組焊箱型鋼柱玻璃幕墻設(shè)計(jì)施工技術(shù)及其應(yīng)用

佟克龍 侯 磊

(中建八局第二建設(shè)有限公司，山東 濟(jì)南 250014)

1 概述

現(xiàn)代會(huì)展中心整棟建筑立面采用現(xiàn)代主義風(fēng)格。在進(jìn)行形體設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮到會(huì)展中心的造型輕巧、秀麗、通透的模式。會(huì)展中心的設(shè)計(jì)多為規(guī)整的玻璃幕墻，這樣的建筑幕墻設(shè)計(jì)所形成的建筑體量更加完整、簡(jiǎn)潔。建筑造型以平立面形態(tài)為基礎(chǔ)進(jìn)行形體的組合、切割，塑造出干凈、利落、挺拔的建筑形體，可體現(xiàn)時(shí)代感和創(chuàng)新性。整體的色彩以暖色調(diào)為基調(diào)，既要形體多變，自由造型，也要突出造型端莊、高雅風(fēng)范。基于這一設(shè)計(jì)理念在會(huì)展中心設(shè)計(jì)時(shí)大都采用高跨度大通透玻璃幕墻。而常規(guī)的鋁合金立柱玻璃幕墻，因鋁型材性能限制無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一功能，因此組焊箱型鋼柱玻璃幕墻應(yīng)運(yùn)而生。下面就依據(jù)廣西某國(guó)際會(huì)展中心闡述其設(shè)計(jì)施工技術(shù)的應(yīng)用。

2 設(shè)計(jì)及其施工概述

2.1 基本設(shè)計(jì)方案

廣西某國(guó)際會(huì)展中心整體是采用玻璃幕墻、鋁單板幕墻，其中玻璃幕墻外觀新穎通透，造型結(jié)構(gòu)獨(dú)特，裝飾效果簡(jiǎn)潔明快，玻璃幕墻的采光通透性得到最大的保留。該幕墻結(jié)構(gòu)最大跨度為24 m，在方案的對(duì)比核準(zhǔn)時(shí)，首先考慮結(jié)構(gòu)安全受力形式，其次考慮工藝的可操作性。設(shè)計(jì)過(guò)程中尊重原始建筑設(shè)計(jì)效果，采用新的結(jié)構(gòu)形式來(lái)體現(xiàn)整體的建筑風(fēng)格。通過(guò)建模與計(jì)算優(yōu)化對(duì)比結(jié)果，最終確定采用組焊箱型鋼柱玻璃幕墻設(shè)計(jì)技術(shù)方案。基于這一方案設(shè)計(jì)原則，完成結(jié)構(gòu)的受力分析和施工圖深化設(shè)計(jì)工作。其標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)詳見(jiàn)圖1。

2.2 確定結(jié)構(gòu)造型及材料選擇

玻璃幕墻為橫明豎隱型式玻璃幕墻。基于以上設(shè)計(jì)原則，豎向龍骨采用箱型鋼柱，箱型鋼柱采用4塊12 mm厚優(yōu)質(zhì)Q235B鋼材坡口熔透焊接而成，橫向骨架采用100 mm×80 mm×5 mm成品方鋼焊接連接，龍骨系統(tǒng)外掛氟碳噴涂鋁型材橫框，玻璃由鋁型材橫框支撐，玻璃外面橫向由鋁型材壓板作裝飾扣蓋，豎向膠縫為耐候密封膠，外立面玻璃為6+12A+6 Low-E超白中空雙鋼化玻璃。幕墻分格為3 000 mm寬×1 500 mm高，最大標(biāo)高24 m。經(jīng)過(guò)計(jì)算，幕墻強(qiáng)度、桿件撓度、箱型鋼立柱穩(wěn)定性、橫框間箱型鋼柱局部穩(wěn)定等均滿足國(guó)家規(guī)范要求。

3 組焊箱型鋼柱玻璃幕墻特點(diǎn)及技術(shù)性處理

3.1 上端懸掛系統(tǒng)

建筑幕墻受力模型是一種懸掛體系。首先，結(jié)構(gòu)方面上在建模計(jì)算分析時(shí)確定，為保證整體結(jié)構(gòu)安全性，要充分考慮到建筑物風(fēng)荷載作用、地震作用和幕墻體系的整體自重；其次，建筑方面上，為了保證整體受力合理，幕墻的物理性能和板塊之間的伸縮膠縫，還要考慮焊接箱型鋼柱的整體穩(wěn)定性與局部穩(wěn)定性的問(wèn)題。因此在設(shè)計(jì)幕墻組焊鋼柱時(shí)，在組焊鋼柱的上端開(kāi)設(shè)圓形孔，采用固定鉸支座連接，為上端懸掛系統(tǒng)；在組焊鋼柱的下端開(kāi)設(shè)腰形孔，采用活動(dòng)鉸支座連接，為下端伸縮系統(tǒng)，這種設(shè)計(jì)方案能夠很好地吸收上下位移。在幕墻橫向分格位置設(shè)置鋼橫框，不但作為橫向玻璃面板的支撐件，還是整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定件，極其有利于提高結(jié)構(gòu)自身穩(wěn)定性能。

