雄安站大跨弧形拉索玻璃幕墻施工技術研究

楊俊明

(中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司 山西太原 030024)

1 引言

建筑玻璃幕墻作為重要的圍護和裝飾性結構，其獨特優美的造型具有強烈藝術感，玻璃的高通透性也使空間開闊，使之成為當代一種新型墻體。國內學者對此進行了一系列研究，如宋秋芝等[1]分析了我國玻璃幕墻發展現狀及趨勢；楊華等[2]研究了雙層玻璃幕墻對辦公建筑室內光環境及能耗的影響；萬成龍等[3]對平行拉索式點支承既有玻璃幕墻安全進行了評估分析；陳晨等[4]對拉索玻璃幕墻連接件抗傾覆性能的影響因素進行了分析；劉正權等[5]對點支式玻璃幕墻張拉索桿支承體系自振特性參數進行了分析；王禹等[6]分析了點式安裝玻璃幕墻在火災中的破裂行為；何京波等[7]基于動測法對隱框玻璃幕墻硅酮結構膠粘結強度的檢測方法進行了研究；岳麗婕等[8]對彈簧裝置在玻璃幕墻支承結構中的應用進行了研究；董英等[9]對呼吸蓄能式玻璃幕墻進行了研究與設計；彭德坤等[10]論述了大扭轉雙向曲面玻璃幕墻設計與施工；郭志強[11]對外傾階梯式懸挑玻璃幕墻的施工技術進行了研究。持續的研究使得玻璃幕墻在近幾十年來獲得了長足的發展，已成為當前建筑物外墻裝飾中的新潮流。針對目前高鐵站房上采用大跨弧形拉索玻璃幕墻較少的情況，本文結合雄安高鐵站房工程，對其西立面大跨弧形拉索玻璃幕墻進行施工技術研究，相關經驗可為類似工程提供借鑒。

2 工程概況及重難點分析

2.1 工程概況

雄安站是一座站城一體化(TOD)設計的高鐵站[12]，鐵路站場總規模11臺19線，站房建筑面積47.52萬m2，其西面正中入口為一個豎直面大跨弧形拉索玻璃幕墻(豎向單索)，玻璃面為平面南北弧形曲面布置。拉索與玻璃面之間采用不銹鋼夾具連接，豎向拉索下端固定在地面混凝土梁或鋼結構門斗鋼結構上，上端拉索固定在曲形鋼梁上(見圖1)。幕墻最大豎向直線距離為25.4 m，最大水平直線跨度為126 m。玻璃幕墻外弧形布置，弧形半徑279 m；水平弧形布置單索結構在橫向不便張拉，使用單方向張拉，形成單索帷幕，共42列，間距3 m，拉索為直徑43 mm的Z型閉合索；玻璃為12＋12Ar＋12鋼化中空雙銀LOW-E玻璃(超白)，主要玻璃分隔尺寸為3 000 mm×1 500 mm(寬×高)；垂直索結構同時承受垂直荷載和水平荷載，玻璃起橫向穩定的作用。

圖1 雄安高鐵站房拉索玻璃幕墻示意

2.2 重難點分析

(1)工期緊、任務重。雄安站整個工期從2018年12月6日開工，2020年12月16日竣工，總工期741 d；而索拉幕墻的施工工期為2020年8月至10月；在工期如此緊迫的情況下，現場多種工序要同時進行，施工設備眾多，完成其西立面大跨弧形拉索玻璃幕墻施工，任務重。

(2)由于工期緊，要提高拉索玻璃幕墻的安裝效率，其施工設備的選取尤為重要。

(3)大跨弧形拉索的張拉順序及拉索幕墻形狀控制是難點。

(4)由于是大跨弧形拉索玻璃幕墻，玻璃的安裝順序、安裝質量控制也很重要。

3 拉索玻璃幕墻施工關鍵技術

3.1 施工設備的選取

由于工期緊張，傳統吊籃安裝方式不用滿足要求，因此，本工程拉索、玻璃幕墻的安裝選用高空曲臂車(見圖2)、汽車吊、卷揚機進行拉索玻璃幕墻施工。拉索張拉機具:?43 mm不銹鋼拉索采用“油壓泵＋傳感器”設備來張拉；安裝完成后內力測定機具為拉索預緊測力器。

