王景陽　張軍良　蘇建成

高層建筑弧形幕墻格構鋼結構施工技術

王景陽張軍良蘇建成

隨著經(jīng)濟水平和建筑水平的提高、設計方法和設計理念的進步，高層建筑越來越多的興建，建筑幕墻從簡單化、規(guī)整化向多元和復雜化發(fā)展，作為支撐結構的鋼結構也愈加復雜，對鋼結構的加工和安裝技術提出了很高的要求。本文以中航技易發(fā)研發(fā)中心工程為例，工程根據(jù)設計特點，選擇大型汽車吊吊裝、電動卷揚機加動滑輪吊裝相結合的安裝技術，保證了結構的順利吊裝。

弧形格構鋼結構；電動卷揚機吊裝

中航技易發(fā)研發(fā)中心工程的酒店外側(cè)為弧形玻璃幕墻，幕墻結構骨架為91米高的弧形格構鋼結構，其上方為扇形大跨度空間桁架，弧形幕墻鋼結構采用大型汽車吊吊裝和電動卷揚機吊裝相結合的安裝技術，既保證了安裝效率，又節(jié)省了施工成本。施工前根據(jù)計算軟件模擬吊裝狀態(tài)，確定吊裝點位置、吊裝點連接節(jié)點構造，確保相關結構安全。

1　工程概況

1.1總體建筑概況

中航技易發(fā)研發(fā)中心工程總建筑面積151737.79m2，其中總部辦公樓地上建筑面積41825.87 m2，商務酒店地上建筑面積38903.15 m2，裙房3地上建筑面積1814.35 m2，主體結構形式為鋼筋混凝土框架結構，部分附屬結構為鋼結構。

圖1　整體效果圖

1.2弧形幕墻鋼結構概況

弧形格構幕墻鋼結構位于本工程酒店外側(cè)，酒店和辦公樓之間空間桁架的下方。鋼結構與混凝土主體結構局部有連接，鋼結構頂部距離空間桁架鋼結構最小距離為440mm，弧形格構幕墻鋼結構施工時，空間桁架已安裝就位。

弧形幕墻鋼結構安裝位置為-6m至91.1m，安裝總高度為97.1m。鋼結構由圓管桁架結構和H型鋼梁結構組成。圓管桁架結構由7根格構柱和之間桁架梁組成，1根鋼柱為三肢格構柱，其余為兩肢格構柱，柱底設置獨立基礎，安裝標高從-6.000m至91.320m，與混凝土結構通過鋼粱連接，鋼柱頂部與上方的空間桁架無連接，柱截面為φ351×16，兩肢距離為800mm和921mm。桁架梁為平面桁架結構，安裝在格構柱之間，安裝標高與主體混凝土樓層標高相同，主管截面為φ159×10，支撐桿件截面為φ83×7。桁架梁與格構柱均為焊接連接。

H型鋼梁結構為懸挑結構，主體混凝土結構預設埋板，鋼梁上部鋪設壓型鋼板，鋼梁最大截面為H500×200×10×16，安裝標高與桁架梁相同。

圖2　弧形幕墻結構三維模型示意圖

圖3　弧形幕墻結構平面示意圖

2　工程重點和難點

2.1弧形幕墻鋼結構安裝時上部鋼屋蓋已安裝完成，幕墻鋼結構與上部屋蓋結構凈距小，最小位置只有440mm，安裝幕墻鋼結構上部桿件時利用鋼屋蓋作為受力點，鋼屋蓋、臨時措施桿件和連接節(jié)點均需進行施工驗算。

2.2格構弧形梁現(xiàn)場與鋼柱牛腿對接焊接，對弧形梁的加工精度和牛腿安裝精度要求高。

3　弧形幕墻鋼結構的安裝

安裝方案采用150t汽車吊安裝、卷揚機安裝和倒鏈人工安裝相結合的方案。

總體安裝順序：地腳螺栓安裝→第一節(jié)鋼柱安裝→鋼柱間桁架梁安裝→懸挑陽臺梁安裝→下一節(jié)鋼柱安裝→鋼柱間桁架梁及懸挑陽臺梁安裝→順序安裝鋼柱及之間的桿件。

