圖27 開啟扇負荷加載圖
圖28 開啟扇支座反力圖
(4)幕墻橫梁計算
采用STAAD進行建模計算。橫梁與立柱連接點按鉸接點進行考慮;立柱僅為面外荷載輔助參與荷載分配用。橫梁自重由結構計算軟件自動考慮。計算標高為31.3m，層高為5.1m。見圖29。
結合GB50009-2012《建筑結構荷載規范》及本工程風洞試驗報告進行取值。本系統風荷載取值為：+2.53/-6.68(kN/㎡)，取-6.68(kN/㎡)
WK=6.68(kN/㎡)
W=1.4WK=9.35 (kN/㎡)
qEk=5×0.12×700/1000=0.42 (kN/㎡)
qE=1.3qEK=0.546 (kN/㎡)
W合=1.0×9.35 + 0.5×0.546 = 9.63 (kN/㎡)
橫梁所受重力根據分格加載于橫梁上。
玻璃自重按桿件1/4跨度加載于橫梁上。根據橫梁分格及荷載建立計算模型及加載如下，經計算節點最不利截面1和截面2均滿足設計要求。見圖30。
圖29 幕墻橫梁負荷加載圖
圖30 幕墻節點最不利截圖分析
5 本項目設計重點難點及解決方法
5.1 本幕墻工程造型獨特，結構復雜
本項目造型獨特，結構復雜，整座建筑輪廓似八卦外形且層層伸縮變化，塔樓呈螺旋扭轉上升之勢(如圖31所示)。幕墻收口、空間變化繁多，僅塔樓就有300多個不同角度，空間定位及測量放線多，設計難度大。
圖31 幕墻平面各層變化投影圖
在項目設計過程中，依據建筑圖定位點用CAD及其它軟件進行實體及線框建模，對整棟建筑進行3D線框模型圖。用這些直觀的3D模型圖指導節點設計及現場施工，給準確測量放線提供理論坐標定位，并提前發現設計及現場結構等問題并解決問題。見圖32-34。
針對單元式幕墻角度多達300多個以及球體幕墻相碰角度較多的情況，項目組在節點設計細部處理上首先將這些角度進行統計和劃分，將相近角度歸到一個節點調節，經過詳細區分，整棟塔樓角度劃分了7個區域，在一個區域上的節點作了特殊處理達到可調節角度。
圖 32 單元式幕墻不同角度調節節點圖
圖33 球體幕墻不同角度調節節點圖
圖34 建筑圖放樣的3D線框模型圖
5.2 高抗風、高水密、高性能性能設計
本工程地處海邊，地面粗糙度為A塔樓，風壓限值PMAX = 10.29kPa，且幕墻收口、空間變化繁多，對幕墻的抗風壓性能，水密性等性能要求極高。
依據風洞實驗值，在立面上把風壓值表示出來，分析劃分出高風區及低風區兩種系統，即裙樓幕墻系統分為高風壓區(高壓區：wk>4.0kPa,)與低風壓區幕墻系統(wk ≤4.0kPa)，見圖35,36。塔樓幕墻系統也分成高風壓區(高壓區：wk >6.0kPa,)與低風壓區系統(wk ≤6.0kPa)，塔樓低風壓區玻璃：(8+1.52PVB+8)半鋼化夾膠+12A+10中空鋼化Low-e玻璃，塔樓高風壓區玻璃：(8+1.52PVB+8)半鋼化夾膠+12A+12中空鋼化Low-e玻璃，公母料立柱加鋼芯套。
圖35 裙樓低風壓區節點(純鋁)
圖36 裙樓高風壓區節點(里面加方鋼)
6 本工程施工的重難點及解決方法
整個幕墻工程結構復雜，工程量巨大，幕墻材料的組織、加工制作、平面及垂直運輸、分段分區組織施工、施工安全與質量保證是本項目施工的重難點。 為了便于施工管理，同時根據層次、施工硬防護、避難層、幕墻系統等因素，將本工程劃分為五個施工區進行施工，再將每個施工區分為幾個施工段，具體分區分段情況見圖37。
圖37 施工區段劃分立面示意圖
6.1 裙樓框架式幕墻(1-6層)的施工方案
本工程在裙樓部位的結構內縮、外挑和錯位特點較明顯，部分位置鋼龍骨需外挑3000mm，施工難度非常大。對于此種復雜的結構造型，鋼龍骨每個位置的牛腿受力情況不同，所以對深化設計的要求非常高。
