鋼結構與幕墻的一體化施工

袁 鼎

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著我國城市建設的不斷發展，高層辦公樓層出不窮。現代高樓大多數為混凝土核心筒加鋼結構外框架結構，外立面幕墻采用單元式板塊，板塊采用玻璃、鋁板或者陶板等造型新穎的材質[1-2]。但是外框鋼結構安裝完成后，安裝幕墻時還需要在原鋼結構的基礎上大量焊接轉接件，不僅對已經形成的鋼結構受力造成影響，同時也十分耗費時間及人工成本。

本文重點研究分析鋼結構外框架及幕墻一體化施工工藝，使鋼結構外框與外立面幕墻有更好的結合，為鋼結構幕墻一體化的工程提供一些經驗。

1 工程概況

新開發銀行項目位于上海世博園A區A11-01地塊，西鄰高科西路、南至雪野路、北至國展路。主樓結構形式為混凝土核心筒＋外框鋼結構，外立面幕墻A、B系統為單元玻璃板塊，兩側為陶板面材裝飾板，采用掛件形式安裝，A1系統為框架玻璃幕墻，E系統為不銹鋼蜂窩吊頂幕墻（圖1）。

2 鋼結構幕墻深化一體化

在鋼結構與幕墻深化過程中，本項目并未像常規項目一樣采取各自獨立施工的方法，而是充分考慮了鋼結構以及幕墻的相關性，在鋼結構深化設計時便考慮了未來幕墻安裝所需要的連接節點以及所需要預留的焊接位置，并將所有幕墻的深化節點反映在鋼結構的模型上，從而能夠對幕墻所需的點位進行更好的復核，同時也減少了幕墻現場二次焊接的工作量，所有鋼結構的前期工作均在加工廠完成。

2.1 單元板塊預留節點

在鋼結構圖紙深化時，即考慮后續幕墻單元板塊安裝所需要的轉接件連接問題。由于結構成形后，對原結構進行焊接會產生應力，造成不利影響，因此，在外框鋼梁深化時，同步安排幕墻專業深化單位進行單元板塊的分隔深化以及相對應連接件的計算。

經過2個專業的融合，最后決定在鋼梁上翼緣板的位置預留2個直徑為18 mm的螺栓洞口，以便后續幕墻單元板塊安裝時連接所需要的掛件，避免對已經安裝完成的鋼結構進行焊接，對結構產生附加應力。

在鋼梁上翼緣開孔，會對原鋼結構截面造成削弱，因此在結構設計計算時，在每個開洞位置下方，腹板兩側的位置增加了加強勁板，使得原鋼結構不會因為幕墻開孔造成影響，同時考慮每個單元板塊掛件安裝后的受力影響（圖2）。

圖1 新開發銀行典型幕墻系統分布

圖2 單元板塊預留節點

2.2 一層大堂玻璃倒掛節點預留

除了單元板塊處節點預留，主樓一層大堂、裙房還有許多框架玻璃幕墻同樣也在鋼梁上預留了連接節點。以本工程一層大堂9.00 m×1.15 m超高玻璃為例，在鋼結構深化時，由于主樓大堂玻璃的位置在鋼結構主梁下方投影線以外，因此在鋼梁下翼緣處預焊一個挑出的小牛腿，牛腿下方預留連接螺栓孔。待幕墻安裝時，將不銹鋼掛件通過螺栓連接后將超高玻璃安裝完成，不用因二次焊接而對玻璃造成影響。

2.3 蜂窩吊頂板節點預留

除了預留連接螺栓孔，現場還有許多E系統不銹鋼蜂窩吊頂板區域，幕墻的蜂窩吊頂板安裝前需要先焊接二次結構龍骨，此區域現場無法采用預留螺栓孔的操作，結構卸載后，任何在原結構上的額外焊接都會對結構造成應力和變形的影響。

鑒于以上原因，在鋼結構深化設計時，幕墻深化單位提前進入配合，因為吊頂板的分隔在一開始深化時并不明確，所以幕墻單位根據以往項目的施工經驗，提供了一個需要次龍骨定位的原則和大致點位，最后由鋼結構深化單位在原來鋼梁下翼緣位置下方提前預留了一個個鋼結構的方形小盒子。這些小盒子作為龍骨焊接位置，以防龍骨直接焊接在原結構上造成原結構應力增加。同時在鋼盒上方兩側也增加了加強勁板，以減少集中應力及焊接應力（圖3）。