3.1地腳螺栓安裝

3.1.1地腳螺栓施工工藝：

地腳螺栓安裝程序：測量放線 → 安裝固定鋼支架→ 穩(wěn)固地腳螺栓→ 調(diào)校合格→ 澆注砼（土建單位施工）→ 初凝前復?！炷琉B(yǎng)護→拆除固定支架。

3.1.2安裝步驟如下：

第一步：在柱腳基礎鋼筋綁扎過程中，根據(jù)設計圖紙測量放線，確定地腳螺栓安裝位置和角度；

第二步：安裝定位鋼板和地腳螺栓，定位鋼板頂標高為-6.000m；

第三步：利用定位支架把地腳螺栓群綁定整體，與基礎鋼筋上部可靠固定；

第四步：地腳螺栓安裝就位和基礎底板鋼筋綁扎過程中用水準儀和全站儀控制鋼柱中心位置、標高和安裝角度。

3.2鋼柱安裝

3.2.1格構柱分段安裝，標高-6.000m至91.074m鋼柱分為9段，標高-6.000m至23.425m鋼柱分為三段，鋼柱最大重量7.7t，最大長度為13.195m。

采用150t汽車吊、卷揚機和人工倒鏈安裝。利用150t汽車吊安裝5節(jié)鋼柱，第6節(jié)至第9節(jié)鋼柱利用卷揚機和倒鏈安裝，第1節(jié)至第5節(jié)鋼柱采用150t汽車吊直接安裝，第6至第9節(jié)鋼柱安裝。

3.2.2在大屋蓋合攏安裝完成后進行安裝。通過設置在屋架下弦的連接板作為受力支撐點，通過設置在21層上混凝土樓板上的卷揚機作為提升動力，下弦連接板連接動滑輪。具體安裝步驟如下所示：

步驟一：利用卷揚機將構件提升至第5節(jié)柱鋼柱平臺位置附近，連接鋼柱頂部倒鏈。鋼柱頂部倒鏈連接至混凝土柱樓層根部位置；

步驟二：繼續(xù)提升，高于安裝標高500mm時，停止提升，連接鋼柱底部倒鏈。底部倒鏈拉結至下節(jié)鋼柱頂部位置；

步驟三：緩慢下落，同時底部倒鏈拉緊，使鋼柱底部逐漸接近安裝位置；

步驟四：下落同時調(diào)整鋼柱頂部倒鏈和卷揚機鋼絲繩，使鋼柱緩慢就位。

圖4　安裝布置示意圖

3,2,2.1吊裝點設置

吊點設置在大屋蓋結構下弦桿件上，所有吊點位置距離弧形幕墻鋼結構外皮距離均為2m，便于工人操作和鋼柱水平移位。

3.2.2.2吊點位置

吊點采用抱箍與大屋蓋下弦桿件連接，用4根M30的螺桿連接兩塊25mm鋼板，螺桿兩端均設置2個螺母，防止螺母松動。如下圖所示：

圖5　抱箍正視圖

圖6　抱箍側(cè)視圖

圖7　抱箍俯視圖

3.2.2.3抱箍計算

根據(jù)抱箍尺寸，參照《鋼結構設計手冊》，鋼板按照兩邊支撐板設計，

考慮一定的安全儲備，板厚選用25mm。

底板承載力驗算：

設計值為295N/mm2，安全系數(shù)為2.32倍。

錨桿規(guī)格選?。嚎紤]安全儲備及螺栓受力不均勻情況，按照單根螺栓承受全部吊裝重量來考慮，最大拉力為2X9=18t=180KN，剪力按照最不利的情況考慮，最大剪力為90KN。

