超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)研究

李 凌 云

（中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司，重慶 400037）

0 引言

近年來，我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益完善，各類超高層、大型公共建筑不斷涌現(xiàn)。隨著我國超高層建筑規(guī)模的逐漸擴大，以鋼結(jié)構(gòu)為支撐體系的建筑幕墻受到了廣泛應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、裝配化程度高等優(yōu)點，其承載能力與變形能力可以滿足幕墻外圍面板結(jié)構(gòu)的受力需求，因此鋼結(jié)構(gòu)支撐體系在我國建筑幕墻工程項目中的應(yīng)用已成為一種趨勢。

幕墻是建筑工程施工技術(shù)不斷發(fā)展的產(chǎn)物，是將技術(shù)與藝術(shù)融為一體的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，隨著我國對建筑美學(xué)、建筑功能等因素的追求，幕墻鋼結(jié)構(gòu)支撐體系跨度越來越大，建造形態(tài)越來越新穎，對鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)與工藝的要求也越來越嚴(yán)格。但在建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中仍存在一定技術(shù)問題?；诖?，本文開展超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)研究，以期為推動我國超高層建筑幕墻的健康發(fā)展提供實踐依據(jù)。

1 工程概況

重慶市某大型商場工程項目，包括商業(yè)區(qū)與辦公區(qū)兩部分，總建筑面積約8.4 萬m2。該商場規(guī)劃高度為168 m，地上52 層，地下3 層為停車場，該商場工程項目為一類超高層建筑，設(shè)計使用年限為60年。在商場建筑的外立面主要有金屬門窗系統(tǒng)與玻璃幕墻系統(tǒng)兩個外裝飾系統(tǒng)，其中幕墻為曲面異形玻璃幕墻，設(shè)計使用年限為20 年，其幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)形式為鋼柱。本工程的主要施工難點為商業(yè)區(qū)大跨度、大傾斜曲面異形玻璃幕墻的安裝。為滿足異形幕墻的造型與受力需求，本工程選用具有承載力高、變形小、穩(wěn)定性強等特性的鋼結(jié)構(gòu)作為支撐體系，同時采用預(yù)埋件的形式將鋼結(jié)構(gòu)的高強度材料（如鋼索、鋼繩等）與建筑混凝土結(jié)構(gòu)連接，以提升幕墻造型的適應(yīng)性并降低幕墻施工難度。

2 超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工

2.1 測量放線

由于超高層建筑幕墻結(jié)構(gòu)安裝施工工藝較為復(fù)雜，所以在正式施工前需要做好施工準(zhǔn)備工作[1]。首先在現(xiàn)代化、專業(yè)化的工廠流水線上加工制作本工程使用的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，并在嚴(yán)格的質(zhì)量管理與控制下完成鋼材進(jìn)場工作，在檢查完到場的鋼材后，開始進(jìn)行測量放線工作[2]。由于本工程中幕墻造型為不規(guī)則結(jié)構(gòu)，所以測量放線工作是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對整體鋼結(jié)構(gòu)安裝施工質(zhì)量控制至關(guān)重要。本文主要采取平面測量控制網(wǎng)結(jié)合極坐標(biāo)測量定位的方法完成鋼結(jié)構(gòu)安裝測量放線工作，即在逐級建立符合施工要求的安裝控制網(wǎng)后，通過極坐標(biāo)法進(jìn)行測量定位，在進(jìn)行測量放線施工過程中，需要嚴(yán)格控制每一個環(huán)節(jié)的測量誤差，只有測量精度符合要求后才能進(jìn)行下一道工序。一般情況下，在布設(shè)幕墻鋼結(jié)構(gòu)測控網(wǎng)時，需要將其與建筑工程原始測量控制網(wǎng)相交，以防止幕墻鋼結(jié)構(gòu)測控網(wǎng)收口位置發(fā)生交叉沖突，在建立測區(qū)控制網(wǎng)時，需要確定測量控制點（見圖1）。

