雄安站大跨弧形拉索玻璃幕墻施工技術(shù)研究

楊俊明

(中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司 山西太原 030024)

1 引言

建筑玻璃幕墻作為重要的圍護(hù)和裝飾性結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特優(yōu)美的造型具有強(qiáng)烈藝術(shù)感，玻璃的高通透性也使空間開闊，使之成為當(dāng)代一種新型墻體。國內(nèi)學(xué)者對此進(jìn)行了一系列研究，如宋秋芝等[1]分析了我國玻璃幕墻發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢；楊華等[2]研究了雙層玻璃幕墻對辦公建筑室內(nèi)光環(huán)境及能耗的影響；萬成龍等[3]對平行拉索式點(diǎn)支承既有玻璃幕墻安全進(jìn)行了評估分析；陳晨等[4]對拉索玻璃幕墻連接件抗傾覆性能的影響因素進(jìn)行了分析；劉正權(quán)等[5]對點(diǎn)支式玻璃幕墻張拉索桿支承體系自振特性參數(shù)進(jìn)行了分析；王禹等[6]分析了點(diǎn)式安裝玻璃幕墻在火災(zāi)中的破裂行為；何京波等[7]基于動測法對隱框玻璃幕墻硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)強(qiáng)度的檢測方法進(jìn)行了研究；岳麗婕等[8]對彈簧裝置在玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究；董英等[9]對呼吸蓄能式玻璃幕墻進(jìn)行了研究與設(shè)計；彭德坤等[10]論述了大扭轉(zhuǎn)雙向曲面玻璃幕墻設(shè)計與施工；郭志強(qiáng)[11]對外傾階梯式懸挑玻璃幕墻的施工技術(shù)進(jìn)行了研究。持續(xù)的研究使得玻璃幕墻在近幾十年來獲得了長足的發(fā)展，已成為當(dāng)前建筑物外墻裝飾中的新潮流。針對目前高鐵站房上采用大跨弧形拉索玻璃幕墻較少的情況，本文結(jié)合雄安高鐵站房工程，對其西立面大跨弧形拉索玻璃幕墻進(jìn)行施工技術(shù)研究，相關(guān)經(jīng)驗可為類似工程提供借鑒。

2 工程概況及重難點(diǎn)分析

2.1 工程概況

雄安站是一座站城一體化(TOD)設(shè)計的高鐵站[12]，鐵路站場總規(guī)模11臺19線，站房建筑面積47.52萬m2，其西面正中入口為一個豎直面大跨弧形拉索玻璃幕墻(豎向單索)，玻璃面為平面南北弧形曲面布置。拉索與玻璃面之間采用不銹鋼夾具連接，豎向拉索下端固定在地面混凝土梁或鋼結(jié)構(gòu)門斗鋼結(jié)構(gòu)上，上端拉索固定在曲形鋼梁上(見圖1)。幕墻最大豎向直線距離為25.4 m，最大水平直線跨度為126 m。玻璃幕墻外弧形布置，弧形半徑279 m；水平弧形布置單索結(jié)構(gòu)在橫向不便張拉，使用單方向張拉，形成單索帷幕，共42列，間距3 m，拉索為直徑43 mm的Z型閉合索；玻璃為12＋12Ar＋12鋼化中空雙銀LOW-E玻璃(超白)，主要玻璃分隔尺寸為3 000 mm×1 500 mm(寬×高)；垂直索結(jié)構(gòu)同時承受垂直荷載和水平荷載，玻璃起橫向穩(wěn)定的作用。

圖1 雄安高鐵站房拉索玻璃幕墻示意

2.2 重難點(diǎn)分析

(1)工期緊、任務(wù)重。雄安站整個工期從2018年12月6日開工，2020年12月16日竣工，總工期741 d；而索拉幕墻的施工工期為2020年8月至10月；在工期如此緊迫的情況下，現(xiàn)場多種工序要同時進(jìn)行，施工設(shè)備眾多，完成其西立面大跨弧形拉索玻璃幕墻施工，任務(wù)重。

(2)由于工期緊，要提高拉索玻璃幕墻的安裝效率，其施工設(shè)備的選取尤為重要。

(3)大跨弧形拉索的張拉順序及拉索幕墻形狀控制是難點(diǎn)。

(4)由于是大跨弧形拉索玻璃幕墻，玻璃的安裝順序、安裝質(zhì)量控制也很重要。

3 拉索玻璃幕墻施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工設(shè)備的選取

由于工期緊張，傳統(tǒng)吊籃安裝方式不用滿足要求，因此，本工程拉索、玻璃幕墻的安裝選用高空曲臂車(見圖2)、汽車吊、卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行拉索玻璃幕墻施工。拉索張拉機(jī)具:?43 mm不銹鋼拉索采用“油壓泵＋傳感器”設(shè)備來張拉；安裝完成后內(nèi)力測定機(jī)具為拉索預(yù)緊測力器。

