大型玻璃幕墻構件可移動分離式吊裝施工方法探究

劉長坤 （合肥城建投資控股有限公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

隨著社會的不斷進步，經濟水平和人類文明的不斷提升，建筑行業的發展勢頭迅猛，高層建筑及公共建筑逐漸普及，玻璃幕墻項目施工日益增多，并且呈現出一種注重外觀異形和超大結構的發展趨勢。大型玻璃幕墻作為現代建筑的一項重要的外形結構具有非常顯著的應用特點。在我國，很多超高層建筑和普通公共建筑中，普遍存在使用大型玻璃幕墻結構來營造建筑個性和使用空間的情況。但是，與普通墻體結構相比，大型玻璃幕墻的建造過程存在很多技術難點，對施工方法的要求和工藝水平的要求也非常苛刻，所以大型玻璃幕墻的施工方法將是制約玻璃幕墻發展的重要因素之一，需要有效地解決大型幕墻的施工方法，才可以有效地達到其建筑效果。

1 工程概況

某大型工程，總建筑面積為46.31萬m2，其中地上建筑面積為29.71萬m2，地下室建筑面積為16.60萬m2，包括建設研發、辦公、商業配套、員工宿舍、開閉所等和地下建設設備用房、人防設施及機動車庫等。地下2層，地上最高22層，建筑最高高度99.65m。其中A7#樓自2018年10月開工，2020年9月完成幕墻施工，其構件式玻璃幕墻最大板塊為2.8m×3m，自重為300kg。

2 施工難點分析

①本工程建筑功能較多，各個專業較為復雜，參與承包單位多，施工范圍狹小，交叉作業較多，吊裝和施工作業面較為擁擠，必須從下到上逐層施工，必須充分利用垂直空間和水平空間同時作業，提高樓層施工空間利用率，可大大加快施工安裝的進度，縮短工期。在玻璃幕墻的吊裝施工過程中因現場空間限制，大型玻璃幕墻在吊運的過程中容易發生安全事故，應在吊裝施工過程中加強安全控制，減少安全隱患。

②本項目建筑高度最高99m，構件式玻璃幕墻最大板塊為2.8m×3m，自重為300kg，吊裝作業空間高，受外在風力等自然因素影響較大，工作效率低下。

3 方法特點

①施工效率高。支承單元系統活動吊桿與動力單元系統分離設置，工作面移位僅需調整活動吊桿位置即可，大大降低了吊裝設備同層水平移位工作量及難度系數，縮短了準備工作時間，操作便捷，加快了施工進度。

②安全性高。采用BIM技術和有限元分析方法，建立吊裝系統三維模型，模擬工況分析，優化構件系統并輸出節點大樣，現場加工、拼裝，提高安裝精度、保證結構安全可靠。機械設備投入少，人員操作難度低，安全風險小。

③經濟效益較明顯。相比傳統的施工方法，本施工方法吊裝設備加工、制作成本低，安裝費用少，可多次周轉使用。

4 適用范圍

本施工方法適用于工業與民用建筑中屋面設計構架梁結構的建筑外立面大型玻璃幕墻吊裝作業施工及其他大型構件吊裝作業施工。

5 工藝原理

首先，采用BIM技術建立吊裝系統實體模型，模擬架設位置、安裝固定方式等，提高方案實施可行性；其次，利用有限元分析計算支承單元可靠性，優化構件規格選型。通過深化設計，輸出節點大樣，現場加工、拼裝，提高操作精度、保證結構安全可靠；然后，支承與動力單元系統分離，借助滑輪導向單元系統，實現活動吊桿支承系統隨玻璃幕墻吊裝點位進行快捷合理移位；最后，動力系統設置定型化底座，與屋面構架牢靠固定，通過牽引鋼絲繩，平穩起吊電子吸盤，完成玻璃幕墻吊裝工作。

圖1 工藝原理圖

6 施工工藝流程及操作要點

6.1 工藝流程

吊裝裝置系統深化設計→支撐單元系統拼裝→動力單元系統拼裝→導向單元系統拼裝→系統調試→聯合驗收→吊裝。

6.2 操作要點

6.2.1 吊裝裝置系統深化設計

采用SketchUp軟件建立吊裝系統三維模型，利用Midas軟件有限元分析方法進行模擬工況分析，優化構件系統并輸出節點大樣。

6.2.2 支承單元系統拼裝

圖2 吊裝裝置系統構件深化設計三維圖

支承單元系統支架采用100×100×5鋼方管，方管之間部分焊接，部分采用φ16×160高強螺栓鉸接，焊接部分焊縫焊腳高度≥6mm，鋼質材質采用Q235，前部最大懸挑距離0.9m，懸挑桿底部采用80×60×4方管支撐。整體鋼架左右兩邊采用80×60×4方管斜向固定。

