大自重開合式玻璃天窗屋蓋高平整度施工工藝研究

周海洋 曾峰 郭明顯 王繼隆 楊玉川

摘 要：隨著商業(yè)建筑的進一步升級換代，開合玻璃天窗屋蓋結(jié)構(gòu)在商業(yè)步行街和中庭中被廣泛使用，但其自重大，易勞損，開合運行頻率高的特點，對屋蓋軌道的平整度提出了新的要求。本文結(jié)合貴陽市西南國際商貿(mào)城玻璃天窗開合屋蓋結(jié)構(gòu)施工，介紹了大自重開合式玻璃天窗屋蓋高平整度的施工工藝，并對對玻璃天窗開合屋蓋結(jié)構(gòu)的構(gòu)件制作、工藝流程及控制要求、屋蓋結(jié)構(gòu)支座定位、鋼結(jié)構(gòu)箱梁拼裝及吊裝方法及軌道安裝方法等關(guān)鍵技術(shù)進行了總結(jié)，該技術(shù)的實施，能夠保證屋蓋結(jié)構(gòu)施工的一次成型，加快工程進度，提高施工質(zhì)量，降低開合過程中的摩擦，有效控制了機械開合噪音，對類似工程的設(shè)計和施工具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：滑動式；屋蓋結(jié)構(gòu)；玻璃天窗；平整度；施工

引 言

隨著社會的進步，回歸自然、低碳環(huán)保的理念已深入人心，人們對大自然的空氣、陽光和天空有了更為深層次的熱愛，各種可合式天窗結(jié)構(gòu)在各類商業(yè)設(shè)施、體育場館逐漸普遍[1]。與傳統(tǒng)屋蓋結(jié)構(gòu)不同，開合式玻璃天窗屋蓋結(jié)構(gòu)有著自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點和受力變形特征[2～3]。為更好地滿足開合式建筑對采光、通風、消防排煙等需求，確保玻璃天窗屋蓋結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定性和開合機械裝置的正常運行，保證屋蓋滑道較高的平整度顯得十分必要。

目前，隨著商業(yè)建筑的進一步升級換代，商業(yè)步行街也開始采用大面積的開合屋蓋結(jié)構(gòu)，且其材料往往不同于體育場館，采用的是自重相對較大的玻璃天窗，加上閉合狀態(tài)時要求屋蓋結(jié)構(gòu)的防水效果和運行過程時要求控制機械開合噪音，這就使得玻璃天窗開合屋蓋體系的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)和施工安裝精度有了更高的要求[4～5]。本文結(jié)合西南商貿(mào)城商業(yè)步行街滑動式屋蓋結(jié)構(gòu)的實際情況，分析了開合式剛性屋面滑動玻璃天窗屋蓋結(jié)構(gòu)的主要特點，重點介紹了其高平整度的施工工序，為類似工程的設(shè)計和施工提供一定參考。

1 工程概況

貴陽西南國際商貿(mào)城，位于貴陽市觀山湖區(qū)西南部，規(guī)劃面積約10km2，投資總額600億元，總建筑面積約1420萬m2，是一個集市場經(jīng)營、國際貿(mào)易、現(xiàn)代物流、電子商務(wù)、次級CBD于一體的大型綜合性商業(yè)集群。其商業(yè)步行街采用的是開合式玻璃天窗屋蓋結(jié)構(gòu)，開合式玻璃天窗屋頂結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)屋架，其上安裝可以整體平動開合的玻璃天窗。屋蓋寬度43.2m，最大跨處21.6m，其中一期項目所需安裝的開合式玻璃天窗屋蓋結(jié)構(gòu)長度就達到400多米。

由于玻璃天窗異于其他開合屋蓋結(jié)構(gòu)體系所用屋面材料，其具有自重大、易勞損、開合運行頻率高的特點，開合屋蓋兩側(cè)的滑輪組和軌道必須保持同樣的坡度，不能出現(xiàn)高低不同或坡度不一的情況，否則開合屋蓋將無法安全運行，對玻璃天窗也將產(chǎn)生很大的次生應(yīng)力，鋼化玻璃損壞下墜，將造成重大的安全事故，對軌道平整度提出了較高要求，以確保玻璃天窗屋蓋結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定和開合機械裝置的正常運行，同時減少商業(yè)區(qū)的噪音和振動[6～7]。為了實現(xiàn)上述目標，在施工過程中，對施工工藝開展了大量的研發(fā)工作，保證了滑行天窗高平整度要求。

2 工藝原理

大自重開合式玻璃天窗屋蓋高平整度施工工藝概況起來包括預(yù)埋件支座的控制、箱梁的預(yù)拼裝控制、吊裝精準度控制、軌道安裝控制四部分內(nèi)容，通過控制四部分的精確度，最終實現(xiàn)滑行天窗的高平整度，保證滑道的有效運行[8]。

