玻璃纖維增強水泥外墻背附鋼架板生產安裝工藝創新

李海濤 王炳錕 馮百丁 杜發光 楊賽國 魏盈飛

中國建筑第八工程局有限公司西北分公司 陜西 西安 710075

目前，國內建筑物外立面采用GRC（glass-fiber reinforced concrete）幕墻形式的建筑物大部分位于南方沿海城市，國內仍有很大的市場。玻璃纖維增強水泥（GRC）外墻背附鋼架板（GJB）能夠打造復雜造型，材料性能優越，色彩變化不受限制，是建筑設計師理想的材料。

背景項目在生產安裝玻璃纖維增強水泥（GRC）外墻背附鋼架板（GJB）的過程中，結合Rhinoceros軟件自主開發了一種可動態調整安裝坐標的施工工藝和一種安裝過程中的精準定位裝置，形成了一套國內先進的生產安裝工藝。

GRC外墻板形式多變、種類多，現有文獻中相關生產、安裝工藝的各類名詞并不統一。但GRC幕墻體系的荷載傳遞路線基本大同小異。結合JC/T 1057—2021《玻璃纖維增強水泥（GRC）外墻板》第3章中的術語和定義，對GRC外墻板各構件荷載傳遞路線作闡述：

1）GRC外墻板將荷載通過柔性錨桿連接件傳遞給背附鋼架（又稱為鋼附框骨架[1]、鋼框架受力橫梁[2]、背附龍骨等）。

2）背附鋼架通過多種形式的連接件將荷載傳遞至主體結構內的預埋錨固件，連接形式包括：背附鋼架上焊接鋼板掛鉤，配合主龍骨上焊接的地臺碼；或者錨固件上預留凹槽以及其他多種連接方式。

3）當GRC外墻板表面凹凸變化大，起伏范圍廣時，可在背附鋼架板與預埋錨固件之間增加主龍骨，背附鋼架將荷載傳遞給主龍骨，主龍骨再將荷載傳遞給預埋在主體結構內的錨固件。

4）預埋錨固件將荷載傳遞至主體結構。

背景項目采用含主龍骨、背附鋼架板的GRC外墻板體系，結合背景項目，將GRC背附鋼架板生產安裝體系總結闡述，以期能為同類項目提供經驗與參考。

1 項目概況

背景項目位于陜西省西安市未央區草灘街道，項目包含9個單體，其中1#樓及多功能報告廳外立面采用裝配式干掛GRC幕墻形式（圖1）。

圖1 1#樓與多功能報告廳平面示意

1#樓結構形式為框架結構， 建筑基地面積1 222.65 m2，總建筑面積4 520.10 m2，建筑層數地上4層。多功能報告廳采用鋼結構形式，建筑層數地上1層，建筑高度13.8 m，建筑面積1 042.73 m2。1#樓與多功能報告廳北立面由GRC幕墻組合形成精心設計的“鯨魚”形象（圖2），外立面的雙曲線GRC造型是背景項目形象展示的重點，也是施工的重難點，其造型典雅優美，充分展現了設計師的別出心裁。

圖2 北立面“鯨魚”造型

2 GRC生產工藝流程

GRC是指玻璃纖維增強混凝土預制構件，一般用于建筑外立面裝飾，可選擇顏色豐富，可塑性強。GRC背附鋼架板生產工藝流程如圖3所示。

圖3 GRC外墻板生產工藝流程

2.1 模具制作固定

根據深化設計圖紙，使用臺鋸、數控機床等多種方式進行模板切割下料，使用氣動鉚釘槍固定，配以螺栓等加固形式。制作模具時，應遵循合同要求和施工圖中確定的外形、尺寸規格和容差。玻璃鋼材料應確保不會因溫度或濕度變化而發生翹曲或尺寸變化，也不應對產品表面顏色產生不利影響。

2.2 模具陰陽角處理

為保證能夠順利脫模、GRC模具的陰陽角垂直面應進行處理。模具的陰角形狀宜為內圓角，模具的陽角宜為圓形拐角，垂直面的模具應能夠單獨拆卸。

2.3 噴涂脫模劑

模具表面應噴涂脫模劑，確保脫模時模具和GRC外墻板不會粘連，能夠順利完成脫模。脫模劑不可損壞或污染GRC構件，也不能含有影響后續的涂層或防護劑涂刷等的質量的成分。

2.4 攪拌原材料

根據GRC材料強度、密度、產品顏色和表面質感等要求確定合適的原材料配合比。在保證流動性的前提下，盡量減小水灰比，一般優先考慮用高效減水劑。若無特殊情況，配合比一經確認，整個生產過程中不可改變。攪拌流程如圖4所示。

