建筑幕墻鋼結構施工技術的運用研究

朱曉寧 黃兆淑

(山東彩旺建設有限公司，山東 濟南 250000)

大多數(shù)民用鋼結構都使用墻系統(tǒng)實現(xiàn)外部立面效果。貼附墻材料-外部立面帷幕墻通常需要透過穿過外墻和建筑隔熱層的鋼元件連接到主體結構(鋼梁或柱)。

1 鋼結構在幕墻工程中的發(fā)展歷程

鋼結構在建筑幕墻工程中得到了廣泛的應用，這是人們很久沒有想到的。幕墻在中國建筑史上開始出現(xiàn)是在20世紀80年代左右，但從本質上講，最初實施幕墻工程的不是建筑企業(yè)，而是飛機制造企業(yè)。當時，幾乎所有的幕墻企業(yè)都屬于飛機制造企業(yè)。他們所知道和熟悉的是鋁合金建筑材料，而不是鋼結構。當幕墻應用于酒店等設施的建設時，樓層高度一般在3～4m左右。此類設施使用鋁合金材料可以完全滿足建筑的受力程度要求，因此無需使用鋼結構。最后，在20世紀90年代初，有關幕墻工程的法規(guī)終于將鋁合金排除在外，開始使用鋼結構，但這一決定在初期并未被業(yè)內大多數(shù)人所接受。因此，鋼結構相關體系開始了新的創(chuàng)新和進一步完善的過程。經過長時間的探索和整改，從1996—1998年，廣東的一些建筑開始在幕墻工程中采用鋼結構。此外，經過多年和多次強臺風，建筑物的狀況一直很好。這也為鋼結構在幕墻工程中的廣泛應用奠定了基礎。鋼結構也具有實用性，事實證明其在幕墻工程中的優(yōu)勢。多年來，我國建立的鋼結構幕墻在使用鋼結構時從未出現(xiàn)過安全問題。許多地區(qū)的鋼結構工程在多次強臺風后甚至可以保持完整。幾年來,相關的科研人員也一直在對鋼構件在建筑幕墻施工中的運用情況進行不斷分析、研究和實驗,為實現(xiàn)極限的效果,大部分的支撐構件都是采用了柔性焊接的鋼材構件,且在測試時的抗震規(guī)模也遠遠超出了國家所規(guī)定的設防強度。在這樣的條件下,幕墻試塊的最大位移就達到了七十分之一至五十分之一,而一般來說超過了這樣的最大移動程度實際房子就應當坍塌了,而幕墻試件的所有鋼結構都還可以維持下來,而這些實驗結果也顯示,在幕墻建筑中鋼結構的應用,已經完全能夠滿足標準的強抗要求。

2 支撐鋼結構在建筑幕墻中應用的常見形式

2.1 剛架結構形式

作為剛性結構的基本鋼結構在墻中也很常見——現(xiàn)代工程機械幕墻。簡單體系結構的最大優(yōu)點是它可以用桿將金剛連接固定在里面，這樣它的優(yōu)點是更加剛性和抗變形性更強。但是，由于彎曲力在桿組合中的傳輸良好，節(jié)點結構變得更加復雜，質量要求也更高。

2.2 索桿結構形式

索桿構件中的支撐鋼結構,指的是利用張拉施工法在索桿結構中施以預應力,以使構件產生一定強度和抵抗變形性能。因為他們所使用的索桿形狀多變、結構輕盈、透明度好,且富有較高的美學表現(xiàn)力,所以也被廣泛應用在了現(xiàn)代的建筑幕墻工程設計當中。但是,由于索桿構造形式上屬于一類幾何的非線性構造,其自身張應力對剛性結構的變響很大,所以設計與建造困難度都很大。

