图27 开启扇负荷加载图
图28 开启扇支座反力图
(4)幕墙横梁计算
采用STAAD进行建模计算。横梁与立柱连接点按铰接点进行考虑;立柱仅为面外荷载辅助参与荷载分配用。横梁自重由结构计算软件自动考虑。计算标高为31.3m，层高为5.1m。见图29。
结合GB50009-2012《建筑结构荷载规范》及本工程风洞试验报告进行取值。本系统风荷载取值为：+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/㎡)
横梁所受重力根据分格加载于横梁上。
玻璃自重按杆件1/4跨度加载于横梁上。根据横梁分格及荷载建立计算模型及加载如下，经计算节点最不利截面1和截面2均满足设计要求。见图30。
图29 幕墙横梁负荷加载图
图30 幕墙节点最不利截图分析
5 本项目设计重点难点及解决方法
5.1 本幕墙工程造型独特，结构复杂
本项目造型独特，结构复杂，整座建筑轮廓似八卦外形且层层伸缩变化，塔楼呈螺旋扭转上升之势(如图31所示)。幕墙收口、空间变化繁多，仅塔楼就有300多个不同角度，空间定位及测量放线多，设计难度大。
图31 幕墙平面各层变化投影图
在项目设计过程中，依据建筑图定位点用CAD及其它软件进行实体及线框建模，对整栋建筑进行3D线框模型图。用这些直观的3D模型图指导节点设计及现场施工，给准确测量放线提供理论坐标定位，并提前发现设计及现场结构等问题并解决问题。见图32-34。
针对单元式幕墙角度多达300多个以及球体幕墙相碰角度较多的情况，项目组在节点设计细部处理上首先将这些角度进行统计和划分，将相近角度归到一个节点调节，经过详细区分，整栋塔楼角度划分了7个区域，在一个区域上的节点作了特殊处理达到可调节角度。
图 32 单元式幕墙不同角度调节节点图
图33 球体幕墙不同角度调节节点图
图34 建筑图放样的3D线框模型图
5.2 高抗风、高水密、高性能性能设计
本工程地处海边，地面粗糙度为A塔楼，风压限值PMAX = 10.29kPa，且幕墙收口、空间变化繁多，对幕墙的抗风压性能，水密性等性能要求极高。
依据风洞实验值，在立面上把风压值表示出来，分析划分出高风区及低风区两种系统，即裙楼幕墙系统分为高风压区(高压区：wk>4.0kPa,)与低风压区幕墙系统(wk ≤4.0kPa)，见图35,36。塔楼幕墙系统也分成高风压区(高压区：wk >6.0kPa,)与低风压区系统(wk ≤6.0kPa)，塔楼低风压区玻璃：(8+1.52PVB+8)半钢化夹胶+12A+10中空钢化Low-e玻璃，塔楼高风压区玻璃：(8+1.52PVB+8)半钢化夹胶+12A+12中空钢化Low-e玻璃，公母料立柱加钢芯套。
图35 裙楼低风压区节点(纯铝)
图36 裙楼高风压区节点(里面加方钢)
6 本工程施工的重难点及解决方法
整个幕墙工程结构复杂，工程量巨大，幕墙材料的组织、加工制作、平面及垂直运输、分段分区组织施工、施工安全与质量保证是本项目施工的重难点。 为了便于施工管理，同时根据层次、施工硬防护、避难层、幕墙系统等因素，将本工程划分为五个施工区进行施工，再将每个施工区分为几个施工段，具体分区分段情况见图37。
图37 施工区段划分立面示意图
6.1 裙楼框架式幕墙(1-6层)的施工方案
本工程在裙楼部位的结构内缩、外挑和错位特点较明显，部分位置钢龙骨需外挑3000mm，施工难度非常大。对于此种复杂的结构造型，钢龙骨每个位置的牛腿受力情况不同，所以对深化设计的要求非常高。
