預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式弧形玻璃幕墻施工技術(shù)

毛仕方

（江蘇寶構(gòu)建設(shè)有限公司，江蘇 徐州 221004）

預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式弧形玻璃幕墻施工技術(shù)

毛仕方

（江蘇寶構(gòu)建設(shè)有限公司，江蘇 徐州 221004）

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，玻璃幕墻在建筑中的應(yīng)用越來越廣泛，其造型豐富，形式多樣，尤其是隨著預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式玻璃幕墻的應(yīng)用，更是取得了一系列良好的效果?；诖?，本文結(jié)合工程實(shí)例詳細(xì)分析了預(yù)應(yīng)力索桁架本質(zhì)和該構(gòu)造在施工中的難點(diǎn)與重點(diǎn)，同時(shí)介紹了主要的工藝流程，闡述了玻璃幕墻安裝定位與控制方法，最后對(duì)全文進(jìn)行了認(rèn)真總結(jié)，希望對(duì)此方面的設(shè)計(jì)施工人員能夠起到一定的參考作用。

預(yù)應(yīng)力索桁架；點(diǎn)支式弧形玻璃幕墻；施工技術(shù)

1 引言

在當(dāng)前的建設(shè)施工應(yīng)用中，玻璃幕墻的使用非常廣泛，它不僅有著豐富的造型，而且形式各式各樣。從我國的應(yīng)用狀況分析來看，我國玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式玻璃幕墻非常多，而且取得了很多成效。本文正是在筆者的工程實(shí)踐基礎(chǔ)上，分析了預(yù)應(yīng)力索桁架本質(zhì)，并對(duì)該構(gòu)造在施工中的難點(diǎn)與重點(diǎn)、主要的工藝流程進(jìn)行了探討。

預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式玻璃幕墻通過點(diǎn)支承將圍護(hù)玻璃與支承結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，相對(duì)于有框玻璃具有結(jié)構(gòu)輕盈通透、結(jié)構(gòu)輕巧，承載力強(qiáng)、造型新穎美觀等優(yōu)點(diǎn)，是一種集建筑、結(jié)構(gòu)、功能、藝術(shù)于一體的新型幕墻結(jié)構(gòu)，因此備受國內(nèi)外建筑師的青睞，正越來越多的應(yīng)用在國內(nèi)城市標(biāo)志性建筑中。但是該結(jié)構(gòu)科技含量極高，對(duì)設(shè)計(jì)、施工、工藝以及材料都有著極高的要求，任何一個(gè)方面出現(xiàn)差錯(cuò)都不能確保工程的質(zhì)量。為此，本文以預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式弧形玻璃幕墻工程實(shí)例為例，將其設(shè)計(jì)和施工中的一些難點(diǎn)以及施工的工藝等要求進(jìn)行了詳細(xì)介紹說明，對(duì)預(yù)應(yīng)力索桁架的推廣和使用提供一定的幫助。

2 預(yù)應(yīng)力索桁架本質(zhì)

點(diǎn)式玻璃幕墻預(yù)應(yīng)力索桁架屬于張拉整體結(jié)構(gòu)中的一種。拉索和壓桿通過不同的組合形式構(gòu)成的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可應(yīng)自我完成應(yīng)力平衡，稱作張拉整體結(jié)構(gòu)。壓桿在實(shí)際應(yīng)用時(shí)也可以是連續(xù)的，而這種結(jié)構(gòu)在有些條件下效率更高。因此，通常也將各種張拉整體結(jié)構(gòu)一同稱作索桿張力結(jié)構(gòu)。索桁架結(jié)構(gòu)主要由豎索、兩條斜索、短硬桿和長硬桿以及連接部件連接索與索、索與硬桿等部分組成， 其中還包括索桁架和玻璃幕墻之間的X型駁接頭。

3 工程施工難點(diǎn)與重點(diǎn)

以某地一工程為例，幕墻面積達(dá)5.2萬m2，該建筑物的中部是一個(gè)直徑為56m、高34m的圓柱形玻璃體構(gòu)成的服務(wù)大廳，600多片鋼化夾膠玻璃構(gòu)成了整個(gè)玻璃體的曲面。經(jīng)預(yù)張拉的Φ20mm 的不銹鋼鉸線組成了整個(gè)懸索桁架機(jī)構(gòu)，圓柱頂部的排煙窗是有異形鋼化夾玻璃和鋼化夾膠玻璃組成，其投影面積為1586m2。整個(gè)工程所使用的玻璃總重量達(dá)247t。相對(duì)來說整個(gè)工程的工作量比較大，因此存在下面幾個(gè)難點(diǎn)與重點(diǎn)：

