鋼結(jié)構(gòu)與幕墻的一體化施工

袁 鼎

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

隨著我國(guó)城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層辦公樓層出不窮。現(xiàn)代高樓大多數(shù)為混凝土核心筒加鋼結(jié)構(gòu)外框架結(jié)構(gòu)，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(zhì)[1-2]。但是外框鋼結(jié)構(gòu)安裝完成后，安裝幕墻時(shí)還需要在原鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上大量焊接轉(zhuǎn)接件，不僅對(duì)已經(jīng)形成的鋼結(jié)構(gòu)受力造成影響，同時(shí)也十分耗費(fèi)時(shí)間及人工成本。

本文重點(diǎn)研究分析鋼結(jié)構(gòu)外框架及幕墻一體化施工工藝，使鋼結(jié)構(gòu)外框與外立面幕墻有更好的結(jié)合，為鋼結(jié)構(gòu)幕墻一體化的工程提供一些經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

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

2 鋼結(jié)構(gòu)幕墻深化一體化

在鋼結(jié)構(gòu)與幕墻深化過(guò)程中，本項(xiàng)目并未像常規(guī)項(xiàng)目一樣采取各自獨(dú)立施工的方法，而是充分考慮了鋼結(jié)構(gòu)以及幕墻的相關(guān)性，在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)便考慮了未來(lái)幕墻安裝所需要的連接節(jié)點(diǎn)以及所需要預(yù)留的焊接位置，并將所有幕墻的深化節(jié)點(diǎn)反映在鋼結(jié)構(gòu)的模型上，從而能夠?qū)δ粔λ璧狞c(diǎn)位進(jìn)行更好的復(fù)核，同時(shí)也減少了幕墻現(xiàn)場(chǎng)二次焊接的工作量，所有鋼結(jié)構(gòu)的前期工作均在加工廠完成。

2.1 單元板塊預(yù)留節(jié)點(diǎn)

在鋼結(jié)構(gòu)圖紙深化時(shí)，即考慮后續(xù)幕墻單元板塊安裝所需要的轉(zhuǎn)接件連接問(wèn)題。由于結(jié)構(gòu)成形后，對(duì)原結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，造成不利影響，因此，在外框鋼梁深化時(shí)，同步安排幕墻專業(yè)深化單位進(jìn)行單元板塊的分隔深化以及相對(duì)應(yīng)連接件的計(jì)算。

經(jīng)過(guò)2個(gè)專業(yè)的融合，最后決定在鋼梁上翼緣板的位置預(yù)留2個(gè)直徑為18 mm的螺栓洞口，以便后續(xù)幕墻單元板塊安裝時(shí)連接所需要的掛件，避免對(duì)已經(jīng)安裝完成的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接，對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力。

在鋼梁上翼緣開(kāi)孔，會(huì)對(duì)原鋼結(jié)構(gòu)截面造成削弱，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，在每個(gè)開(kāi)洞位置下方，腹板兩側(cè)的位置增加了加強(qiáng)勁板，使得原鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)槟粔﹂_(kāi)孔造成影響，同時(shí)考慮每個(gè)單元板塊掛件安裝后的受力影響（圖2）。

圖1 新開(kāi)發(fā)銀行典型幕墻系統(tǒng)分布

圖2 單元板塊預(yù)留節(jié)點(diǎn)

2.2 一層大堂玻璃倒掛節(jié)點(diǎn)預(yù)留

除了單元板塊處節(jié)點(diǎn)預(yù)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(yù)留了連接節(jié)點(diǎn)。以本工程一層大堂9.00 m×1.15 m超高玻璃為例，在鋼結(jié)構(gòu)深化時(shí)，由于主樓大堂玻璃的位置在鋼結(jié)構(gòu)主梁下方投影線以外，因此在鋼梁下翼緣處預(yù)焊一個(gè)挑出的小牛腿，牛腿下方預(yù)留連接螺栓孔。待幕墻安裝時(shí)，將不銹鋼掛件通過(guò)螺栓連接后將超高玻璃安裝完成，不用因二次焊接而對(duì)玻璃造成影響。

2.3 蜂窩吊頂板節(jié)點(diǎn)預(yù)留

除了預(yù)留連接螺栓孔，現(xiàn)場(chǎng)還有許多E系統(tǒng)不銹鋼蜂窩吊頂板區(qū)域，幕墻的蜂窩吊頂板安裝前需要先焊接二次結(jié)構(gòu)龍骨，此區(qū)域現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法采用預(yù)留螺栓孔的操作，結(jié)構(gòu)卸載后，任何在原結(jié)構(gòu)上的額外焊接都會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成應(yīng)力和變形的影響。

鑒于以上原因，在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)時(shí)，幕墻深化單位提前進(jìn)入配合，因?yàn)榈蹴敯宓姆指粼谝婚_(kāi)始深化時(shí)并不明確，所以幕墻單位根據(jù)以往項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，提供了一個(gè)需要次龍骨定位的原則和大致點(diǎn)位，最后由鋼結(jié)構(gòu)深化單位在原來(lái)鋼梁下翼緣位置下方提前預(yù)留了一個(gè)個(gè)鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)上造成原結(jié)構(gòu)應(yīng)力增加。同時(shí)在鋼盒上方兩側(cè)也增加了加強(qiáng)勁板，以減少集中應(yīng)力及焊接應(yīng)力（圖3）。