圖1 幕墻鋼結(jié)構(gòu)測量控制點布置示意圖

如圖1 所示，點A，B，C，D 為超高層建筑工程承包方所提供的測點，點1，2，3，4 為本文布置的測點。在超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工現(xiàn)場，按照圖1 位置選擇平穩(wěn)且牢固的地面，建設(shè)觀測墩，并進(jìn)行保護(hù)。然后結(jié)合工程的實際情況，在施工過程中將布置的測控點逐步向上引測，從而成立測區(qū)控制網(wǎng)[3]。最后，在超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中，根據(jù)測控網(wǎng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)體系的測量放線，及時記錄測量數(shù)據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)誤差較大，需要及時采取措施對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部調(diào)整，以保障幕墻鋼結(jié)構(gòu)的安裝施工質(zhì)量。

2.2 鋼構(gòu)件吊裝

由于本工程中應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)整體規(guī)模較大，所以本次施工中將鋼結(jié)構(gòu)分為多個部分，進(jìn)行分次吊裝[4]，吊裝至指定位置后再將構(gòu)件節(jié)點連接在一起，以避免鋼結(jié)構(gòu)體系在吊裝過程中發(fā)生安全事故。在進(jìn)行幕墻鋼構(gòu)件吊裝施工時，需要在設(shè)計圖紙與工程精準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上展開[5]，由于幕墻鋼構(gòu)件重量較大，本次施工采用100 t 汽車吊進(jìn)行吊裝施工。由于鋼管柱的剛性較好，本次施工采用兩點起吊法，即在鋼管柱的兩端設(shè)置吊點，便于起吊與校正（見圖2）。

圖2 鋼柱吊點示意圖

當(dāng)鋼柱吊裝前期工作準(zhǔn)備就緒，需要先進(jìn)行試吊，即在鋼柱吊起1.5 m 時停止，此時對吊具與鋼柱的穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，確保安全后繼續(xù)進(jìn)行鋼柱吊裝。吊裝至設(shè)計位置時，需要對鋼柱進(jìn)行校正。在鋼柱放下后，通過底板螺母來調(diào)整鋼柱的標(biāo)高，確保鋼柱安裝誤差控制在2 mm 以內(nèi)，同時在吊車不松鉤的情況下，調(diào)整鋼柱底板與控制軸線對齊，并通過纜風(fēng)繩矯正法，對鋼柱垂直度進(jìn)行校正，確保鋼柱吊裝無誤后，開始進(jìn)行鋼梁的吊裝施工[6]。在吊裝鋼梁之前，需要在地面將鋼梁整體結(jié)構(gòu)拼裝起來，檢驗無誤后開始空中吊裝。本次施工主要采用專用扁擔(dān)吊裝鋼梁，采用兩點起吊法，在鋼梁結(jié)構(gòu)上綁扎鋼絲繩，確保鋼梁與吊車之間鎖死，避免發(fā)生施工事故。在鋼梁吊裝至空中時，以先下層梁后上層梁的順序進(jìn)行安裝，并在鋼梁就位后采用撬棍進(jìn)行校正，在校正鋼梁孔位時，需要確保不會影響鋼柱的垂直度。最后，在超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)全部吊裝完畢后，需要進(jìn)行整體校驗，一是對鋼柱垂直度進(jìn)行校驗，要求鋼柱垂直度的誤差控制在8 mm 以內(nèi)，如果垂直度不符合施工要求，需要通過調(diào)平螺母的方式對鋼柱進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)平螺母過程中為避免影響鋼結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)幅度不可過大；二是對鋼梁彎曲度進(jìn)行校驗，鋼梁的彎曲度誤差需要控制在5 mm 以內(nèi)，如果彎曲度不符合施工要求，可以通過倒鏈的方法進(jìn)行校正[7]。通過檢驗鋼構(gòu)件吊裝的準(zhǔn)確性與緊密性，從而保障超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的質(zhì)量。