圖2 拉索玻璃幕墻安裝用的高空曲臂車

3.2 施工流程

施工準備→測量放線→牛腿安裝→拉索地錨安裝→駁接座焊接→拉索的安裝及張拉調整→玻璃夾具安裝→玻璃安裝→拼縫注膠→幕墻整體清潔。

3.3 拉索安裝與張拉

拉索及夾具均由專業廠家定制。拉索采用Z型閉合索，鋼絲抗拉強度≥1 320 MPa，彈性模量為(1.3±0.1)×105MPa。支撐桿采用316材質不銹鋼加工而成。夾具由不銹鋼鑄件熔鑄后機加工而成，其材質為CD3 MN不銹鋼。

3.3.1 拉索安裝

(1)利用預張拉設備及標記筆在豎向拉索上設置索夾安裝位置的標識點。

(2)豎向拉索按照從左到右的順序，對應拉索編號順序。首先將拉索頂部端固定在纖維帶上，采用吊車或者卷揚機設備將拉索提升至頂部牛腿，固定好上部過載保護裝置，使用吊機吊裝放索或專用放索盤放索，使其拉索成自由下垂狀態后，固定下部拉索，安裝好下部銷軸。如此類推完成其他拉索安裝，如圖3所示。

圖3 現場安裝后的拉索

3.3.2 拉索張拉

(1)張拉思路

豎向拉索采用液壓千斤頂張拉。張拉又分為3級，第1級張拉力為設定預應力值的50%，第2級為75%，第3級為100%，達到設計要求后錨固。各級張拉時間間隔不少于12 h。

(2)張拉模擬分析與張拉順序

采用反向法模擬拉索的每一步張力控制值，通過模擬分析得出每一步控制點的坐標值以及豎向索的軸力值。根據仿真結果，對各級張拉工況下的節點位移和索內力進行控制。把豎向拉索從左到右編號為S1～S42號，張拉順序示意如圖4所示。

圖4 拉索張拉順序示意

張拉時采用單索一端張拉。為盡可能地保證固定拉索的鋼梁在張拉過程中豎向均勻變形，減小單向拉索張拉時對另一方向拉索的影響，采用中間向兩端對稱間隔張拉的方式，具體張拉順序如下:

①對S1、S13、S33拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

②對S3、S15、S35拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

③對S5、S17、S37拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

④對S7、S19、S39拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

⑤對S9、S21、S41拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

⑥對S11、S23拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

⑦對S25、S31拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

⑧對S27、S29拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

⑨對S2、S14、S34拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

⑩對S4、S16、S36拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

[11]對S6、S18、S38拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

[12]對S8、S20、S40拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

[13]對S10、S22、S42拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

[14]對S12、S24拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

[15]對S26、S28拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

[16]對S30、S32拉索同時進行第1級張拉并臨時錨固。

按照以上順序進行第2級張拉、第3級張拉。

每一步張拉順序中都有兩三根拉索，這意味著這兩三根拉索同時張拉，通過間隔對稱張拉可以更好地控制索網形狀。

3.3.3 拉索幕墻形狀控制

張拉由專人負責。每級張拉時，對拉索幕墻中控制點的變形進行測量，并及時調整拉索，以滿足設計要求(注意門斗上部和落地位置的拉索達到不同對應保險絲破斷荷載)。

張拉全部完成后，應對拉索幕墻的形狀進行全面測量，確保其符合設計要求；否則，應調整豎向拉索的張拉力。

(1)測點布置

施工中選擇6道豎向拉索作為索力監測對象，對應的拉索錨固點作為主體鋼結構的位移監測對象，另外指定索網形狀監測點，如圖5所示。

圖5 拉索索力監測點

(2)拉索監測

利用張拉設備對拉索索力進行檢測。張拉完成后，對索力進行48 h監測，索力穩定即可。

(3)監測結果

對拉索索力和拉索幕墻形狀的檢測，得到了實測值，并與理論值進行比較，得知實測值與理論值基本吻合，則拉索幕墻形狀滿足設計要求。

3.4 玻璃幕墻安裝

3.4.1 玻璃定制

拉索幕墻部位的玻璃型號為12＋12Ar＋12鋼化LOW-E中空玻璃，標準尺寸為3 000 mm×1 500 mm(寬×高)，重量約350 kg；最大板塊尺寸為3 000 mm×2 000 mm(寬×高)，重量約450 kg；加工采用先進數控技術，確保各玻璃板塊精度。本工程定制玻璃由廠家生產后直接運至施工現場。