3 幕墻鋼結構設計內容及要點

3.1 確定邊界條件

首先考慮主構件梁上的結構，然后考慮主構件柱部分中的結構，最后考慮混凝土板上的結構。除了與主體構件的邊界之外，幕墻鋼構件通常是幕墻系統(tǒng)的主要支撐構件，但它們也具有與其頂部相關聯(lián)的幕墻材料(例如鋁、玻璃)的輪廓條件。由于建筑幕墻的外觀特點，幕墻鋼結構構件的外觀造型應進行控制，不得干擾幕墻表皮。內外制作皮質鋼結構墻體的三明治的特殊位置，設計要求往往非常嚴格，影響建筑外觀和建筑空間尺度，這可以產生空間體積的作用不大，因此在皮質結構墻體中，根據(jù)建筑設計理論和相關建筑設計圖紙，鋼結構基本上是必要的，基于復雜的邊界，將需要鋼結構的設計體積，然后選擇合理的結構布局形式來達到需要。

3.2 合理的埋件設計

總的來說，與幕墻鋼結構預埋部分安裝系統(tǒng)相比，主體有兩個，第一個是前預埋部分，第二個是后預埋部分?？偟膩碚f，這兩個嵌入部分的影響主要是混凝土結構和鋼結構之間需要合理的聯(lián)系。對于預埋鋼件，重點是必須在鋼板中鉆孔，并在桿直徑穿透后同時采用焊接方法。在混凝土按照相關設計規(guī)定，以及內部材料的粘結能力和對支撐的反應完成之前，還必須確定嵌入鋼零件的位置。合理的強度，并由此確定嵌入的鋼件能夠承受相應支架的反作用力。同時，在這種情況下，要求還應保證與周圍混凝土結構的連接距離間隔能夠滿足要求，對于那些較大的剪力儲備，也必須嚴格測量相互之間的連接距離，必要時做一套特殊的切口扳手。與后埋件相比，主要是后錨固螺栓和化學夾。在這種情況下，首先必須確定后錨固螺栓使用一個化學錨固螺栓，并在此基礎上，通過其外部結構接受的相對載荷，做出后錨固螺栓結構類型的合理選擇,而由于后置錨栓一般都會在對水泥開始澆注和凝結的基石上經過開孔加工,所以,這也就會將對混凝土基礎造成一定的沖擊,另外,由于后錨栓與水泥間的黏結性也很有限制,所以,在這種基石上的外部負荷承載也相當小。

3.3 支撐鋼結構在建筑幕墻中應用的參數(shù)計算

1)強度驗算。強度試驗算法是在負荷能力有限的條件下對建筑結構剛度的評估，計算時應適當考慮工作條件和環(huán)境的影響。設計值必須采用最不利的值；2)穩(wěn)定的計算。通常應通過《鋼結構設計規(guī)范》來實現(xiàn)結構構件的穩(wěn)定性計算,它具體可分為二個部分進行分析,一部分是總體穩(wěn)定性分析,一部分是局部穩(wěn)定性分析。若整體構造比較復雜,則還可使用相關軟件,利用幾何或非線性屈曲進行分析。

3.4 降低太陽輻射負荷強度

為減少太陽輔輻射負荷強度對幕墻產生的不良影響,可以通過在幕墻表層使用高強度的反射鍍膜材料,使得幕墻隔熱效率到達了相應的規(guī)范要求,從而能夠在相應程度上提升了鋼構幕墻的隔熱效率,從而實現(xiàn)了墻體保溫節(jié)電的目的。

3.5 減少熱損失

為了降低高層鋼結構建筑節(jié)能幕墻的電導率，必須采取措施，根據(jù)總傳熱減少總熱負荷損失，這也是縮小總溫差的重要手段。為了減少熱負荷損失，可以對不同的墻結構(幕墻)使用不同的建筑材質，也可以通過修改方向來設計墻結構(幕墻)。

3.6 在幕墻上應用鍍膜鋼化玻璃

目前，玻璃幕墻仍是中國大型建筑建設的重要組成部分。盡管玻璃幕墻比幕墻的主要構件(幕墻)具有某些優(yōu)勢，但其導熱系數(shù)較低在某種程度上限制了墻構件(建筑幕墻)的能耗。雖然可以使用6mm+9a+6mm空心內嵌幕墻有效降低傳統(tǒng)幕墻結構的傳熱系數(shù)，但可以降低傳統(tǒng)幕墻的能耗，以實現(xiàn)節(jié)能目標。

