偏差不應大於1毫米；同層標高偏差：≤6毫米。

⑤每跨內鋼龍骨初步固定後，應採用專用弧度檢查工具對安裝精度進行檢查，檢查合格後方可進行滿焊作業。

5.成品保護。

①吊裝作業過程中配備專人進行指揮，避免已完工GRC面板磕碰損壞。

②每跨內GRC面板安裝完成後按規定進行清理，進行成品保護工作。

③表面修補辦法。破損邊緣長度小於5厘米：將拌好的GRC修補材料填到要修補的地方，用灰刀沿著GRC原有的造型進行刮平，使修補面的效果和原來的GRC效果相近。對於破損邊緣長度在5~20厘米的面板，要用專用膠進行粘接，再用GRC修補漿體進行表面修飾。對於破損邊緣長度大於20厘米的面板，將面板拆卸下來進行替換處理。

安全措施

施工企業採用《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.雙曲面GRC幕牆施工必須嚴格遵守《建築安裝工人安全技術操作規程》、《汽車起重機安全操作規程》的規定執行。

2.設定專職安全員，負責現場安全施工，施工前對施工人員進行安全交底，施工中應進行每天一次的例行安全檢查。

3.施工機械懸掛工藝流程施牌和機械操作規程，加強安全教育，嚴格工藝流程和操作規程。

4.施工人員進入現場必須佩戴安全帽，穿防滑鞋，系安全帶，嚴禁酒後上崗作業。

5.特種作業人員必須按照規定經有關部門培訓，考核合格後持有效證件上崗。

6.對設備進行定期檢查、維修、嚴禁機械帶病作業。

7.起重吊裝作業要有專人指揮，嚴格遵守“十不吊”規定，吊裝作業時應有專人看護，並設定警示區，防止高空墜物傷人。

8.施工臨時用電應符合《施工現場臨時用電安全技術規範》。

9.嚴格執行施工用火審批制度。焊接作業前檢查電焊機外殼、焊鉗及把線接地情況，提前清理場地附近易燃物品。焊接時配備接火斗，安排專人進行看火併準備相應消防設施。

10.氧氣、乙炔、油漆等易燃易爆物品設定專門儲藏間進行儲藏，儲藏間附近嚴禁明火作業。

環保措施

施工企業採用《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》施工時，應採取的環保措施是：

1.減少噪聲污染白天不超過70分貝以下；夜間不超過55分貝。

2.幕牆構件加工儘量在工廠內完成，減少現場拼裝、焊接。現場進行拼裝、焊接的做好遮光罩等防護措施，減少噪聲及光污染。

3.現場使用防鏽防腐塗料應符合國家標準，嚴禁向水體直接傾倒廢棄塗料，放置污染水源。

4.現場材料應統一堆碼、標識清楚，廢棄垃圾應集中堆放、處理。

效益分析

湖南建工集團有限公司採用《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》施工獲得的效益有：

• 質量效益

雙曲面GRC面板定位、安裝準確，達到幕牆設計曲面造型效果。

• 經濟效益

洞庭湖博物館工程建安工程造價費用約為2539.4萬元，其中人工費727.5萬元，機械費270.8萬元。倒掛式雙曲面弧形GRC面板約為3250平方米，占幕牆工程總面積16.1%，人工、機械費約為160.7萬元。經測試算，採用該工法進行施工節約人工、機械費用約為31.8萬元，整體效率提高約為19.8%。

• 其他效益

湖南建工集團有限公司採用《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》施工方便，提高了勞動生產效率，縮短幕牆安裝工期約20天。還可減少應安裝精度不足導致的返工維修費用，進一步減少了成本。

註：施工費用以2018—2021年施工材料價格計算

套用實例

《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》的套用實例如下：

• 洞庭湖博物館主館土建工程

洞庭湖博物館主館土建工程位於湖南省岳陽市，建築面積5089平方米，主館四個角為圓弧角，懸挑結構下四個角的幕牆為倒掛式雙曲面弧形造型，倒掛式雙曲面弧形GRC面板展開面積約為3250平方米。採用本工法安裝倒掛式雙曲面弧形GRC面板，解決了因GRC面板自重大、尺寸大使用傳統安裝方法困難的問題，提高了工作效率，節約施工成本，達到了設計效果，得到建設單位好評。

圖11 洞庭湖博物館效果圖

湘西州非物質文化遺產展覽綜合大樓

湘西州非物質文化遺產展覽綜合大樓（博物館、非遺館、圖書館、群藝館）為多層公共建築，寬為85米，長為140.2米，占地面積8524.89平方米，總建築面積為37891.49平方米，其中，地上建築面積25898.17平方米，地下建築面積11993.32平方米。倒掛異形幕牆採用本工法進行安裝，節約了施工成本和工期，提高了幕牆面板安裝精度，得到建設單位的認可，取得顯著的經濟及社會效益。

圖12 湘西文化產業園博物館、非遺館效果圖

註：施工費用以2018—2021年施工材料價格計算

榮譽表彰

2021年11月5日，湖南省住房和城鄉建設廳以湘建科〔2021〕206號檔案發布《關於公布湖南省2020年度工程建設省級工法名單的通知》，《倒掛式弧形雙曲面GRC幕牆施工工法》被評定為湖南省2020年度工程建設省級工法。