首先，預(yù)埋件按照施工圖紙的要求，采用靠尺和水準儀嚴格進行其軸線定位和標高確定，保證其整體平面位置、高度尺寸誤差控制在2mm，水平度誤差控制在1mm；其次，鋼箱梁組裝及預(yù)拼裝考慮整體胎架梁段的重量、結(jié)構(gòu)位置、外形輪廓及起拱等因素設(shè)計并制造，特別是單元的定位標記線、節(jié)段節(jié)點中心線、分段軸線、高程定位基準定位標記線等重點控制，箱梁焊接主焊縫采取從左到右或從中間到兩邊的焊接順序，減少撓曲變形，保證尺寸和垂直度的偏差在合理范圍之內(nèi)；再次，箱梁吊裝過程中，嚴格按控制點或控制線進行復(fù)核，平面位置用經(jīng)緯儀檢查是否二線合一，垂直方向用水準儀測量各控制點標高，與設(shè)計值相比較，可用千斤頂在底面進行微調(diào)，如此的反復(fù)，直至各項偏差都控制在1mm范圍內(nèi)；最后，軌道就位前，畫出軌道工作面中心線，并在支承框架上精確放出軌道就位線及中心線，用經(jīng)緯儀、N3精密水準儀對軌道安裝的軸線相對位置、垂直度、平行度進行檢校，并通過微調(diào)螺栓進行調(diào)整，軌道工作面標高，水平坡度采用標高控制，在軌道工作面上按間距1m設(shè)三個測點，按中間誤差2.0mm控制。為了保證工藝實施過程中的精度，做到全過程實時監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即查找原因，調(diào)節(jié)工藝流程。

3 施工工藝及操作要點

滑移軌道在整個滑移過程中起承重導(dǎo)向和徑向限制構(gòu)件水平位移的作用[9]。為了能夠在預(yù)定工期內(nèi)開展并順利的做好屋蓋的滑移工作，所以在滑移之前，軌道現(xiàn)場安裝的精度需予以保證，主要包括以下操作要點：

3.1 預(yù)埋件支座的控制

預(yù)埋件支座的精確平整是軌道平整的基礎(chǔ)，因此為了保證軌道高平整度要求，預(yù)埋件支座的平整度誤差必須得到有效控制。在施工中的主要做法包括：

軸線定位和標高確定：按照施工圖紙的要求，在柱上預(yù)埋板處，進行軸線放線定位，確保預(yù)埋板的位置在柱子的正中心，嚴格控制好標高；

預(yù)埋板加固：根據(jù)設(shè)計要求，提前將埋件下料，把預(yù)埋板焊接好，安裝前檢查預(yù)埋板上螺栓相對位置是否符合設(shè)計要求，檢查后，在預(yù)埋板上采用畫十字絲并根據(jù)定位軸線確定埋板的位置；

預(yù)埋板固定：柱子鋼筋綁扎完成后，調(diào)整好預(yù)埋板的位置和標高并符合要求后，用短的廢料鋼筋焊接好預(yù)埋板腳撐，插入到柱子鋼筋內(nèi)。同時，用靠尺調(diào)整預(yù)埋板水平度，再將預(yù)埋板點焊在柱子鋼筋上加固，防止?jié)仓炷習r發(fā)生偏斜，加固后復(fù)核預(yù)埋板的標高和水平度；

復(fù)查整體平面尺寸：加固完成復(fù)查整體平面位置尺寸，符合設(shè)計要求后，澆灌混凝土。

3.2 箱梁的預(yù)拼裝

箱梁是屋蓋的支撐結(jié)構(gòu)，滑道鑲嵌在箱梁表面，因此，設(shè)計時對箱梁結(jié)構(gòu)的偏差提出了具體要求，為了滿足該要求，在施工中的主要做法包括：

胎架制造控制：鋼箱梁組裝及預(yù)拼裝考慮整體胎架梁段的重量、結(jié)構(gòu)位置、外形輪廓及起拱等因素設(shè)計并制造，特別是單元的定位標記線、節(jié)段節(jié)點中心線、分段軸線、高程定位基準定位標記線等重點控制，胎架完工后由檢驗人員檢查及監(jiān)理檢查合格后投入使用；