（1）預(yù)應(yīng)力索桁架在形式上是一種柔性結(jié)構(gòu)， 因此要對(duì)不銹鋼拉索加載預(yù)應(yīng)力。在索桁架形狀確定后，加載預(yù)應(yīng)力的大小和預(yù)應(yīng)力的均衡決定了整個(gè)機(jī)構(gòu)支撐剛度的大小，也決定了每榀索桁架剛度的一致性。在索結(jié)構(gòu)還沒承受荷載之前，結(jié)構(gòu)的幾何形狀與圖紙的一致性、索中預(yù)應(yīng)力值的大小以及懸索桁架的空間定位和均衡施加預(yù)應(yīng)力都是本工程的施工難點(diǎn)。

（2）大廳的圓柱形玻璃幕墻是由多片不同曲率的曲面玻璃組成，由于機(jī)構(gòu)的安裝對(duì)每個(gè)支撐點(diǎn)的尺寸精度要求較高，對(duì)玻璃的形狀和尺寸等誤差要求的控制范圍較細(xì)，加大了整個(gè)工程中的玻璃空間對(duì)位安裝難度，因此，施工中的尺度精度是否滿足設(shè)計(jì)要求直接決定著整個(gè)施工的成敗。

（3）預(yù)應(yīng)力索桁架結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)布置。由于大廳是對(duì)外服務(wù)辦公活動(dòng)場地，是展現(xiàn)當(dāng)?shù)匦蜗蟮囊幻娲翱?，在索桁架結(jié)構(gòu)的形體語言與工程的主題相協(xié)調(diào)，因此我們選用了國內(nèi)較少使用的丫形多跨豎向連續(xù)受力拉索結(jié)構(gòu)體系（如圖1中的第一個(gè)圖），這種結(jié)構(gòu)形式積極向上，符合整個(gè)建筑的特點(diǎn)。

（4）主材的選用。選定鋼索直徑時(shí)不但要確保其能承受50年一遇的最大荷載，還要考慮視覺及心理感受的影響。在本工程中選用1×37Φ20不銹鋼絞線的主受力索（前受力索和后受力索）和承重索，其最小破斷力為21kN，彈性模量E=1.54×105N/mm2，選用1Crl8Ni9 奧氏體不銹鋼作為撐桿、懸空桿及駁接系統(tǒng)的材料。玻璃采用圓弧形曲面彎鋼化夾膠透明玻璃，其透光率、紫外線阻隔率以及隔音效果都非常理想。

4 重點(diǎn)施工工藝介紹

整個(gè)施工過程對(duì)施工工藝的要求極高，這也直接關(guān)系到整個(gè)工程質(zhì)量的好壞，因此，必須嚴(yán)格按照要求執(zhí)行。首先是對(duì)測量放線空間以確?？臻g的準(zhǔn)確定位，這是一個(gè)工程的基礎(chǔ)，然后再確定尺寸精度控制單元以保證整個(gè)工程的精度控制，精度控制單元確定后就可以進(jìn)行連接耳板、安裝固定撐桿的工作，完成以后就可以進(jìn)行拉索機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的安裝定位調(diào)整，這其中要進(jìn)行拉索的預(yù)張拉，還要對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)的定位進(jìn)行準(zhǔn)確調(diào)整，以便確保安裝精度，這是整個(gè)工程中最重要的工作。隨后就可以對(duì)駁接系統(tǒng)進(jìn)行安裝調(diào)整，接著就是玻璃安裝，打膠收口和最后的整理清潔工作，這些完成后就可以進(jìn)行工程的交驗(yàn)了。下文將詳細(xì)對(duì)這些流程進(jìn)行介紹：

4.1 測量放線

由于受到各種外界因素的影響， 現(xiàn)實(shí)中土建結(jié)構(gòu)的實(shí)際尺寸與理想的設(shè)計(jì)尺寸經(jīng)常存在一定的偏差， 所以必須要在幕墻安裝之前對(duì)土建結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)地測量， 將測量的數(shù)據(jù)作為安裝幕墻和玻璃實(shí)際分塊尺寸的依據(jù)。測量放線的關(guān)鍵是幕墻的分格和標(biāo)高。首先根據(jù)圖紙對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行水平和垂直測量，以便確定幕墻施工控制線。然后依據(jù)板塊布置圖作好控制鋼線，得出板塊分割線。最后，調(diào)整實(shí)際放線與設(shè)計(jì)圖之間的誤差以保證加工制作出的符合實(shí)際需要的幕墻。

