組焊箱型鋼柱玻璃幕墻設計施工技術及其應用

佟克龍 侯 磊

(中建八局第二建設有限公司，山東 濟南 250014)

1 概述

現代會展中心整棟建筑立面采用現代主義風格。在進行形體設計時會考慮到會展中心的造型輕巧、秀麗、通透的模式。會展中心的設計多為規整的玻璃幕墻，這樣的建筑幕墻設計所形成的建筑體量更加完整、簡潔。建筑造型以平立面形態為基礎進行形體的組合、切割，塑造出干凈、利落、挺拔的建筑形體，可體現時代感和創新性。整體的色彩以暖色調為基調，既要形體多變，自由造型，也要突出造型端莊、高雅風范。基于這一設計理念在會展中心設計時大都采用高跨度大通透玻璃幕墻。而常規的鋁合金立柱玻璃幕墻，因鋁型材性能限制無法實現這一功能，因此組焊箱型鋼柱玻璃幕墻應運而生。下面就依據廣西某國際會展中心闡述其設計施工技術的應用。

2 設計及其施工概述

2.1 基本設計方案

廣西某國際會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，造型結構獨特，裝飾效果簡潔明快，玻璃幕墻的采光通透性得到最大的保留。該幕墻結構最大跨度為24 m，在方案的對比核準時，首先考慮結構安全受力形式，其次考慮工藝的可操作性。設計過程中尊重原始建筑設計效果，采用新的結構形式來體現整體的建筑風格。通過建模與計算優化對比結果，最終確定采用組焊箱型鋼柱玻璃幕墻設計技術方案。基于這一方案設計原則，完成結構的受力分析和施工圖深化設計工作。其標準節點詳見圖1。

2.2 確定結構造型及材料選擇

玻璃幕墻為橫明豎隱型式玻璃幕墻。基于以上設計原則，豎向龍骨采用箱型鋼柱，箱型鋼柱采用4塊12 mm厚優質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，最大標高24 m。經過計算，幕墻強度、桿件撓度、箱型鋼立柱穩定性、橫框間箱型鋼柱局部穩定等均滿足國家規范要求。

3 組焊箱型鋼柱玻璃幕墻特點及技術性處理

3.1 上端懸掛系統

建筑幕墻受力模型是一種懸掛體系。首先，結構方面上在建模計算分析時確定，為保證整體結構安全性，要充分考慮到建筑物風荷載作用、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定性與局部穩定性的問題。因此在設計幕墻組焊鋼柱時，在組焊鋼柱的上端開設圓形孔，采用固定鉸支座連接，為上端懸掛系統；在組焊鋼柱的下端開設腰形孔，采用活動鉸支座連接，為下端伸縮系統，這種設計方案能夠很好地吸收上下位移。在幕墻橫向分格位置設置鋼橫框，不但作為橫向玻璃面板的支撐件，還是整體結構的穩定件，極其有利于提高結構自身穩定性能。

3.2 玻璃幕墻頂部二鉸桿機構

玻璃幕墻上下端部采用圓形孔鉸支座連接，結構位移量需要采用特殊的裝置幕墻二鉸桿來實現分配調節。由于距離屋面主體鋼梁較遠，而常規的轉接件上長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荷載形變，此時幕墻二鉸桿機構最大70 mm的調節空間能夠很好地解決這一難題。傳統施工中調節二鉸桿的長短需要拆掉前端與主龍骨連接部分再調節，龍骨需要臨時固定，同時調節精度不方便、施工存在安全隱患。此設計時充分考慮這一問題，在幕墻二鉸桿機構中間區域增加一個帶反向套絲的連接轉接套，通過連接轉接套調節長短。基于這一技術性處理能夠使幕墻箱型鋼柱可便捷快速的調整安裝到位。

4 施工技術措施

4.1 預埋件施工程序

幕墻預埋件施工→安裝定位預埋件→復測預埋件→校正預埋件→龍骨定位放線→吊裝豎向組焊鋼柱→安裝橫向鋼龍骨(橫向穩定桿)→安裝玻璃面板→硅酮耐候密封膠注膠→完工后噴淋試驗→幕墻工程驗收。

4.2 幕墻預埋件施工要求

幕墻預埋件施工伴隨混凝土施工，與主體混凝土澆筑同步進行，主體梁板柱鋼筋綁扎完畢后，經過驗收合格，參照主體的定位軸線、建筑標高線，按照預埋件施工圖紙的要求，在幕墻分格位置埋設預埋件。為了確保施工質量，在幕墻綁扎完成后要進行位置復核；在混凝土澆筑時按照專職施工人員操作，以便及時發現問題，及時糾偏問題。

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量。在施工時，上部支撐件與主體鋼結構采用焊接工藝，下部支座和幕墻預埋件之間也采用焊接工藝，滿足計算要求的焊縫，能夠足夠承擔整體的受力情形。在支座施工過程中，用電子經緯儀測量放樣出每個支座的定位線，用水準儀測放出每個組焊箱型鋼柱上支座及其下支座的定位標高，再根據箱型鋼柱的平面位置的進出定位線確定上下支座的平面位置。在前后上下左右六個方位確定完畢后，點焊固定上下支座。再次使用儀器校核無誤，開始正式焊接。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算要求去焊接，并保證焊縫飽滿平滑，不能出現焊渣未焊透的情況，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檢驗合格后，要進行一步工序，吊裝豎向組焊鋼柱。根據現場條件，采用汽車吊車吊裝安裝。吊裝時，首先要把組焊箱型鋼柱下口對準下支座，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。吊裝上升準確的位置時，采用不銷軸使頂部二鉸桿機構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，采用活動鉸支座連接，為下端伸縮系統；這種設計方案能夠很好地吸收上下偏差。此時再用經緯儀調整箱型鋼柱綜合垂直度，調整無誤經驗符合要求后，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，即可開始進行安裝幕墻鋼橫框。綜合考慮工程特點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。安裝鋼立柱時標記好安裝橫框位置，按照標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根鋼橫梁同時進行水平度垂直度的測定校正，整三榀橫框符合工藝質量要求時進行滿焊，做防銹處理。合格后進行下道的施工。

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合，在安裝完整體鋼龍骨之后，整體調整時效一周，用以消除整體應力，防止以后鋼龍骨變形。在此之后，方可開始鋁橫墊框安裝。鋁橫墊框采用不銹鋼機制螺栓固定在鋼龍骨外側，用做玻璃面板的支撐受力傳力構件。為安裝方便及其工藝安全，在鋁橫墊框開設固定螺栓孔，鋼橫框相應的位置開始機制螺釘孔，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：玻璃面板的垂直運輸是難點和重點。根據工程特點及其實際條件，決定采用汽車吊作為玻璃垂直運輸工具，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。機械化程度高保證了整體安全系數高，安裝效率高，減少了玻璃的碰撞破壞，減少工人的勞動強度，縮短玻璃的安裝工期。

5 結語

大跨度的工程前期要考察現場實際情況和建筑要求，通過科學論證結合深化設計圖紙，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構使其獨立于建筑主體結構，是一種自成體系系統。箱型鋼柱玻璃幕墻平整、流暢、新穎、大方，展現了現代建筑的鮮明特點。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計及其施工積累了科學經驗，具有一定指導意義。此項設計施工技術已經在日照某機場航站樓等廣泛應用。