裙樓層間凹進部位的鋁板幕墻，進深在700mm以上，凈高只有300mm，根本沒有施工操作面，所以在施工工序上必須做出相應的改進。施工組織的主要施工難度在于，普通腳手架無法滿足復雜的結構要求，故必須有特定的腳手架搭設方案及施工方案。根據建筑結構特點，搭設能滿足施工的幕墻專用腳手架，并在每個樓層用移動操作平臺配合安裝。將裙樓部分劃分為五個施工段，由上而下組織流水施工，施工完一層面板后拆一層腳手架，再進行下一層的面板安裝。見圖38。
圖38 裙樓1-6層腳手架搭設方案及內部移動操作平臺示意圖
6.2 裙樓框架式幕墻(7-15層)及塔樓16層以上的施工方案
本工程7-15層仍然是框架式幕墻，且結構形式與裙樓1-6層相似，施工難度依然很大。
對于7-15層的框架式幕墻，根據圖紙及現場實際情況分析，劃分為南、北和東、西，兩個施工面，根據南、北面逐層遞縮的結構特點，可直接采用腳手架施工，部分施工區域，內部配置施工移動平臺。而東、西面則采用吊籃配合內部移動平臺，由下至上，進行龍骨及面板的安裝施工。四個面可同時展開施工。見圖39-41。
結合避難層和硬防護的安裝位置，將16層以上的單元式幕墻劃分成三個施工區域，每個施工區域內相鄰的兩層為一個施工段，采用軌道施工方案，部分特殊位置配合室內移動操作平臺進行單元板塊安裝。
塔樓部分的層間凹進鋁板收口位置，進深在700mm以上，部分位置已經超過1000mm，凈高只有300mm，安裝的措施是：先施工單元板塊，在進行上口L型鋁板安裝，同時進行鋁板收口的交叉施工，待鋁板收口完成后，才能進行下一道工序。
圖39 7-15層裙樓施工方法示意圖(東西面搭腳手架，南北面軌道吊)
圖40 6-54層軌道及吊籃布置圖
圖41 7-15層裙樓施工方法示意圖(東西面搭腳手架，南北面軌道吊)
6.3 球體幕墻施工方案
球形體玻璃幕墻是本工程的一個有特色的創意設計，每一個結構層由兩層三角形玻璃組成，外形似水晶球，施工難度大。由于造型獨特，每一層的三角形板塊進出位不同，必須依靠電腦三維技術對其進行建模、放樣。在加工制作過程中，應同時滿足裝修對結構的精度要求，每一塊玻璃表面要求自然吻合，對安裝提出的要求高。球體幕墻龍骨是6個方向的鋼通交匯在一起，加工安裝難度大。
由專業的放線人員進行實地測量放線，進行多次測量，取平均值，再將數據返回設計，進行玻璃加工圖的繪制。采用電腦三維放樣，安裝過程中，對龍骨的焊接定位進行每施工一層進行一次測控，保證龍骨精確定位。見圖42。
圖42 球體幕墻鋼龍骨六個方向交匯3D放樣模型圖
7 總結
杏林灣營運中心12#樓為廈門區域性的地標性超高層建筑，無論是建筑形體還是建筑結構形式均具有較大的難度。項目在設計、加工、組裝、機具選擇及幕墻施工上都遇到棘手的技術難題，采取一系列技術措施，這些難題均得到圓滿解決。
本文通過對超高層建筑幕墻結構以工程案例進行技術進行分析計算，對于幕墻結構中的幾個問題進行了分析、探討，采用有限元計算軟件,來解決工程中的復雜運算，為超高層建筑幕墻結構設計計算、優化提供指引。
通過大量的分析計算可知本項目的幕墻結構體系在荷載作用下具有良好的剛度,桿件截面滿足強度及穩定要求, 適應溫差變化的能力很強。同時風振響應分析結果表明, 該幕墻結構在脈動風的作用下表現出良好的動力穩定性和較大的結構剛度。
超高層建筑幕墻施工是一項技術含量高、安全風險大的工作, 只有掌握整個施工過程中的要點, 精心策劃, 科學管理, 嚴抓質量安全關, 有效采用計算機模擬、專業的測量和監測，才能完成用戶滿意的精品工程。
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