4.2 尺寸精度控制單元的確定

預(yù)應(yīng)力索桁架的尺寸安裝精度要求較高，這是因?yàn)槟粔ΣＡ峭ㄟ^駁接系統(tǒng)穿過邊緣的4個(gè)孔與索桁架固定到一起，因此索桁架上的每個(gè)支撐定位點(diǎn)的誤差要保證控制在±5mm以內(nèi)。每個(gè)支撐點(diǎn)，水平和豎向尺寸精度誤差控制在±3mm以內(nèi)，對(duì)角線誤差控制在±5mm以內(nèi)。

4.3 耳座、駁接座的焊接

焊接前要對(duì)誤差進(jìn)行調(diào)整保證空間的精確定位。耳座、駁接座都是整個(gè)支承結(jié)構(gòu)的主要受力部位，所以焊接質(zhì)量要嚴(yán)格控制以滿足設(shè)計(jì)要求。另外，焊接完成后要對(duì)焊縫進(jìn)行檢測以達(dá)到施工要求，還要注意到焊接的后處理。

4.4 拉索結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安裝

為了消除拉索受初始拉力時(shí)的非彈性變形，在下料前必須要對(duì)拉索進(jìn)行預(yù)張拉處理。首先安裝垂直承重索，并將預(yù)應(yīng)力值一次施加到位，然后安裝受力索，要保證前后受力索在一端同時(shí)張拉，主要分以下幾步進(jìn)行：

（1）按總預(yù)拉力值的20%進(jìn)行第一級(jí)張拉。

（2）空間定位后按總預(yù)應(yīng)力值的80%進(jìn)行二級(jí)張拉，然后保持拉力48h并且粗調(diào)懸空桿的位置，最后再調(diào)整定位尺寸。

（3）測量內(nèi)力穩(wěn)定后的桁架內(nèi)力損失，根據(jù)這個(gè)數(shù)值去進(jìn)行超張拉，并保持12h。

（4）超張拉內(nèi)力穩(wěn)定后再將內(nèi)力放松至100% 的預(yù)拉力，只有確保每一榀索桁架的內(nèi)力都已經(jīng)滿足預(yù)張拉值后，才可以將節(jié)點(diǎn)和垂直承重索連接鎖緊。

預(yù)張拉完成后再進(jìn)行拉索下料和壓套組裝，一般要求比先前設(shè)計(jì)長度多出1～3mm。壓套組裝完畢，進(jìn)行橫、豎向拉索與懸空桿的安裝及調(diào)整，一般施工時(shí)都是按照先上后下，先豎后橫的安裝原則。首先安裝豎向拉索，然后逐層將豎向拉索、懸空桿初步調(diào)整到位，最后連接橫向拉索，待整個(gè)結(jié)構(gòu)組裝完成后，按尺寸控制單元和以下調(diào)整方法精確調(diào)整索結(jié)構(gòu)形狀、懸空桿、索中預(yù)應(yīng)力。

（1）調(diào)整懸空桿。依次核準(zhǔn)懸空桿的中心位置以保證所有的懸空桿前端與玻璃平面的一致性。

（2）調(diào)整索結(jié)構(gòu)形狀和預(yù)應(yīng)力值。如果索結(jié)構(gòu)形狀不到位就會(huì)嚴(yán)重影響到下道工序的施工，所以要對(duì)索結(jié)構(gòu)進(jìn)行以形狀為主、應(yīng)力為輔的張拉控制措施，當(dāng)然這還要保證索力的誤差控制在結(jié)構(gòu)安全度范圍之內(nèi)。對(duì)索的長短及預(yù)應(yīng)力通過拉索的端頭錨固處的調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以一般采用反復(fù)張拉、逐步到位的施工工藝對(duì)預(yù)應(yīng)力施工進(jìn)行控制，即用扭力扳手對(duì)索結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行3～4次反復(fù)的微調(diào)，就可得到滿足設(shè)計(jì)要求的形狀和預(yù)應(yīng)力控制值。

（3）檢測索桁架。要對(duì)經(jīng)歷過預(yù)張拉后的索桁，按照尺寸控制精度單元進(jìn)行進(jìn)一步的精度檢測，以保證安裝節(jié)點(diǎn)的精度滿足要求。同時(shí)，還要使用扭力扳手對(duì)索內(nèi)預(yù)拉力值進(jìn)行100%檢測，并進(jìn)行登記備案。