4 建筑幕墻鋼結構施工技術的運用研究

在鋼構件設計及幕墻施工推進過程中,本工程項目并沒有象常規(guī)工程項目那樣采用各自單獨施工的方式,但是由于充分考慮了鋼結構工程與幕墻結構工程設計之間的相互關聯(lián)性,在鋼結構工程推進方案設計時便充分考慮了未來幕墻結構施工時所必須的銜接節(jié)點及其所必須預留的焊接地點,并把整個幕墻結構工程設計的推進節(jié)點都體現(xiàn)在了鋼結構的模型上,這樣就可以對幕墻結構設計所需要的位置做出了最好的復核,同時也降低了幕墻結構工程設計現(xiàn)場二次焊接的工程量,整個鋼構的設計前期工作全部都在加工場進行。

4.1 重視施工前的準備工作

在對節(jié)能型幕墻進行施工前,就必須進行全面的準備工作,可以為節(jié)能型幕墻的安裝奠定牢固的技術基礎。首先,相關的工作人員必須提前對節(jié)能型建筑目前的建設情況做好掌握。特別是針對于施工現(xiàn)場的建設狀況,還必須做好詳細的勘察,以便準備好設計合理的建筑幕墻。其次在對幕墻進行工程設計完成以后,也即完成了幕墻的施工任務以前,就必須到原材料交易市場上對幕墻的原材料進行仔細的選擇。隨著建材行業(yè)在近些年來發(fā)展突飛猛進,而相關的建筑原材料市場為謀取最大利潤也是良莠不齊。因此相應的建筑幕墻原材料采集人員也必須要經過精心篩選。第三層面,相關的工作人員也必須在建筑施工前后對硅銅結構做出必要的檢測。因此,硅銅結構對整體幕墻的建筑施工有著非常關鍵的意義。影響著整體幕墻的建筑品質。第四層面,就是必須在開始建筑施工以前,要對整體項目目前的施工周期,做出全面的計劃。在建設期限和必要的施工節(jié)點都明確以后,各個部門就可以更好地進行相應的管理工作。第五個方面,相關的監(jiān)理機關必須在施工前對幕墻施工的圖紙和實際的施工進行細致的勘察,保證沒有其他不適配的問題。

4.2 幕墻施工技術要點

在幕墻建筑施工的過程當中,必須重視一些相應的技術要求。首先是由于理論與實踐上的差距。雖然目前相關建筑技術已經是一種相對精細化的流程了,但在建筑設計過程當中或者在最后建筑施工的過程當中,卻總是出現(xiàn)了一定難以避免的誤差。因此相應的建筑工程人員就必須在發(fā)現(xiàn)問題的時候,及時做出適當?shù)恼{整處理。以避免幕墻與實際建筑物體之間存在一些明顯的誤差甚至是間隙,影響建筑物總體的品質,或者其隔熱防風的功效。此外在現(xiàn)代的施工設計及其相應的實際操作過程中,通常都能夠運用到網絡甚至是其他的互聯(lián)網技術手段進行操作,能夠有效減少很多差錯,從而提高了建筑施工的精確度,所以我們需要合理運用先進的網絡技術手段,來進一步增強幕墻建筑施工技術的能力優(yōu)勢。

4.3 控制預埋件施工質量

第一,為提高預埋件與主構件連接處的強度,當對二者實施聯(lián)接時,所用的水泥強度要在C20之上。在鋼筋預埋件澆筑過程中可能會出現(xiàn)一定的偏移問題,要避免鋼筋預埋件偏移問題的發(fā)生,首先需要通過鋼筋對預埋件安裝做出合理定位。第二,在砼澆筑現(xiàn)場施工的整個過程中,施工人員必須針對混凝土的情況做出嚴格分析,并對其做出仔細觀測,一旦在建筑施工流程中發(fā)生了偏移,就要及時采用相應措施修正偏移,以確保砼澆筑質量。第三，澆注鋼預埋件時，不要使用加工過的鋼板作為錨栓，要選擇合格的熱軋鋼板直徑。錨固桿直徑大于20cm時，必須用穿孔盲板焊接。如果錨桿直徑小于20cm，錨桿可采用壓力弧焊方法焊接。在焊接操作中，你通常不能在l型和井型同時固定鋼棒。此外，模具必須有效連接，焊接過程中可以使用手動連接。請注意，手工焊接時，焊接寬度應大于6mm。第四，如果工人在預埋件裝配過程中需要進行一定的抗氧化工作，那么預埋件的焊接面可以通過熱鍍鋅工藝進行有效處理，并保證熱鍍鋅層厚度在40cm以上。最后，在連接和澆筑建筑幕墻的砌體部分時，還必須將鋼筋混凝土加到兩部分的主體構件上一起，以保證連接部分的結構強度。