6.2.3 動力單元系統拼裝

動力單元系統由電動卷揚機和型鋼固定支座組成，與支承單元系統分離式設置。卷揚機底座每側采用4根φ12×110螺栓與12#槽鋼連接，平放于屋面板上。底座四角焊接豎向槽鋼形成鋼框柱，與構架梁通過M8膨脹螺栓固定，限制卷揚機豎向位移。鋼框柱之間設置斜撐，提高整體穩定性。卷揚機底座水平向增設附框，與構架柱抱接或與女兒墻螺栓固定，限制卷揚機水平移動。

6.2.4 導向單元系統拼裝

導向單元系統主要由定滑輪、卡箍構成，實現活動吊桿支承系統隨玻璃幕墻吊裝點位進行快捷合理移位。根據構架梁尺寸，采用130×50×4鋼方管拼裝成矩形卡箍。卡箍上部焊接，下部采用螺栓連接與結構梁卡固，利用膨脹螺栓和角碼將卡箍與梁底或梁側固定，防止側移。定滑輪通過鋼絲繩與卡箍栓接，作為支撐單元系統與動力系統受力導向中轉。

6.2.5 系統調試

吊裝裝置系統安裝完畢后，在正式吊裝玻璃幕墻之前進行試吊工作。吊物可選取1.2倍等重物，吊離地面1m左右。觀察支撐單元、動力單元、導向單元系統各構件是否正常運作，有無發生滑移、變形等情況，確保系統運行良好。

6.2.6 聯合驗收

經調試合格后，由各參建方現場聯合驗收，并做好檢查記錄。

6.2.7 吊裝

電子吸盤吸附大型玻璃幕墻構件，緩慢提升，同時下方工作人員牽引柔性長繩防止玻璃幕墻碰撞建筑立面，吊籃隨著玻璃幕墻構件的提升而同步上升，過程中人員可對玻璃幕墻構件位置進行調整，避免擺動過大受損。

7 施工效益

分離式可移動吊裝裝置周轉率較高，多種規格型號小型構件快速組裝，且構件零部件本身在幕墻施工現場便于就地取材，提高了鋼材等資源利用率，具有較好的節能效益。加工快捷、拼裝靈活，無需大型機具設備，產生噪音小，改善了施工環境，有積極的環保效益。該工法實現了高效完成任務的目標，既縮短了工期，又保證了安裝質量。同時為現場安全文明施工、節能降耗等提供了前提保障，有利于推動建筑業施工新技術發展，具有一定的借鑒價值，創造了良好的社會效益。

BIM技術結合有限元分析，提高深化設計精度及可靠度。技術先行，現場制作安裝。精心調試，加大每個環節檢查力度，確保生產安全。快速平穩吊裝，及時排查問題，保證了工程的施工安全、質量與進度。大型玻璃幕墻構件可移動分離式吊裝施工方法的應用，改變了傳統的吊裝方法，提出吊裝裝置分離可移動式新思路，使用安全便捷，取得了良好的經濟效益和社會效益，該創新做法得到了各參建單位的一致好評，也為大型構件吊裝施工提供了相應的施工經驗。

8 結語

本施工法利用BIM技術和有限元分析輔助大型玻璃幕墻吊裝施工，深化設計，精確吊裝設備構件尺寸規格，明確復雜節點。支承單元與動力單元系統分離，利用滑輪導向單元系統，實現吊裝支承系統隨玻璃幕墻吊裝點位進行快捷合理移位。與傳統施工方法相比，具有操作更便捷，施工更安全可靠、成本更低廉等特點，具有一定的推廣價值。結合玻璃吊裝用的吊桿鋼架結構、幕墻施工用的吊臂裝置、吊裝鋼架設計方法、大板塊玻璃吊裝等施工方法，為以后大型玻璃幕墻構件和相關結構構件吊裝施工提供一種新的作業方法。