大跨度高位鋁板幕墻半裝配式施工技術

賴頌英 張 鵬 陳 之 黃 俊

中國建筑第二工程局有限公司華南分公司 廣東 深圳 518048

1 工程概況

橫琴口岸及綜合交通樞紐開發工程位于珠海市橫琴新區，工程建設用地34.5 hm2，總建筑面積1 310 000 m2，包含口岸通關、口岸配套、綜合交通樞紐、綜合配套服務區、酒店、辦公、公寓、商業等單位工程。其中通關大廳主體工程地下3層，地上4層，在通關大廳主體建筑東段、西段兩側分別設有一門頭，即東側門頭、西側門頭，門頭建筑造型是口岸通關旅客出入口標志（圖1）。

東側門頭水平跨度90 m，寬度46 m，豎向結構總高度40.8 m，豎向結構為鋼筋混凝土剪力墻，屋面水平結構為鋼管桁架。西側門頭水平跨度90 m，寬度22.0～30.5 m，豎向結構總高度40.8 m，豎向結構和屋面水平結構均為鋼管桁架結構。東側、西側門頭外部采用鋁板幕墻裝飾，幕墻為框架式鋁單板結構，由鋼通、鋁通框架與厚3 mm鋁單板組成，幕墻整體與鋼結構桁架剛接（圖2）。

圖1 東、西側門頭鋼結構桁架示意

圖2 東、西側門頭鋁板幕墻效果

2 鋁板幕墻施工方案選定

東、西側門頭下方區域為通關建筑出入口及部分前廣場地下室頂板結構，門頭鋼結構和鋁板幕墻施工時，其下方正在進行室外結構、裝修及機電等專業施工，多專業交叉施工，現場情況復雜，安全保障難度大。此外，該工程工期非常緊張，鋁板幕墻安裝最大高度超過40 m，若采用常規施工方法，在東、西側門頭鋼結構施工完畢后，按部就班地搭設滿堂架，再進行鋁板幕墻安裝，不僅妨礙門頭下方其他專業工程施工，無法滿足工期要求，而且措施費用高昂[1-3]。

另外，東、西側門頭采用大跨度異形管桁架結構形式，門頭鋼結構橫斷面為三角異形，整個水平結構由6榀0～4 m不等高的桁架及桁架間的連系桿件構成，鋁板幕墻安裝基面并非規則的平面結構。設計圖紙中只提供了各鋁板幕墻單元板塊的尺寸和位置要求，鋼結構桁架安裝完成后鋁板幕墻會跟隨其一同下撓，導致鋁板幕墻出現平面上高低不平、縫隙過大、密閉性差等一系列問題。這些問題需要在鋁板幕墻深化設計和安裝方法中予以考慮并解決，以保證鋁板幕墻安裝完成后平整美觀，縫隙大小均勻。

為加快鋁板幕墻安裝速度，保證鋁板幕墻安裝質量，同時保證其他專業可插入施工，本工程決定采用半裝配式幕墻施工技術。前期準備階段拿到施工圖紙后，根據鋁板結構形式將5～10塊鋁板作為一個整體鋁板單元板塊，鋁板單元板塊包括胎架和鋁板2個部分，在加工廠內對其進行拼裝，完成之后將其運送至場內。在鋼結構桁架上定位放線確定三維可調支座安裝位置，在鋼結構桁架吊裝前將三維可調支座安裝完成。鋼結構吊裝完成之后，安裝輔助設備卷揚機及手拉葫蘆，利用50 t汽車吊與卷揚機相互配合吊裝鋁板幕墻單元板塊，吊到既定位置后使用φ20 mm鋼絲繩臨時固定。在鋼結構桁架下撓完成后，調整三維可調支座角度，再利用手拉葫蘆調節鋁板幕墻至平整面，將鋁板幕墻與三維可調支座、三維可調支座與鋼結構桁架圓管進行焊接固定。最后對鋁板幕墻進行打膠填縫、清潔。