圖3 吊頂龍骨預留焊接盒

3 鋼結構幕墻施工一體化

3.1 現場預埋件安裝

在結構安裝過程中，有部分埋件位置由于幕墻的分隔沒有在鋼結構上，需要安裝在土建混凝土梁上，這里涉及幕墻與土建的搭接。若采用后置式埋件，除連接不可靠外，因混凝土大梁的鋼筋布置很密，現場打孔對混凝土結構也會造成不良影響，因此這部分埋件必須在土建混凝土施工前埋設（圖4），即幕墻埋件設計要與土建施工配合。

3.2 轉接件螺栓孔保護

在原外框鋼結構梁上雖然預留了連接件安裝的洞口位置，但是由于樓層上需要澆筑混凝土樓板，會把原來在鋼梁上預留的連接件螺栓洞口堵住，這樣深化預留的洞口也將起不到作用。因此，現場根據每個螺栓洞口，定制加工了一批鋼盒子，在混凝土澆筑前放置在預留洞口位置（圖5），待混凝土成形后將盒子從混凝土中抽出，使得后面幕墻在安裝轉接件時，不需要再重新鑿除混凝土。

圖4 混凝土現澆梁幕墻預埋件

圖5 幕墻單元板塊連接節點預留

在鋼盒制作時，考慮到循環利用，在每個鋼盒子上方開了2個螺栓洞口，在混凝土澆筑完成后，可以方便地通過這2個孔將鋼盒子從混凝土中抽出。

3.3 塔冠鋼龍骨安裝

塔冠部分結構完成后，外側有一部分鋼龍骨。這部分鋼龍骨不是主結構，如果單獨安裝，因其自身剛度較小，安裝過程中容易變形，且都是在墻外施工，操作工人危險性大。因此，將該部分鋼龍骨直接在地面上與原鋼結構焊接完成后整體吊裝（圖6），從而減少了構件變形和幕墻二次結構安裝的時間，同時也減少了高空作業的工作量，保證了進度和安全。

圖6 塔冠幕墻鋼龍骨與結構整體安裝

3.4 幕墻防火隔斷角鋼安裝

在鋼梁下翼緣位置有幕墻的防火隔斷，需要安裝角鋼通長連接，以達到層間防火隔斷的目的。現場由于外框梁安裝完成后，上方的角鋼安裝需要用移動腳手架，操作十分困難，因此現場在吊裝前，由鋼結構班組優先在地面上焊接完成防火隔斷角鋼，省去了在上面安裝的措施費，同時也減少了高空作業，保證了現場安全。

4 鋼結構幕墻同步復核

在鋼結構施工過程中，除了自身對外框梁進行復核，幕墻單位的測量也開始進場對原先預留的節點標高和定位進行復核，確保深化后的所有節點位置無誤，同樣也可以針對施工過程中存在的誤差進行調整。

先根據設計院提供的荷載進行受力分析，分析整體結構的外框梁撓度（圖7）。

圖7 外框梁撓度分析

理論數據出來之后，幕墻專業首先根據理論數據的撓度情況，對幕墻單元板塊轉接件齒板的高度進行調整，使其滿足絕大多數的板塊安裝。但是就算有了理論數據，現場還是會存在安裝誤差，因此需在現場對整棟大樓的外框鋼結構進行實測實量。

根據實測結果，再將個別轉接件單獨深化，使得整個單元板塊可以有條不紊地進行安裝而不影響工期。

5 結語

隨著城市不斷的建設，高樓大廈多數采用混凝土核心筒及鋼結構外框梁等形式，外立面幕墻也大多是單元板塊形式，對其品質以及工期的要求越來越嚴格，如何使結構與外立面能有效地結合將會是一個新的研究方向。本文重點討論了鋼結構幕墻一體化的措施，從深化設計、結構復核到最后現場施工，都體現了鋼結構幕墻一體化的優勢，在以后的項目中，會有更多的鋼結構幕墻一體化工程，也會有更多優化的節點、更有效的施工措施以及更快的中國速度。