3.2 玻璃幕墻頂部二鉸桿機(jī)構(gòu)

玻璃幕墻上下端部采用圓形孔鉸支座連接，結(jié)構(gòu)位移量需要采用特殊的裝置幕墻二鉸桿來(lái)實(shí)現(xiàn)分配調(diào)節(jié)。由于距離屋面主體鋼梁較遠(yuǎn)，而常規(guī)的轉(zhuǎn)接件上長(zhǎng)圓孔存在本身的局限性，不能充分考慮玻璃幕墻的溫度形變與風(fēng)荷載形變，此時(shí)幕墻二鉸桿機(jī)構(gòu)最大70 mm的調(diào)節(jié)空間能夠很好地解決這一難題。傳統(tǒng)施工中調(diào)節(jié)二鉸桿的長(zhǎng)短需要拆掉前端與主龍骨連接部分再調(diào)節(jié)，龍骨需要臨時(shí)固定，同時(shí)調(diào)節(jié)精度不方便、施工存在安全隱患。此設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮這一問(wèn)題，在幕墻二鉸桿機(jī)構(gòu)中間區(qū)域增加一個(gè)帶反向套絲的連接轉(zhuǎn)接套，通過(guò)連接轉(zhuǎn)接套調(diào)節(jié)長(zhǎng)短。基于這一技術(shù)性處理能夠使幕墻箱型鋼柱可便捷快速的調(diào)整安裝到位。

4 施工技術(shù)措施

4.1 預(yù)埋件施工程序

幕墻預(yù)埋件施工→安裝定位預(yù)埋件→復(fù)測(cè)預(yù)埋件→校正預(yù)埋件→龍骨定位放線→吊裝豎向組焊鋼柱→安裝橫向鋼龍骨(橫向穩(wěn)定桿)→安裝玻璃面板→硅酮耐候密封膠注膠→完工后噴淋試驗(yàn)→幕墻工程驗(yàn)收。

4.2 幕墻預(yù)埋件施工要求

幕墻預(yù)埋件施工伴隨混凝土施工，與主體混凝土澆筑同步進(jìn)行，主體梁板柱鋼筋綁扎完畢后，經(jīng)過(guò)驗(yàn)收合格，參照主體的定位軸線、建筑標(biāo)高線，按照預(yù)埋件施工圖紙的要求，在幕墻分格位置埋設(shè)預(yù)埋件。為了確保施工質(zhì)量，在幕墻綁扎完成后要進(jìn)行位置復(fù)核；在混凝土澆筑時(shí)按照專職施工人員操作，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)糾偏問(wèn)題。

4.3 安裝幕墻龍骨框架流程

4.3.1安裝支撐件及其支座

幕墻支座的安裝精度直接決定了幕墻立柱的精度，決定了最終的安裝質(zhì)量。在施工時(shí)，上部支撐件與主體鋼結(jié)構(gòu)采用焊接工藝，下部支座和幕墻預(yù)埋件之間也采用焊接工藝，滿足計(jì)算要求的焊縫，能夠足夠承擔(dān)整體的受力情形。在支座施工過(guò)程中，用電子經(jīng)緯儀測(cè)量放樣出每個(gè)支座的定位線，用水準(zhǔn)儀測(cè)放出每個(gè)組焊箱型鋼柱上支座及其下支座的定位標(biāo)高，再根據(jù)箱型鋼柱的平面位置的進(jìn)出定位線確定上下支座的平面位置。在前后上下左右六個(gè)方位確定完畢后，點(diǎn)焊固定上下支座。再次使用儀器校核無(wú)誤，開(kāi)始正式焊接。上部支撐件采用三道圍焊滿焊，并且焊縫高度一定要按照計(jì)算要求去焊接，并保證焊縫飽滿平滑，不能出現(xiàn)焊渣未焊透的情況，檢查合格后，做防銹處理。下部支座只是初步焊接，以便下步安裝調(diào)整就位。