3 三維可調支座

由于鋼結構桁架的下撓是不可避免的，且需要在鋼結構桁架吊裝完畢后一段時間方能完成下撓變形。鋁板幕墻單元板塊如何能與結構桁架做到協調變形是一個難點。經項目部技術攻關，設計出一種可以調節鋁板幕墻與鋼結構之間協調變形的裝置——三維可調支座（圖3）。該支座的研發是本項目鋁板幕墻順利安裝的關鍵。

圖3 三維可調支座示意

三維可調支座采用雙U形M16螺桿套在鋼結構桁架圓管連接件位置，圓管下使用與圓管同曲率的圓弧鋼板配合25#槽鋼，槽鋼開圓弧口并與圓弧鋼板焊接，圓弧鋼板兩端需超出槽鋼壁不小于20 mm距離作為焊接位置。槽鋼端部四角開直徑18 mm圓孔，雙U形M16螺桿從圓孔內穿過，使用螺母固定，螺桿伸出圓弧孔距離不得小于150 mm。槽鋼中部垂直焊接150 mm×150 mm×10 mm鋼板，鋼板與槽鋼焊接時需增加與鋼板同厚度的加勁肋2道。鋼板中線開寬度25 mm、長度200 mm長孔，使用M20螺栓與鋁板幕墻單元板塊栓接，鋁板幕墻單元板塊吊裝至相應位置后使用φ20 mm鋼絲繩懸掛，待鋼結構桁架下撓完成后，將U形螺桿放松，三維可調支座可以左右調整，調整至需要角度后做永久固定。槽鋼下鋼板開長孔可以使鋁板幕墻單元板塊上下移動，移動到既定位置后使用M20螺栓固定。螺栓墊片使用開22 mm圓孔的100 mm×100 mm×10 mm鋼板，最后將螺栓、墊片與鋼板、鋼方通焊接做永久固定，并撤掉懸掛鋁板幕墻單元板塊的鋼絲繩。

4 施工工藝

施工工藝流程主要包括5個步驟：鋁板單元板塊劃分→三維可調支座安裝→輔助設備安裝→鋁板單元板塊吊裝→單元板塊調平。

4.1 鋁板單元板塊劃分

需將若干塊鋁板拼裝成一個整體的單元板塊，板塊過大可能會在吊裝過程中產生變形，因此鋁板幕墻單元板塊劃分是一個重要的環節。經過多次核算，得出了合適的板塊大小。

以東側門頭為例，根據鋁板幕墻結構形式，按照鋁板幕墻框架結構相交位置進行劃分，在鋁單板內增加角鐵加勁肋，如圖4、圖5所示。板塊類別分為造型鋁板、吊頂鋁板，其中造型鋁板分為3個單元板塊，吊頂鋁板分為13個單元板塊。

4.2 三維可調支座安裝

圖4 單元板塊劃分

圖5 單元板塊示意

鋼結構桁架在施工準備階段需要將鋁板幕墻整體荷載計算在內，先在理論上計算出鋼結構桁架在加上鋁板幕墻荷載之后的下撓曲線（圖6），再根據此下撓曲線按照鋁板幕墻施工圖紙對三維可調支座位置進行調整，以此來減少后期鋁板幕墻單元板塊吊裝完成后的調整。

圖6 鋼結構桁架下撓曲線

為滿足鋁板幕墻單元板塊安裝精度的要求，在鋼結構桁架提升之前，利用全站儀、經緯儀定位出軸線，再根據軸線放出調整過的各個三維可調支座定位點，在鋼結構桁架上做出標記，將所有三維可調支座安裝到相應位置（圖7）。因為后期鋼結構桁架提升后三維可調支座還需根據鋼結構桁架實際下撓曲線進行調整，所以此步驟中三維可調支座安裝只需使用螺栓臨時固定到鋼結構桁架圓管上，保證三維可調支座在鋼結構桁架提升過程中不發生晃動、位移即可。待鋼結構桁架提升完成并卸載以后，再對三維可調支座進行一次檢查，若有三維可調支座發生位移，則做出相應調整。