圖4 GRC原材攪拌流程

2.5 面層材料噴涂

面層和結構層漿配合比不同。應在水泥、砂子、水的用量上盡量接近結構層配比。保證面層與內層之間粘接牢靠。面層不可添加玻璃纖維，原則上也不需添加其他起防裂作用的纖維。

2.6 GRC噴漿

噴漿前要進行坍落度測試、GRC混合料纖維含量測試（洗水纖維測試）、噴制纖維輸出測試及纖維長測試。噴漿完成后進行厚度檢驗。

2.7 GRC壓輥收邊

使用輥輪壓實GRC表面，使得纖維絲貼附在GRC外墻板上，對周邊進行收邊，確保成形質量。

2.8 脫模和養護

結合JGJ/T 423—2018《玻璃纖維增強水泥（GRC）建筑應用技術標準》的要求，GRC外墻板成形后，經靜置養護，抗彎強度達到15 MPa、強度超過50%時方可脫模。一般產品成形后16～24 h脫模，實際脫模時間需結合生產現場情況決定。脫模過程中嚴禁暴力拆除，避免發生GRC破損。GRC外墻板表面的瑕疵等需進行打磨修補。然后根據深化設計圖紙所示，給每個GRC板塊進行相應的標識，每個板塊需標明生產日期。修補標識后的構件用塑料薄膜纏繞放置在養護區域進行養護。

2.9 清洗及防護劑

為達到建筑表面效果，養護好的構件表面需要進行噴砂或酸洗處理。經過上述工序后，對產品進行徹底清洗，除去表面積水、污物、灰塵、油污和其他污染物[3]。充分干燥后將產品搬運到一個通風防塵的區域，根據構件尺寸和造型的不同選用低壓噴壺、滾筒或毛刷在構件正面和四周、反沿、側面均勻涂刷一層防護劑，不可遺漏，防護劑用量嚴格按照廠家推薦數據或試驗驗證的數據采用。靜等15 min后或按實際情況確定等待時間，待表面完全干透后再用相同的方式和用量涂刷第2層。噴涂防護劑的環境溫度應控制在5～40 ℃之間。

2.10 儲存運輸注意事項

經過表面處理后的構件用塑料薄膜纏繞，銳角部分采用硬紙板或發泡聚苯乙烯定制護角。堆放場地應該堅實平整并再次確認識別標記。應使用襯墊或支架，如A形架等支撐構件，支撐點通常為安裝預埋件位置。疊放時應確定豎向力的傳遞方向，必要時應使用專用支架。當長條形板豎向放置時，兩端應有側向水平支撐。避免構件出現翹曲、彎曲、缺口、開裂等。嚴禁構件接觸到泥土、油、天然氣、瀝青或煙霧等[4]。

3 結合可動態調整安裝坐標和精準定位裝置的GRC安裝工藝流程

安裝工藝流程如圖5所示。

圖5 GRC外墻板安裝工藝流程

3.1 主體階段預埋錨固件安裝

在主體梁鋼筋綁扎完成后將預埋錨固件固定在設計位置，進行可靠固定。背景項目采用一種“板凳”形式的預埋錨固件?！鞍宓拭妗本o貼梁側模板；“板凳腿”朝梁內側，點焊固定在梁鋼筋上。預埋錨固件全部安裝完成后，方可進行混凝土澆筑，在混凝土澆筑過程中，建議要求GRC外墻板安裝單位相關人員在施工現場跟隨澆筑點實時觀測預埋錨固件，確?；炷脸尚魏舐窦恢脺蚀_，滿足設計要求。

3.2 施工定位放線（可動態調整安裝坐標的施工工藝）

施工現場條件復雜，障礙物多，各專業交叉施工，再加上GRC安裝作業多屬于高空作業，危險性大、操作難度大。所以在施工過程中容易產生一定的誤差。如果不能及時消除誤差，使誤差累積到外墻板安裝流程，就極可能導致外墻板拼縫不均勻，或是安裝位置同設計位置有偏差，影響外立面曲線造型效果，最終影響外立面成形效果；更有甚者，可能在安裝過程中發現某個連接件位置始終不能咬合，嚴重不符合設計要求。

同一般的測量定位放線流程相比，背景項目采用了可動態調整安裝坐標的施工工藝，即建立完整的犀牛主龍骨模型（圖6）、犀牛表皮模型（圖7），對應主龍骨模型與表皮模型，對表皮模型進行分塊（圖8），按照設計要求在主龍骨上設置足夠數量的地臺碼（背景項目GRC外墻板連接主龍骨的連接件），在分成塊的每個GRC外墻板上設置足夠數量的鋼板掛鉤（圖9）。使用犀牛軟件導出預埋錨固件、主龍骨、地臺碼、GRC外墻板鋼板掛鉤的精準坐標，然后在安裝過程記錄各個安裝點實測坐標，輸入模型提前進行模擬對比，實現提前調整，如果遇到實測坐標與模型坐標相差過大，則及時將實測坐標數據導入模型進行調整。安裝預埋錨固件時施工放線實測調整一遍，安裝主龍骨時施工放線實測調整一遍，焊接地臺碼時施工放線實測調整一遍，最終完成GRC外墻板安裝。避免在安裝過程中發現連接件不能咬合，確保了外立面成形精準無誤，完美地展現設計意圖。