選取10.9s級M30螺栓，承載力核算：

均滿足使用要求。

抱箍在經(jīng)過項目部及監(jiān)理單位驗收合格后再進行吊裝。

3.3弧形梁安裝

梁懸挑采用150t汽車吊安裝和倒鏈安裝相結合的安裝方案。安裝方法與格構柱安裝相同。

3.4卷揚機及滑車設置

鋼柱吊裝采用卷揚機加雙輪滑車或單滑車的形式，滑車最大吊重為20t。卷揚機規(guī)格選擇：

3.4.1三肢柱：

鋼柱最大重量為7.5t；

鋼絲繩重量：采用雙輪滑車，有效繩數(shù)為3。提升高度為100m，鋼絲繩規(guī)格為21.5mm，鋼絲繩總長為350m，鋼絲繩重量為350×200/100=700Kg；

滑車重量為150Kg；

總計重量約為9t。

跑繩拉力計算：采用雙輪滑車，有效繩數(shù)為3，總重量為9t。

跑繩拉力S=0.41Q=0.41×9=3.69t；

3.4.2兩肢柱：

鋼柱最大重量為5t；

鋼絲繩重量：采用雙輪滑車，有效繩數(shù)為2。提升高度為100m，鋼絲繩規(guī)格為21.5mm，鋼絲繩總長為250m，鋼絲繩重量為250×200/100=500Kg；

滑車重量為150Kg；

總計重量約為6t。

3.4.3跑繩拉力計算：采用單輪滑車，有效繩數(shù)為2，總重量為7t。跑繩拉力S=0.59Q=0.59×6=3.54t；選用5t卷揚機，滿足吊裝要求。

卷揚機型號為5t慢速卷揚機。設置6臺卷揚機在21層混凝土樓板上，利用塔吊和人工倒運至安裝位置。

圖8　卷揚機和導向滑輪位置示意圖

3.5卷揚機及導向滑輪與混凝土樓板連接

卷揚機及導向滑輪與混凝土梁及混凝土板采用化學錨栓連接，卷揚機底座與混凝土樓板采用4組4M12化學錨栓連接，導向滑輪與混凝土梁采用4個M20化學錨栓連接。為保證化學錨栓均勻受力，所有化學錨栓位置設置鋼墊板，墊板厚度為16mm，孔徑比螺栓大2mm，墊板與預埋件圍焊，焊縫尺寸為12mm。卷揚機與混凝土樓板連接如下圖所示：

圖9　卷揚機與樓板連接示意圖

導向滑輪與混凝土梁連接節(jié)點如下圖所示：

圖10　卷揚機與混凝土梁連接示意圖

化學錨栓計算如下：

M12錨栓單個設計拉力17.6KN，平均抗剪力為28KN，每個卷揚機16根錨栓總設計剪力448KN，卷揚機實際最大剪力為50KN（按照最大繩拉力考慮），安全系數(shù)8.96倍。

M20錨栓單個設計拉力51.5KN，平均抗剪力為76KN，每個4根錨栓總設計拉力為260，剪力304KN，導向滑輪實際最大剪力為36.9KN（按照1倍跑繩拉力考慮），最大拉力為73.8KN（按照2倍跑繩拉力考慮），安全系數(shù)4.1倍。

化學錨栓施工完成后，按規(guī)范要求進行現(xiàn)場拉拔試驗。

4　施工現(xiàn)場管理

4.1構件進場后進行構件驗收，保證構件加工滿足現(xiàn)場安裝要求；

4.2吊車吊裝過程中設置警戒區(qū)域，非作業(yè)人員進行進入此區(qū)域；

4.3卷揚機吊裝前應對卷揚機、鋼絲繩、抱箍、卷揚機固定點和倒滑輪固定進行驗收，驗收合格后再進行吊裝。吊裝過程中派專人對上述部位進行巡檢，發(fā)現(xiàn)問題立即停止吊裝。

5　結束語

中航技易發(fā)研發(fā)中心酒店外側(cè)弧形玻璃幕墻鋼結構施工根據(jù)現(xiàn)場實際情況，因地制宜，用兩種安裝方案相結合的方式很好地體現(xiàn)了技術措施的先進性、合理性、安全性和經(jīng)濟性，同時為幕墻實現(xiàn)外觀的建筑效果提供了保證，降低了工程成本，縮短了工期。

（作者單位：中國新興建設開發(fā)總公司）

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