裙楼层间凹进部位的铝板幕墙，进深在700mm以上，净高只有300mm，根本没有施工操作面，所以在施工工序上必须做出相应的改进。施工组织的主要施工难度在于，普通脚手架无法满足复杂的结构要求，故必须有特定的脚手架搭设方案及施工方案。根据建筑结构特点，搭设能满足施工的幕墙专用脚手架，并在每个楼层用移动操作平台配合安装。将裙楼部分划分为五个施工段，由上而下组织流水施工，施工完一层面板后拆一层脚手架，再进行下一层的面板安装。见图38。
图38 裙楼1-6层脚手架搭设方案及内部移动操作平台示意图
6.2 裙楼框架式幕墙(7-15层)及塔楼16层以上的施工方案
本工程7-15层仍然是框架式幕墙，且结构形式与裙楼1-6层相似，施工难度依然很大。
对于7-15层的框架式幕墙，根据图纸及现场实际情况分析，划分为南、北和东、西，两个施工面，根据南、北面逐层递缩的结构特点，可直接采用脚手架施工，部分施工区域，内部配置施工移动平台。而东、西面则采用吊篮配合内部移动平台，由下至上，进行龙骨及面板的安装施工。四个面可同时展开施工。见图39-41。
结合避难层和硬防护的安装位置，将16层以上的单元式幕墙划分成三个施工区域，每个施工区域内相邻的两层为一个施工段，采用轨道施工方案，部分特殊位置配合室内移动操作平台进行单元板块安装。
塔楼部分的层间凹进铝板收口位置，进深在700mm以上，部分位置已经超过1000mm，净高只有300mm，安装的措施是：先施工单元板块，在进行上口L型铝板安装，同时进行铝板收口的交叉施工，待铝板收口完成后，才能进行下一道工序。
图39 7-15层裙楼施工方法示意图(东西面搭脚手架，南北面轨道吊)
图40 6-54层轨道及吊篮布置图
图41 7-15层裙楼施工方法示意图(东西面搭脚手架，南北面轨道吊)
6.3 球体幕墙施工方案
球形体玻璃幕墙是本工程的一个有特色的创意设计，每一个结构层由两层三角形玻璃组成，外形似水晶球，施工难度大。由于造型独特，每一层的三角形板块进出位不同，必须依靠电脑三维技术对其进行建模、放样。在加工制作过程中，应同时满足装修对结构的精度要求，每一块玻璃表面要求自然吻合，对安装提出的要求高。球体幕墙龙骨是6个方向的钢通交汇在一起，加工安装难度大。
由专业的放线人员进行实地测量放线，进行多次测量，取平均值，再将数据返回设计，进行玻璃加工图的绘制。采用电脑三维放样，安装过程中，对龙骨的焊接定位进行每施工一层进行一次测控，保证龙骨精确定位。见图42。
图42 球体幕墙钢龙骨六个方向交汇3D放样模型图
7 总结
杏林湾营运中心12#楼为厦门区域性的地标性超高层建筑，无论是建筑形体还是建筑结构形式均具有较大的难度。项目在设计、加工、组装、机具选择及幕墙施工上都遇到棘手的技术难题，采取一系列技术措施，这些难题均得到圆满解决。
本文通过对超高层建筑幕墙结构以工程案例进行技术进行分析计算，对于幕墙结构中的几个问题进行了分析、探讨，采用有限元计算软件,来解决工程中的复杂运算，为超高层建筑幕墙结构设计计算、优化提供指引。
通过大量的分析计算可知本项目的幕墙结构体系在荷载作用下具有良好的刚度,杆件截面满足强度及稳定要求, 适应温差变化的能力很强。同时风振响应分析结果表明, 该幕墙结构在脉动风的作用下表现出良好的动力稳定性和较大的结构刚度。
超高层建筑幕墙施工是一项技术含量高、安全风险大的工作, 只有掌握整个施工过程中的要点, 精心策划, 科学管理, 严抓质量安全关, 有效采用计算机模拟、专业的测量和监测，才能完成用户满意的精品工程。
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