2.3 節(jié)點連接

由于本次施工采用的幕墻鋼結(jié)構(gòu)由多個鋼構(gòu)件組成，所以在鋼構(gòu)件吊裝結(jié)束后，需要對整個鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行節(jié)點連接[8]，防止后續(xù)施工時出現(xiàn)觸點鋼結(jié)構(gòu)散架等問題，從而影響幕墻施工效果。針對鋼結(jié)構(gòu)與建筑主體結(jié)構(gòu)剪力墻的連接，為提升鋼結(jié)構(gòu)的連接質(zhì)量，采用如圖3 所示的預(yù)制構(gòu)件連接法。

圖3 與主體建筑連接示意圖

在建筑的主體結(jié)構(gòu)剪力墻中預(yù)埋預(yù)制構(gòu)件，通過螺母與鋼柱連接在一起，從而將幕墻鋼結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的自重荷載均勻傳遞至主體結(jié)構(gòu)墻上，具有較為穩(wěn)定的固定效果。針對鋼柱之間的連接，每兩個分段鋼柱之間都設(shè)有連接鋼柱，與鋼筋牢固焊接在一起，所以在鋼柱開孔后需要將套筒與鋼筋緊密焊接在一起，套接在鋼柱上，且控制插入鋼柱底座的鋼筋長度為1 cm 左右。在鋼柱安裝斜梁時，如果斜梁安裝位置在鋼筋短板區(qū)間，需要采用焊接的形式進(jìn)行牢固連接，如果斜梁截面較小，可以適當(dāng)調(diào)整斜梁的角度，控制其與鋼柱之間相互繞開[9]。針對鋼結(jié)構(gòu)的各基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)節(jié)點之間的連接[10]，為提升鋼結(jié)構(gòu)整體安裝效果，需要采用焊接的方式進(jìn)行連接，本文綜合考慮鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接效果與經(jīng)濟效益等因素，決定采用手工電弧焊的焊接方式，該焊接方式可以最大限度地縮短幕墻鋼結(jié)構(gòu)各基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)節(jié)點之間的距離，進(jìn)而保障幕墻鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的連接質(zhì)量。如果在鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接施工過程中發(fā)生問題，施工人員必須結(jié)合實際情況，及時采取相應(yīng)措施來優(yōu)化節(jié)點連接技術(shù)，從而提升幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工效果。與此同時，在超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點連接過程中，某些節(jié)點需要采用螺栓進(jìn)行連接[11]，此時需要考慮螺栓的強度與使用性能，選擇與幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工相符的高強度螺栓，以提升螺栓的整體作用效果，進(jìn)而提升超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

2.4 防腐涂裝

在安裝固定后，需要對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防腐涂裝，以延長鋼結(jié)構(gòu)體系的使用壽命[12]。在涂裝之前，需要對鋼結(jié)構(gòu)的安裝連接情況進(jìn)行詳細(xì)檢查，如果鋼構(gòu)件存在鐵銹、焊縫藥皮、油污等雜物，會影響涂裝質(zhì)量，需要對鋼結(jié)構(gòu)外部進(jìn)行清理。清理后開始正式進(jìn)行防腐涂裝施工[13]，施工采用的防腐材料為奶黃醇酸調(diào)和漆，為保障涂裝效果，避免防腐材料在后續(xù)應(yīng)用過程中發(fā)生脫落等現(xiàn)象，本文采用多次涂刷的方式進(jìn)行防腐材料的涂裝，且每一次的防腐材料黏度與稠度保持均勻一致。防腐涂裝過程中，采用噴漆槍進(jìn)行涂刷施工，便于控制防腐材料的涂刷厚度。在涂刷第一層防腐材料時，采用從上至下的方式進(jìn)行涂刷，控制涂刷方向保持一致，且接槎整齊。當(dāng)?shù)谝粚臃栏牧贤耆稍锖螅酝瑯拥姆椒ㄍ克⒌诙畏栏牧?，避免出現(xiàn)油漆流墜、發(fā)皺等現(xiàn)象。在涂刷第二層防腐材料時，其涂刷方向需與第一層方向保持垂直，且涂刷厚度均勻一致。涂刷結(jié)束后，需在防腐材料外部對鋼構(gòu)件進(jìn)行編號[14]，如果是重大構(gòu)件需要注明重心位置及定位編號，至此本次超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工結(jié)束。