圖2 拉索玻璃幕墻安裝用的高空曲臂車

3.2 施工流程

施工準(zhǔn)備→測量放線→牛腿安裝→拉索地錨安裝→駁接座焊接→拉索的安裝及張拉調(diào)整→玻璃夾具安裝→玻璃安裝→拼縫注膠→幕墻整體清潔。

3.3 拉索安裝與張拉

拉索及夾具均由專業(yè)廠家定制。拉索采用Z型閉合索，鋼絲抗拉強(qiáng)度≥1 320 MPa，彈性模量為(1.3±0.1)×105MPa。支撐桿采用316材質(zhì)不銹鋼加工而成。夾具由不銹鋼鑄件熔鑄后機(jī)加工而成，其材質(zhì)為CD3 MN不銹鋼。

3.3.1 拉索安裝

(1)利用預(yù)張拉設(shè)備及標(biāo)記筆在豎向拉索上設(shè)置索夾安裝位置的標(biāo)識點(diǎn)。

(2)豎向拉索按照從左到右的順序，對應(yīng)拉索編號順序。首先將拉索頂部端固定在纖維帶上，采用吊車或者卷揚(yáng)機(jī)設(shè)備將拉索提升至頂部牛腿，固定好上部過載保護(hù)裝置，使用吊機(jī)吊裝放索或?qū)Ｓ梅潘鞅P放索，使其拉索成自由下垂?fàn)顟B(tài)后，固定下部拉索，安裝好下部銷軸。如此類推完成其他拉索安裝，如圖3所示。

圖3 現(xiàn)場安裝后的拉索

3.3.2 拉索張拉

(1)張拉思路

豎向拉索采用液壓千斤頂張拉。張拉又分為3級，第1級張拉力為設(shè)定預(yù)應(yīng)力值的50%，第2級為75%，第3級為100%，達(dá)到設(shè)計要求后錨固。各級張拉時間間隔不少于12 h。

(2)張拉模擬分析與張拉順序

采用反向法模擬拉索的每一步張力控制值，通過模擬分析得出每一步控制點(diǎn)的坐標(biāo)值以及豎向索的軸力值。根據(jù)仿真結(jié)果，對各級張拉工況下的節(jié)點(diǎn)位移和索內(nèi)力進(jìn)行控制。把豎向拉索從左到右編號為S1～S42號，張拉順序示意如圖4所示。

圖4 拉索張拉順序示意

張拉時采用單索一端張拉。為盡可能地保證固定拉索的鋼梁在張拉過程中豎向均勻變形，減小單向拉索張拉時對另一方向拉索的影響，采用中間向兩端對稱間隔張拉的方式，具體張拉順序如下:

①對S1、S13、S33拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

②對S3、S15、S35拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

③對S5、S17、S37拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

④對S7、S19、S39拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

⑤對S9、S21、S41拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

⑥對S11、S23拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

⑦對S25、S31拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

⑧對S27、S29拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

⑨對S2、S14、S34拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

⑩對S4、S16、S36拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

[11]對S6、S18、S38拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

[12]對S8、S20、S40拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

[13]對S10、S22、S42拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

[14]對S12、S24拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

[15]對S26、S28拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

[16]對S30、S32拉索同時進(jìn)行第1級張拉并臨時錨固。

按照以上順序進(jìn)行第2級張拉、第3級張拉。

每一步張拉順序中都有兩三根拉索，這意味著這兩三根拉索同時張拉，通過間隔對稱張拉可以更好地控制索網(wǎng)形狀。

3.3.3 拉索幕墻形狀控制

張拉由專人負(fù)責(zé)。每級張拉時，對拉索幕墻中控制點(diǎn)的變形進(jìn)行測量，并及時調(diào)整拉索，以滿足設(shè)計要求(注意門斗上部和落地位置的拉索達(dá)到不同對應(yīng)保險絲破斷荷載)。

張拉全部完成后，應(yīng)對拉索幕墻的形狀進(jìn)行全面測量，確保其符合設(shè)計要求；否則，應(yīng)調(diào)整豎向拉索的張拉力。

(1)測點(diǎn)布置

施工中選擇6道豎向拉索作為索力監(jiān)測對象，對應(yīng)的拉索錨固點(diǎn)作為主體鋼結(jié)構(gòu)的位移監(jiān)測對象，另外指定索網(wǎng)形狀監(jiān)測點(diǎn)，如圖5所示。

圖5 拉索索力監(jiān)測點(diǎn)

(2)拉索監(jiān)測

利用張拉設(shè)備對拉索索力進(jìn)行檢測。張拉完成后，對索力進(jìn)行48 h監(jiān)測，索力穩(wěn)定即可。

(3)監(jiān)測結(jié)果

對拉索索力和拉索幕墻形狀的檢測，得到了實(shí)測值，并與理論值進(jìn)行比較，得知實(shí)測值與理論值基本吻合，則拉索幕墻形狀滿足設(shè)計要求。