3.4.2 玻璃安裝順序

本玻璃幕墻為大跨度弧形結構，根據玻璃安裝過程對拉索影響工況分析，確定玻璃的安裝順序為從下往上、從中間往兩邊安裝，如圖6所示，圖中紅色箭頭表示玻璃由下往上安裝，黃色箭頭表示玻璃由中間往兩邊安裝。

圖6 玻璃安裝順序示意

3.4.3 玻璃安裝

考慮到玻璃板塊面積較大且重，為確保玻璃板塊能安全快速的安裝，采用2臺高空曲臂車作為操作平臺，汽車吊配合吊裝。檢查不銹鋼夾具與玻璃之間的尺寸，要滿足設計要求；細查夾具、不銹鋼拉索、玻璃表面，其缺陷不超過規范要求。

吊運玻璃面板至待放入幕墻分格處，施工人員調整好玻璃位置，然后進行安裝，保證玻璃四邊縫隙及位置滿足設計要求。

玻璃吊裝采用布綁扎方式，頂部采用吊車或者卷揚機提升玻璃，玻璃與吊裝掛鉤之間采用手拉葫蘆，用于安裝調節玻璃進入不銹鋼夾具槽口中。蓋上不銹鋼壓板，擰緊壓板螺栓。首層玻璃安裝完成后，安裝上面第二塊玻璃時，該玻璃吊裝到位后，下部進入夾具前，將下一塊玻璃上部的2個夾具壓板螺栓松掉一部分，留出玻璃入槽空隙。下放手拉葫蘆，將上面第二塊玻璃落在夾具槽口中，壓緊夾具，同時擰緊四個角的夾具，完成第二塊玻璃安裝。重復上面步驟，完成上一塊玻璃安裝，如圖7所示。

圖7 現場玻璃安裝

3.4.4 注密封膠

注密封膠是防止空氣滲透和雨水滲漏的關鍵工藝。先用不脫毛且干凈的清潔布和二甲苯清洗液，清潔玻璃接縫，粘貼刮膠紙；在接縫清洗后0.5 h內注入玻璃密封膠，超過0.5 h要重新清潔。在密封膠固化前進行刮平或刮凹。注膠后，確保膠線粗細均勻、平整、無氣泡，粘接牢固且美觀。

3.4.5 玻璃幕墻整體清潔

玻璃幕墻整體清潔是驗收前的最后工序，不能馬虎。

揭開不銹鋼飾面保護膜膠紙，用刀片刮凈玻璃表面污物、膠絲等，用中性溶劑清潔，再用清水沖洗干凈。清潔全程注意成品保護。

3.5 實施效果

選用高空曲臂車、汽車吊、卷揚機等施工設備，采取以上施工技術，雄安站西立面大跨弧形拉索玻璃幕墻按期完成安裝，相比于傳統吊籃安裝，節約了時間，效率高，也更安全。安裝好的拉索玻璃幕墻如圖8所示。

圖8 安裝后的雄安站拉索玻璃幕墻

4 結語

雄安高鐵站完成建設并投入運營已1年多，實踐表明，采用本文的拉索玻璃幕墻施工技術是成功的，并得以下結論:

(1)選用高空曲臂車、汽車吊、卷揚機等進行拉索玻璃幕墻施工，相比于傳統吊籃安裝，節約時間，效率高，也更安全。

(2)采用豎向拉索單索一端張拉、從中間向兩端對稱間隔張拉的方式，保證了固定拉索的鋼梁在張拉過程中豎向均勻變形，減小了單向拉索張拉時對另一方向拉索的影響。

(3)從下往上、從中間往兩邊的玻璃安裝順序，解決了大跨度弧形結構玻璃幕墻施工難題，保證了玻璃幕墻安裝質量。