3 施工監(jiān)測

為了確保在超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工過程中，鋼構(gòu)件的力學(xué)性能滿足幕墻施工安全需求，必須進(jìn)行嚴(yán)格的施工監(jiān)測，從而掌握鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力的變化情況。在布置監(jiān)測點時需要遵循如下原則：綜合考慮幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工的經(jīng)濟性與現(xiàn)實性來選擇監(jiān)測點的布設(shè)位置，且布置的監(jiān)測點不能對鋼結(jié)構(gòu)造成壓力；根據(jù)桿件受力模式確定是否需要以對稱的方式來布置監(jiān)測點，如果僅受軸力作用的桿件只布設(shè)一個監(jiān)測點即可，如果受軸力與彎矩雙重作用的桿件需要在其兩側(cè)對稱布設(shè)監(jiān)測點；監(jiān)測點布設(shè)的位置需要在桿件受力最大處，同時避開焊接等區(qū)域。本文主要從鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化及形變兩個方面進(jìn)行施工監(jiān)測，其中應(yīng)力的監(jiān)測需要采用由敏感元件組成的振弦式傳感器來實現(xiàn)，該傳感器所測量出的頻率變化即可轉(zhuǎn)換為鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變值，對本次施工監(jiān)測的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行處理統(tǒng)計，由于數(shù)據(jù)量較大，本文僅提取部分具有代表性的監(jiān)測結(jié)果（見圖4）。

圖4 幕墻鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化監(jiān)測結(jié)果

從圖4 可知，隨著施工工期的不斷推進(jìn)，幕墻鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力呈緩慢上升狀態(tài)，但圖4 所示的4 個監(jiān)測點的應(yīng)力最終均穩(wěn)定在一個固定值，其中鋼結(jié)構(gòu)最大的應(yīng)力為48 MPa，由此可見，本次超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力的整體變化相對平穩(wěn)，滿足施工要求。在進(jìn)行超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)的變形監(jiān)測時，通過監(jiān)測精度較高的全站儀來測量鋼結(jié)構(gòu)在X，Y，Z軸的位移變化，從而呈現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)的幾何變形情況，施工監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 幕墻鋼結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測結(jié)果與理論值對比

由表1 可知，隨著施工工期的增加，幕墻鋼結(jié)構(gòu)變形值不斷增大，其中實測最大變形值為21.4 mm，出現(xiàn)在X軸。但是，在本次施工監(jiān)測過程中，各監(jiān)測點的實測變形值與理論值整體上沒有過大的變化，最大相差僅為3.4 mm，可能是受監(jiān)測儀器誤差等因素的影響。綜上，本次超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工質(zhì)量較好，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力與形變的變化情況在可控范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加快，火車站、商場、劇院等超高層建筑建設(shè)規(guī)模逐漸增大，但是我國建筑領(lǐng)域?qū)Τ邔咏ㄖ粔Φ膽?yīng)用還處于起步階段。基于此，本文研究了超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)，以理論分析的形式指導(dǎo)工程實踐，并通過實際工程項目的施工監(jiān)測，驗證了本文所設(shè)計的幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工技術(shù)的可行性與可靠性。但在實際超高層建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)安裝施工中，應(yīng)將安全作為首要考慮因素，今后將針對施工安全控制問題繼續(xù)進(jìn)行深入探討，以期進(jìn)一步推動我國建筑領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。