箱梁的拼接：用汽車吊將箱梁一端擱在胎架上，另一端用襯板點焊在一端的上翼緣板上，兩端支座放在地面上，臨時支撐、固定；

箱梁焊接：主焊縫采取從左到右或從中見到兩邊的焊接順序可以減少撓曲變形，減少尺寸和垂直度的偏差。

3.3 精準吊裝

大體積箱梁結(jié)構(gòu)的吊裝是保證軌道高平整度的重要環(huán)節(jié)。為滿足安裝精度要求，其主要做法包括：

復(fù)核預(yù)埋板標高：復(fù)核預(yù)埋板的標高誤差，使整體平面位置與高度尺寸偏差控制在2mm，水平度偏差控制在1mm；

吊前安全檢測：起吊前檢查吊耳、焊縫、吊點鋼絲繩綁扎質(zhì)量，無誤后方可起吊；

箱梁吊裝：起吊30cm并停留5min，檢查吊機和鋼絲繩綁扎情況，箱梁平衡及變形情況，無異常后方可繼續(xù)緩緩上升，箱梁底部超過安裝標高后停止吊升，稍稍停頓，待箱梁穩(wěn)定后，緩緩下降，穩(wěn)住箱梁對準安裝十字絲，做到一次性準確落位；

支座固定：調(diào)整好箱梁支座的標高和平整度后，擰緊支座的螺栓，固定支座。

3.4 軌道安裝

軌道安裝是確保其高平整度的核心環(huán)節(jié)，因此，對其要求更加嚴格。在施工中的主要做法包括：

箱梁尺寸復(fù)核：軌道安裝前復(fù)核箱梁跨距、標高，確認無誤后，將支座圍焊加固；

軌道放線：在箱型梁上放出軌道的安裝基準線和中心線，按5m分段標出箱梁和H型梁連接處兩個標高點，按規(guī)范要求同一跨間內(nèi)統(tǒng)一截面高差不大于10mm；

軌道安裝：按照安裝精度要求進行軌道安裝，為了保證軌道在焊接的過程中的變形在規(guī)定范圍內(nèi)，在焊接過程中全過程監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即查找原因，調(diào)節(jié)焊接工藝流程；管道安裝完成后，按照要求進行復(fù)核。

4 結(jié) 論

玻璃天窗具自重大，易勞損，開合運行頻率高，每片玻璃天窗開合屋蓋兩側(cè)的滑輪組和軌道必須保持同樣的坡度，不能出現(xiàn)高低不同或坡度不一的情況，否則影響天窗的正常開合，甚至導(dǎo)致玻璃損壞下墜，引發(fā)安全事故。為了保證玻璃天窗的正常運行，施工中從各個環(huán)節(jié)嚴格控制其平整度，保證了結(jié)構(gòu)的一次成型，提高了施工質(zhì)量，較大程度的改善了屋蓋結(jié)構(gòu)的防水效果，降低了開合過程中的摩擦，進而保證了施工、運行期的安全運行，切實做到了節(jié)能減排、低碳環(huán)保，避免了返工，其綜合社會經(jīng)濟價值較大，能夠為類似滑移式結(jié)構(gòu)的滑道施工提供參考。

參考文獻

[1]關(guān)富玲，徐旭東，楊超輝，等.開合屋蓋結(jié)構(gòu)的設(shè)計——奧運體育場館[J].力學(xué)與實踐，2008，30（3）：15～23.

[2]范重，趙長軍，李麗等.國內(nèi)外開合屋蓋的應(yīng)用現(xiàn)狀與實踐[J].施工技術(shù)，2010，39（8）：1～7.

[3]關(guān)富玲，程媛，余永輝，等.開合屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2005，26（4）：112～116.

[4]陳以一，江曉峰，陳揚驥.大型開閉屋蓋結(jié)構(gòu)極端狀況研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，2007，28（1）：21～27.

[5]張鳳文，劉錫良.開合屋蓋結(jié)構(gòu)的發(fā)展及開合機理研究[J].鋼結(jié)構(gòu)，2001，16（4）：1～6.

[6]黃呈偉，高永林，等.建筑開合屋蓋結(jié)構(gòu)的概述及其發(fā)展[J].鋼結(jié)構(gòu)，2007，22（10）：1～5.

[7]王生.異形雙層金屬屋面系統(tǒng)在杭州灣大橋海中平臺工程中的應(yīng)用[J].中國建筑防水，2009（增刊1）：17～21.

[8]張傳成，劉船，鄒愛華，王海濤.蕭山國際機場航站樓工程設(shè)計與施工綜述[J].建筑技術(shù)，2014（05）：390～396.

[9]李沛玲，黃呈偉，高永林，等.建筑開合屋蓋結(jié)構(gòu)的概述及其發(fā)展[J].鋼結(jié)構(gòu)，2007，22（10）：1～5.

作者簡介：曾峰（1989-），男，主要從事建筑工程施工工作。

楊玉川（1990-），男，碩士，主要從事巖土結(jié)構(gòu)研究工作。