圖3 吊頂龍骨預(yù)留焊接盒

3 鋼結(jié)構(gòu)幕墻施工一體化

3.1 現(xiàn)場(chǎng)預(yù)埋件安裝

在結(jié)構(gòu)安裝過(guò)程中，有部分埋件位置由于幕墻的分隔沒(méi)有在鋼結(jié)構(gòu)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(xiàn)場(chǎng)打孔對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)也會(huì)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(shè)（圖4），即幕墻埋件設(shè)計(jì)要與土建施工配合。

3.2 轉(zhuǎn)接件螺栓孔保護(hù)

在原外框鋼結(jié)構(gòu)梁上雖然預(yù)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(huì)把原來(lái)在鋼梁上預(yù)留的連接件螺栓洞口堵住，這樣深化預(yù)留的洞口也將起不到作用。因此，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)每個(gè)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(yù)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(zhuǎn)接件時(shí)，不需要再重新鑿除混凝土。

圖4 混凝土現(xiàn)澆梁幕墻預(yù)埋件

圖5 幕墻單元板塊連接節(jié)點(diǎn)預(yù)留

在鋼盒制作時(shí)，考慮到循環(huán)利用，在每個(gè)鋼盒子上方開(kāi)了2個(gè)螺栓洞口，在混凝土澆筑完成后，可以方便地通過(guò)這2個(gè)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(jié)構(gòu)完成后，外側(cè)有一部分鋼龍骨。這部分鋼龍骨不是主結(jié)構(gòu)，如果單獨(dú)安裝，因其自身剛度較小，安裝過(guò)程中容易變形，且都是在墻外施工，操作工人危險(xiǎn)性大。因此，將該部分鋼龍骨直接在地面上與原鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后整體吊裝（圖6），從而減少了構(gòu)件變形和幕墻二次結(jié)構(gòu)安裝的時(shí)間，同時(shí)也減少了高空作業(yè)的工作量，保證了進(jìn)度和安全。

圖6 塔冠幕墻鋼龍骨與結(jié)構(gòu)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(zhǎng)連接，以達(dá)到層間防火隔斷的目的?，F(xiàn)場(chǎng)由于外框梁安裝完成后，上方的角鋼安裝需要用移動(dòng)腳手架，操作十分困難，因此現(xiàn)場(chǎng)在吊裝前，由鋼結(jié)構(gòu)班組優(yōu)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(fèi)，同時(shí)也減少了高空作業(yè)，保證了現(xiàn)場(chǎng)安全。

4 鋼結(jié)構(gòu)幕墻同步復(fù)核

在鋼結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，除了自身對(duì)外框梁進(jìn)行復(fù)核，幕墻單位的測(cè)量也開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)對(duì)原先預(yù)留的節(jié)點(diǎn)標(biāo)高和定位進(jìn)行復(fù)核，確保深化后的所有節(jié)點(diǎn)位置無(wú)誤，同樣也可以針對(duì)施工過(guò)程中存在的誤差進(jìn)行調(diào)整。

先根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的荷載進(jìn)行受力分析，分析整體結(jié)構(gòu)的外框梁撓度（圖7）。

圖7 外框梁撓度分析

理論數(shù)據(jù)出來(lái)之后，幕墻專業(yè)首先根據(jù)理論數(shù)據(jù)的撓度情況，對(duì)幕墻單元板塊轉(zhuǎn)接件齒板的高度進(jìn)行調(diào)整，使其滿足絕大多數(shù)的板塊安裝。但是就算有了理論數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)還是會(huì)存在安裝誤差，因此需在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)整棟大樓的外框鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測(cè)實(shí)量。

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，再將個(gè)別轉(zhuǎn)接件單獨(dú)深化，使得整個(gè)單元板塊可以有條不紊地進(jìn)行安裝而不影響工期。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著城市不斷的建設(shè)，高樓大廈多數(shù)采用混凝土核心筒及鋼結(jié)構(gòu)外框梁等形式，外立面幕墻也大多是單元板塊形式，對(duì)其品質(zhì)以及工期的要求越來(lái)越嚴(yán)格，如何使結(jié)構(gòu)與外立面能有效地結(jié)合將會(huì)是一個(gè)新的研究方向。本文重點(diǎn)討論了鋼結(jié)構(gòu)幕墻一體化的措施，從深化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)復(fù)核到最后現(xiàn)場(chǎng)施工，都體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)幕墻一體化的優(yōu)勢(shì)，在以后的項(xiàng)目中，會(huì)有更多的鋼結(jié)構(gòu)幕墻一體化工程，也會(huì)有更多優(yōu)化的節(jié)點(diǎn)、更有效的施工措施以及更快的中國(guó)速度。