3.4 玻璃幕墻安裝

3.4.1 玻璃定制

拉索幕墻部位的玻璃型號為12＋12Ar＋12鋼化LOW-E中空玻璃，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為3 000 mm×1 500 mm(寬×高)，重量約350 kg；最大板塊尺寸為3 000 mm×2 000 mm(寬×高)，重量約450 kg；加工采用先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，確保各玻璃板塊精度。本工程定制玻璃由廠家生產(chǎn)后直接運(yùn)至施工現(xiàn)場。

3.4.2 玻璃安裝順序

本玻璃幕墻為大跨度弧形結(jié)構(gòu)，根據(jù)玻璃安裝過程對拉索影響工況分析，確定玻璃的安裝順序為從下往上、從中間往兩邊安裝，如圖6所示，圖中紅色箭頭表示玻璃由下往上安裝，黃色箭頭表示玻璃由中間往兩邊安裝。

圖6 玻璃安裝順序示意

3.4.3 玻璃安裝

考慮到玻璃板塊面積較大且重，為確保玻璃板塊能安全快速的安裝，采用2臺高空曲臂車作為操作平臺，汽車吊配合吊裝。檢查不銹鋼夾具與玻璃之間的尺寸，要滿足設(shè)計要求；細(xì)查夾具、不銹鋼拉索、玻璃表面，其缺陷不超過規(guī)范要求。

吊運(yùn)玻璃面板至待放入幕墻分格處，施工人員調(diào)整好玻璃位置，然后進(jìn)行安裝，保證玻璃四邊縫隙及位置滿足設(shè)計要求。

玻璃吊裝采用布綁扎方式，頂部采用吊車或者卷揚(yáng)機(jī)提升玻璃，玻璃與吊裝掛鉤之間采用手拉葫蘆，用于安裝調(diào)節(jié)玻璃進(jìn)入不銹鋼夾具槽口中。蓋上不銹鋼壓板，擰緊壓板螺栓。首層玻璃安裝完成后，安裝上面第二塊玻璃時，該玻璃吊裝到位后，下部進(jìn)入夾具前，將下一塊玻璃上部的2個夾具壓板螺栓松掉一部分，留出玻璃入槽空隙。下放手拉葫蘆，將上面第二塊玻璃落在夾具槽口中，壓緊夾具，同時擰緊四個角的夾具，完成第二塊玻璃安裝。重復(fù)上面步驟，完成上一塊玻璃安裝，如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場玻璃安裝

3.4.4 注密封膠

注密封膠是防止空氣滲透和雨水滲漏的關(guān)鍵工藝。先用不脫毛且干凈的清潔布和二甲苯清洗液，清潔玻璃接縫，粘貼刮膠紙；在接縫清洗后0.5 h內(nèi)注入玻璃密封膠，超過0.5 h要重新清潔。在密封膠固化前進(jìn)行刮平或刮凹。注膠后，確保膠線粗細(xì)均勻、平整、無氣泡，粘接牢固且美觀。

3.4.5 玻璃幕墻整體清潔

玻璃幕墻整體清潔是驗收前的最后工序，不能馬虎。

揭開不銹鋼飾面保護(hù)膜膠紙，用刀片刮凈玻璃表面污物、膠絲等，用中性溶劑清潔，再用清水沖洗干凈。清潔全程注意成品保護(hù)。

3.5 實(shí)施效果

選用高空曲臂車、汽車吊、卷揚(yáng)機(jī)等施工設(shè)備，采取以上施工技術(shù)，雄安站西立面大跨弧形拉索玻璃幕墻按期完成安裝，相比于傳統(tǒng)吊籃安裝，節(jié)約了時間，效率高，也更安全。安裝好的拉索玻璃幕墻如圖8所示。

圖8 安裝后的雄安站拉索玻璃幕墻

4 結(jié)語

雄安高鐵站完成建設(shè)并投入運(yùn)營已1年多，實(shí)踐表明，采用本文的拉索玻璃幕墻施工技術(shù)是成功的，并得以下結(jié)論:

(1)選用高空曲臂車、汽車吊、卷揚(yáng)機(jī)等進(jìn)行拉索玻璃幕墻施工，相比于傳統(tǒng)吊籃安裝，節(jié)約時間，效率高，也更安全。

(2)采用豎向拉索單索一端張拉、從中間向兩端對稱間隔張拉的方式，保證了固定拉索的鋼梁在張拉過程中豎向均勻變形，減小了單向拉索張拉時對另一方向拉索的影響。

(3)從下往上、從中間往兩邊的玻璃安裝順序，解決了大跨度弧形結(jié)構(gòu)玻璃幕墻施工難題，保證了玻璃幕墻安裝質(zhì)量。