4.3.2吊裝豎向組焊鋼柱

吊裝豎向組焊鋼柱：幕墻支撐件及其支座安裝經(jīng)檢驗(yàn)合格后，要進(jìn)行一步工序，吊裝豎向組焊鋼柱。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，采用汽車吊車吊裝安裝。吊裝時(shí)，首先要把組焊箱型鋼柱下口對(duì)準(zhǔn)下支座，輔助性固定一下。上部支撐件用銷軸固定在箱型鋼柱上口，吊點(diǎn)固定在箱型鋼柱靠近上端上部位置，吊車緩慢起吊。吊裝上升準(zhǔn)確的位置時(shí)，采用不銷軸使頂部二鉸桿機(jī)構(gòu)和箱型鋼柱連接固定。其次，箱型鋼柱下口與下支座就位后，用銷軸將箱型鋼柱與下支座緊固連接，采用活動(dòng)鉸支座連接，為下端伸縮系統(tǒng)；這種設(shè)計(jì)方案能夠很好地吸收上下偏差。此時(shí)再用經(jīng)緯儀調(diào)整箱型鋼柱綜合垂直度，調(diào)整無(wú)誤經(jīng)驗(yàn)符合要求后，將下支座與后埋板焊接固定，并且焊縫高度一定要按照計(jì)算要求去焊接，做防銹處理。

4.3.3安裝幕墻鋼橫框

安裝幕墻鋼橫框：組焊箱型鋼柱安裝完畢后，即可開(kāi)始進(jìn)行安裝幕墻鋼橫框。綜合考慮工程特點(diǎn)鋼橫框一端與箱型鋼柱鋼焊接連接固定，一端采用套芯連接。安裝鋼立柱時(shí)標(biāo)記好安裝橫框位置，按照標(biāo)記刻度位置將橫框水平安置在相鄰兩鋼立柱之間，采用水平儀測(cè)定鋼橫框的水平度，合格后施焊處理。每次安裝不少于3根鋼橫梁同時(shí)進(jìn)行水平度垂直度的測(cè)定校正，整三榀橫框符合工藝質(zhì)量要求時(shí)進(jìn)行滿焊，做防銹處理。合格后進(jìn)行下道的施工。

4.3.4安裝幕墻鋁橫墊框

安裝幕墻鋁橫墊框：幕墻體系是鋼鋁型材相結(jié)合，在安裝完整體鋼龍骨之后，整體調(diào)整時(shí)效一周，用以消除整體應(yīng)力，防止以后鋼龍骨變形。在此之后，方可開(kāi)始鋁橫墊框安裝。鋁橫墊框采用不銹鋼機(jī)制螺栓固定在鋼龍骨外側(cè)，用做玻璃面板的支撐受力傳力構(gòu)件。為安裝方便及其工藝安全，在鋁橫墊框開(kāi)設(shè)固定螺栓孔，鋼橫框相應(yīng)的位置開(kāi)始機(jī)制螺釘孔，各孔位間距為350 mm，墊框與鋼龍骨之間的膠粘通長(zhǎng)尼龍墊片用做防雙金屬腐蝕處理。

4.4 安裝幕墻玻璃面板

安裝幕墻玻璃面板：玻璃面板的垂直運(yùn)輸是難點(diǎn)和重點(diǎn)。根據(jù)工程特點(diǎn)及其實(shí)際條件，決定采用汽車吊作為玻璃垂直運(yùn)輸工具，玻璃吊裝到橫框上方一定位置后，鋁橫框上口放置硬橡膠墊塊，玻璃面板垂直安裝在硬橡膠墊塊上，通過(guò)穿入膠條鋁合金搓扣壓板與逆搓扣鋁件連接，并且采用間距350 mm不銹鋼螺釘M5緊固固定連接。緊固后安裝橫向滴水扣蓋，打膠處理后形成完整的框架幕墻系統(tǒng)。機(jī)械化程度高保證了整體安全系數(shù)高，安裝效率高，減少了玻璃的碰撞破壞，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短玻璃的安裝工期。

5 結(jié)語(yǔ)

大跨度的工程前期要考察現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和建筑要求，通過(guò)科學(xué)論證結(jié)合深化設(shè)計(jì)圖紙，選擇合理的施工方案，安全、便捷、高效的完成了箱型鋼柱玻璃幕墻工程的施工。箱型鋼柱玻璃幕墻由于采用頂部二鉸桿機(jī)構(gòu)使其獨(dú)立于建筑主體結(jié)構(gòu)，是一種自成體系系統(tǒng)。箱型鋼柱玻璃幕墻平整、流暢、新穎、大方，展現(xiàn)了現(xiàn)代建筑的鮮明特點(diǎn)。這種新型箱型鋼柱玻璃幕墻使用并取得了良好成功，為今后大跨度玻璃幕墻工程的設(shè)計(jì)及其施工積累了科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，具有一定指導(dǎo)意義。此項(xiàng)設(shè)計(jì)施工技術(shù)已經(jīng)在日照某機(jī)場(chǎng)航站樓等廣泛應(yīng)用。