4.4 提高人員安全意識

由于設計墻鋼構件(建筑幕墻)時存在固有的安全風險，在設計墻鋼構件(建筑幕墻)時，輕微的疏忽可能會引起安全問題，并直接影響到整體設計效率和墻鋼構件的安全水平因此，必須向參與建造幕墻鋼構件的所有工程師提供有效的技術培訓，以幫助他們迅速熟悉施工過程和相應的施工技術，并在施工過程中適當管理潛在的安全風險，從而確保建筑幕墻鋼構件的施工安全和工程質量具有重要意義。同時,還要求有關人員在作好所有的安全防范工作以后開展建筑幕墻鋼構件工程建設,從而使得建筑施工安全與工程的整體建設管理水平提高。

4.5 人員崗位職責

認真履行項目工程管理職責,對意外情況和質量問題負責。制定了各項施工的質量,安全以及工期管理和文明施工的技術保障措施,并負責落實。對項目各項管理人員進行監(jiān)督和教育。建設項目主要技術責任人加強對建設項目施工技術標準與質量檢驗管理的工作,并對其工作能力與服務質量負責。對建筑施工過程的技術監(jiān)督管理與控制,對由于建筑工程技術控制問題造成的不合格工程承擔直接責任。實施工程控制專業(yè)知識培訓教學和人員專業(yè)技能訓練,標準化作業(yè)過程,確保操作人員的安全和工程的質量。質檢員制訂各項質量規(guī)劃,并配合管理組織執(zhí)行,積極搜集各項關于質量管理的合理化意見,及時反映各項信息,整合信息并提出合理化建議。認真進行對本工程項目的質量檢驗、監(jiān)測、品質管理,搜集管理產品質量文檔,并組織了產品質量管理體系和產品質量參考資料的編寫,專人負責到石材生產廠家及礦山抓質量,防止原材料的不合格品進入施工現(xiàn)場并防止石料的色差。物料員要對到場的物料做好清點與合理的堆放,作好保溫防潮的工作,要管理好到場物料,對物品的使用狀況有清楚的記載,避免浪費行為,按時準確地對所用的物料做好購買和供應。搞好了產品質量服務管理工作,對新購買來的原材料進行了檢驗,如有不合格產品進行及時有效的處理。按照現(xiàn)場時間,可以確定材料分段、分批的進行時間,保證正常的施工所需的材料工具。預算實施一個嚴格的計劃，并控制每次施工所需的材料數(shù)量。承擔施工過程，由于所有或更多部門計劃招標工程設計中的結構變化。嚴格控制設備材料消耗，避免材料浪費。預算特殊情況下所預留的流動資金,以確保正常的施工。生產班組長主管班級的生產安全等全面管理工作,對本班級的質量和工程進度管理。做好對本小組工程質量、安全、工期、文明工地的具體管理工作和思想教育工作。在管理工作中要求本組職工做好施工操作規(guī)程,遵守公司的各項規(guī)章制度。要求本組工作人員仔細地嚴格執(zhí)行質量控制程序,并作好原始筆錄。施工隊伍必須是到工地進行技術知道檢查的隊伍,施工員必須認真執(zhí)行施工單位的規(guī)章制度和各項施工標準,并按時向班組完成對工作進度和重大安全隱患的匯報。并能有一定的處理突發(fā)問題的能力。

5 結語

總的來說，對于墻-建筑幕墻，鋼結構的應用需要在相應的施工過程中得到加強，以確保墻-建筑幕墻和鋼結構之間的粘結力，從而提高墻-建筑幕墻的建筑質量和穩(wěn)定性。