4.5 駁接系統(tǒng)的安裝

由駁接座、駁接爪、駁接頭構(gòu)成得駁接系統(tǒng)是整個(gè)點(diǎn)支式玻璃幕墻安裝的核心部件，它決定著玻璃安裝定位和幕墻變形補(bǔ)償?shù)纫幌盗械墓δ?，下面將?duì)駁接爪安裝、調(diào)整以及駁接頭安裝進(jìn)行詳細(xì)分析。

（1）安裝駁接爪。安裝時(shí)，應(yīng)將駁接爪與駁接座的連接螺桿擰緊，有時(shí)需要加長的連接螺桿來調(diào)整駁接爪的空間位置，以確保吃緊駁接座，這能有效的防止駁接爪安裝和使用過程中發(fā)生松動(dòng)、墜落。

（2）調(diào)整駁接爪。索結(jié)構(gòu)安裝節(jié)點(diǎn)空間位置受各種因素的影響會(huì)導(dǎo)致誤差存在，所以在駁接爪初步安裝就位后，需要仔細(xì)檢查每個(gè)控制單元和玻璃的定位尺寸，利用全方位拉細(xì)鋼絲對(duì)每個(gè)駁接點(diǎn)進(jìn)行偏差檢查，同時(shí)還要校正每個(gè)駁接爪的定位尺寸，以保證駁接爪的各項(xiàng)安裝偏差都能夠滿足技術(shù)規(guī)程要求。

（3）安裝駁接頭。駁接頭和玻璃是同時(shí)進(jìn)行安裝的。首先將透明膠涂布在玻璃孔周邊和駁接頭膠墊上，然后將駁接頭安裝在玻璃孔上并保證鎖緊，等到璃安裝到位后再連接駁接頭的尾部與駁接爪并鎖緊。要保證駁接頭各部件之間緊密黏貼，保持面接觸，同時(shí)鎖緊力度不要用力過大，以免造成玻璃的早期破壞。在安裝過程中如發(fā)現(xiàn)駁接頭安裝長度不足，應(yīng)及時(shí)更換加長的駁接頭。

4.6 玻璃安裝與注膠

安裝玻璃前先主動(dòng)檢查一下駁接爪孔位的標(biāo)高、分格尺寸是否滿足初期的設(shè)計(jì)要求，相鄰駁接爪的平面誤差是否再駁接頭的可調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)，發(fā)現(xiàn)較大的偏差要及時(shí)處理。安裝玻璃時(shí)，應(yīng)預(yù)先將駁接頭與玻璃在安裝平臺(tái)上裝配好，然后調(diào)整玻璃各個(gè)角的平面度，要保證玻璃水平偏差滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后才可以加螺母固定。

為保證注膠效果，在注膠前要用二甲苯清洗玻璃縫處的污漬，待風(fēng)干后再用設(shè)計(jì)規(guī)定牌號(hào)硅酮膠進(jìn)行注膠；為了保證膠縫嵌填密實(shí)，注膠時(shí)最好采用雙人里外同步、勻速按照同樣的次序和方法進(jìn)行注膠。注膠完成后進(jìn)行刮膠，這一過程中如果發(fā)現(xiàn)局部打膠缺陷，要先切除清理干凈以后再進(jìn)行補(bǔ)膠。整個(gè)幕墻安裝完成后，用中性清潔劑采用自上而下的方法清洗幕墻及外露件。清洗之前一定要確保中性清潔劑對(duì)不銹鋼爪和玻璃沒用腐蝕作用。

5 總結(jié)

綜上所述， 預(yù)應(yīng)力索桁架點(diǎn)支式弧形玻璃幕墻的建筑內(nèi)外結(jié)構(gòu)輕穎，通透性好，技術(shù)含量高，是當(dāng)今應(yīng)用最多的新型幕墻結(jié)構(gòu)形式。但是對(duì)它的受力分析比較復(fù)雜，工藝要求也比較高。因此必須針對(duì)這些特點(diǎn)和難點(diǎn)，制訂并執(zhí)行嚴(yán)格的技術(shù)控制措施，才能確保工程正常進(jìn)行，同時(shí)大膽創(chuàng)新，仔細(xì)研究，才能獲得良好效果。筆者相信隨著科技的發(fā)展，這種結(jié)構(gòu)形式會(huì)越來越多的應(yīng)用在各種場合。

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（編輯：張慧）

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