圖6 主龍骨模型

圖7 表皮模型

圖8 表皮模型分塊

圖9 鋼板掛鉤與地臺碼

3.3 主龍骨及連接件安裝

背景項目的主龍骨以鍍鋅矩形鋼通作為主材，規格包括120 mm×60 mm×4 mm/80 mm×60 mm×4 mm等；鍍鋅角鋼50 mm×4 mm、長140mm的M16不銹鋼螺栓組等作為輔材。以焊接、螺栓連接的連接方式，安裝一榀榀豎向主龍骨，豎向主龍骨吊裝完成后焊接橫向的主龍骨，完成主龍骨體系的安裝。最后按照模型給定的坐標位置對地臺碼位置進行放樣，確認無誤后進行地臺碼安裝焊接，以準備進行GRC外墻板的吊裝。所有焊縫焊接完成應清理焊渣[5]，經驗收合格后，在焊縫處噴涂防銹劑。

3.4 GRC排號與吊裝

GRC外墻板在犀牛軟件中已經形成完整的編號，在GRC外墻板進入安裝現場時，對照編號，嚴格按照設計要求核對該批GRC外墻板規格、型號、尺寸，確認編號與對應的實物無誤后方可卸車，將其按吊裝順序擺放在吊裝點附近，按照吊裝順序進行吊裝[6]。

3.5 GRC定位（精準定位裝置）

傳統干掛式GRC幕墻面板安裝工藝使用汽車吊進行垂直運輸（圖10），首先將面板從地面吊運至安裝區；然后人力勻速拉動鉸鏈調整幕墻面板位置，將面板的鋼板掛鉤與龍骨地臺碼調整至咬合（粗定位）；再反復緩慢拉動鉸鏈，不斷調整，直至安裝位置精準無誤，若始終難以將面板調整至合適位置，則使用吊車重新吊起面板，重新拉動鉸鏈進行掛鉤咬合步驟，再進行調整；最后焊接水平防滑移構件，噴涂防銹漆，完成安裝。

圖10 使用汽車吊垂直運輸GRC外墻板

此過程的難點在于人力拉動鉸鏈精準度低、調整難度大，需反復調整才可定位。因此增大了施工難度，使得進度難以保證，最終既占用了人工，也占用了吊車資源，且在反復調整過程中易造成GRC干掛幕墻面板邊緣破損[7]。

為解決這一難題，背景項目特別在幕墻面板上安裝了一種簡單有效的精準定位裝置（圖11、圖12）。這一裝置很大地縮減了人工和吊車調整定位的工作時間，加快了施工進度。經過背景項目實踐與調查對比同類項目得出，采用優化后的安裝工藝能形成良好的經濟效益。

圖11 精準定位裝置實景

圖12 精準定位裝置示意

該精準定位裝置由廠家在GRC面板的每個鋼板掛鉤上焊接一個30 mm長螺母，配套安裝長100 mm的φ12 mm螺桿，并使用配套扳手旋擰螺桿，直至螺桿頭回收至螺母內。在安裝GRC外墻板時，將GRC外墻板使用鉸鏈調整至粗定位后，使用扳手通過有規律地順時針、逆時針旋擰每個鋼板掛鉤上的螺桿。因為螺桿端頭有地臺碼限位，所以能使得螺母上下定量移動。螺母可以帶動鋼板掛鉤及整個面板上下移動，從而實現快速精準定位。經與傳統安裝工效相比較，可縮短工期24.6%，從而節省大量的人工和機械費用。同時，精準定位裝置能嚴格控制GRC外墻板接縫間隙寬度，保證外立面效果完全達到設計效果。

3.6 GRC防蟲鳥處理

GRC構件安裝完畢后，構件之間的縫隙若不經過處理可能會引來蟲鳥筑巢，蟲鳥糞便能腐蝕GRC表面，且難以清理干凈，長期下去會嚴重影響GRC外墻板的外觀質量。因此外立面的縫隙應該做封堵嵌縫處理[8]。嵌縫時需選擇合適的天氣與環境，保證嵌縫施工質量。嵌縫施工完成后應將GRC表面清理干凈，進行移交保護。

3.7 清理

產品安裝結束后，及時清理現場以及擦洗污染的工作面，做好成品保護。

4 背景項目形成的效益

背景項目使用成熟的安裝工藝，使用精準定位裝置快速安裝，縮短了31 d的安裝工期，相較于原計劃縮短了24.6%，減少了人工費用及機械費用。經背景項目所屬公司財務部門核實，實際測算共計達成效益23.25萬元。施工質量一次成優，獲得業主高度評價。

5 結語

在施工過程中，背景項目不斷進行施工工藝改進、創新，不僅能帶給施工單位經濟效益，更能夠為建筑業的可持續發展、綠色發展道路注入新的力量，為社會發展做出貢獻。