4.3 輔助設備安裝

最重的鋁板幕墻單元板塊為1 069.82 kg，使用2 t卷揚機、2 t手拉葫蘆進行安裝。安裝使用的主要配件包括120 mm×80 mm×5 mm鋼方通、M16高強螺栓、2 t定滑輪、φ12 mm鋼絲繩、φ16 mm鋼絲繩、限位開關、φ48 mm×3.5 mm鋼管等。首先把120 mm×80 mm×5 mm鋼方通焊接在鋼桁架上，然后把卷揚機用M20對穿螺桿固定在鋼方通上，卷揚機后端采用φ16 mm安全鋼絲繩與主體結構進行有效連接（圖8），防止卷揚機整體掉落。

圖7 三維可調支座安裝模型

鋁板吊頂吊裝到待安裝高度后通過2 t手拉葫蘆進行輕微調整，2 t手拉葫蘆通過綁帶與鋼結構桁架綁在一起（圖9），可以隨板塊吊裝位置移動。

圖8 卷揚機安裝示意

圖9 手拉葫蘆綁扎示意

4.4 鋁板幕墻單元板塊吊裝

鋁板幕墻單元板塊通過汽車吊運輸至待吊裝部位正下方，鋁板吊頂通過綁帶U形環與卷揚機吊鉤進行連接，卷揚機對鋁板吊頂4個吊點進行同步吊裝。吊裝過程中注意鋁板吊頂提升速度，防止鋁板吊頂4個吊點因不同步造成的傾斜。鋁板吊頂兩側設置牽引繩，減少風力對吊裝的影響（圖10、圖11）。鋁板吊頂吊裝到待安裝高度后使用φ20 mm鋼絲繩拴在鋼結構桁架之上，后期鋼結構桁架下撓完成之后使用手拉葫蘆調節與三維可調支座的連接；底部采用全站儀進行安裝點位復核，確保鋁板幕墻單元板塊精度。吊裝區域下方滿拉安全兜網，吊裝區域底部設置警示區域，警戒區域禁止行人隨意穿行。

圖11 鋁板幕墻正面單元板塊吊裝

4.5 單元板塊調平

鋁板幕墻單元板塊全部吊裝完成，且鋼結構桁架完全下撓穩定之后，根據鋼結構桁架實際下撓曲線，使用儀器復測板塊左右方向位移度。接著擰松U形螺桿端部螺母，調整三維可調支座左右方向角度。左右方向調整完成之后，利用手拉葫蘆與鋼絲繩吊起單元板塊，使單元板塊與三維可調支座達到一個似靠似不靠的狀態（圖12、圖13）。下方利用全站儀定位，單元板塊達到預定位置后馬上與三維可調支座栓接。最后將連接位置進行補焊處理，單元板塊之間打膠清潔。

圖12 單元板塊調平大樣

5 結語

圖13 三維可調支座調平原理

鋁板幕墻半裝配式安裝是一項復雜的系統工程，影響安裝質量、施工速度的因素有很多，三維可調支座是鋁板幕墻安裝精度控制最關鍵的構件，單元板塊的劃分是影響鋁板幕墻安裝速度的關鍵因素。在本項目實施過程中，通過三維可調支座協調變形與單元板塊吊裝相結合的鋁板幕墻半裝配式施工技術，降低了鋁板幕墻安裝過程中的施工難度，解決了鋼結構桁架下撓導致的鋁板幕墻整體變形問題，最終將鋁板幕墻在鋼結構桁架下撓過程中的變形量控制在±10 mm內，為鋁板幕墻在限定時間內順利完成施工提供了有效保障。經測算，21 000 m2鋁板幕墻施工比傳統搭設滿堂架的安裝方法可節約成本約160萬元。