張心彬

上海金冠幕墻股份有限公司 上海 201104

建筑立面采用玻璃幕墻作外圍護結(jié)構(gòu)并配以鋁板裝飾條的形式越來越多。同時，單元式幕墻由于其施工方便、節(jié)能環(huán)保的特點，近年來得到了迅速推廣。目前，單元式幕墻外裝飾條施工時大量采用焊接形式。盧星存等[1]研究表明，雖然幕墻連接件焊接殘余應(yīng)力不會影響整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布、剛度和承載力，但在焊縫周圍60 mm范圍內(nèi)，殘余應(yīng)力最大值接近材料的屈服強度。沈雋等[2]在對單元板連接的大型外裝飾條所產(chǎn)生的側(cè)向荷載及彎矩進行計算時，得出焊接產(chǎn)生的焊縫會對幕墻系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響的結(jié)論，并認為采用焊接形式時焊縫需保證結(jié)構(gòu)要求。祝偉等[3]認為幕墻施工中的焊縫應(yīng)飽滿平滑，不得有夾渣、裂紋。范晶[4]在工程實踐中得出結(jié)論：除非為呈現(xiàn)特定的外觀效果，幕墻工程施工時應(yīng)盡量減少焊縫數(shù)量和焊縫長度，以提高工程質(zhì)量。鄭春等[5]在某幕墻工程裝飾條施工要點中指出，鋼方管及角鋼進行焊接時要考慮焊接偏差，避免累積，以確保裝飾線條尺寸準確。

基于大裝飾條在安裝施工中的難點，設(shè)計團隊開發(fā)出一種新型的第二支點安裝系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用全螺栓連接，三維可調(diào)，可有效消除安全隱患，安裝效果可靠，且提升了結(jié)構(gòu)偏差吸收能力，從而減少了成品損壞現(xiàn)象。該系統(tǒng)在上海某超高層建筑外裝飾條施工過程中得到成功應(yīng)用，解決了由于裝飾條巨大、操作空間狹小、風(fēng)壓大等導(dǎo)致的焊接難度大、返工率高、周期長等技術(shù)難題。

1 幕墻結(jié)構(gòu)第二支點安裝系統(tǒng)研究

1.1 現(xiàn)行第二支點安裝系統(tǒng)

現(xiàn)行大裝飾條第二支點安裝方式都是將轉(zhuǎn)接件通過焊接直接安裝在主結(jié)構(gòu)上[6]，現(xiàn)有技術(shù)單元體第二支點安裝豎剖、橫剖節(jié)點如圖1所示。

圖1 現(xiàn)有技術(shù)豎剖、橫剖節(jié)點

該技術(shù)存在以下幾點不足：

1）現(xiàn)場大量采用焊接，焊接質(zhì)量較難控制。

2）焊接時操作空間狹小，且為仰焊，對工人技術(shù)水平要求較高，焊接質(zhì)量很難把控；裝飾條外挑較長，側(cè)向受力較大，存在較大的安全隱患，且不利于成品保護。

3）現(xiàn)場大量采用焊接，安裝間隙較小，極易燙傷已安裝的鋁材及玻璃，造成不可修復(fù)的破壞。

4）安裝精度要求較高。焊接完成后左右無法調(diào)節(jié)，因此對鋼件定位要求較高。

5）在工程施工過程中，易出現(xiàn)諸多問題，直接導(dǎo)致施工周期延長，影響工程進度。

1.2 新型第二支點安裝系統(tǒng)

根據(jù)工程特點創(chuàng)新研發(fā)了第二支點安裝系統(tǒng)（圖2），其通過在結(jié)構(gòu)鋼梁外側(cè)面焊接固定平板。該平板設(shè)有豎向的通槽，通槽面向結(jié)構(gòu)鋼梁的側(cè)面焊接有哈芬槽，使其開口與通槽對正，哈芬槽內(nèi)設(shè)有能滑動的T形螺栓。平板外側(cè)面設(shè)有水平的連接橫梁，該連接橫梁兩側(cè)面與平板通過L形的轉(zhuǎn)接件固定連接。轉(zhuǎn)接件的2個側(cè)面相互垂直，第一側(cè)面通過T形螺栓與平板固定連接，第二側(cè)面通過固定螺栓與連接橫梁固定連接，兩垂直側(cè)面端部設(shè)有三角形加強肋。

圖2 創(chuàng)新技術(shù)三維

為便于三維調(diào)節(jié)，第一側(cè)面設(shè)有橫向的第一長孔，T形螺栓位于該第一長孔內(nèi)。連接橫梁設(shè)有豎向的第二長孔，第二側(cè)面設(shè)有橫向的第三長孔，固定螺栓分別穿過該第二長孔和第三長孔。為在調(diào)節(jié)后能夠牢靠地固定位置，第一長孔和第三長孔周圈均設(shè)有豎向的鋸齒，T形螺栓末端和固定螺栓末端均設(shè)有帶豎向鋸齒的墊片。該創(chuàng)新技術(shù)的豎剖、橫剖節(jié)點如圖3所示。

圖3 創(chuàng)新技術(shù)豎剖、橫剖節(jié)點

由于哈芬槽（圖4）與平板結(jié)合設(shè)計并預(yù)制在主體鋼結(jié)構(gòu)上，且均布橫梁左右兩側(cè)，因此能承受較大的側(cè)向荷載。豎向哈芬槽與T形螺栓的齒牙咬合關(guān)系可以實現(xiàn)螺栓的上下調(diào)節(jié)，同時避免豎向滑動。轉(zhuǎn)接件采用雙向拉齒，可實現(xiàn)左右、前后調(diào)節(jié)，進而達到三維可調(diào)的目的。同時，哈芬槽與平板預(yù)制在鋼結(jié)構(gòu)上可對鋼結(jié)構(gòu)本身起到局部加強的作用，滿足了幕墻結(jié)構(gòu)受力及連接要求。此外，哈芬槽還具有防側(cè)移功能，可實現(xiàn)臨時定位功能，使螺栓在未擰緊的情況下，仍可實現(xiàn)定位。超高層建筑大裝飾條懸挑長，外挑達1 000 mm，第二支點的連接處側(cè)向風(fēng)荷載大，標準值為5.23 kPa。為能夠承受較大風(fēng)壓，轉(zhuǎn)接件采用鋼材質(zhì)，同時在側(cè)向增加2塊肋板，以加強抗彎性能。

圖4 創(chuàng)新技術(shù)哈芬槽（紫色）

當現(xiàn)場安裝單元體時，可在安裝單元體前，就將第二支點的鋼轉(zhuǎn)接件進行臨時安裝定位。單元體安裝就位后，由于第二支點三維可調(diào)，使得安裝較為方便。在大型裝飾條的安裝中，為保證整體裝飾條的結(jié)構(gòu)強度，現(xiàn)有施工技術(shù)一般是在與主體結(jié)構(gòu)連接部位采用全部焊接的工藝，但焊接時的高溫極易將安裝完成的鋁材及玻璃燙傷，造成不可修復(fù)的破壞。因此，在焊接空間狹小的不利條件下，創(chuàng)新的第二支點安裝系統(tǒng)相較于現(xiàn)有施工技術(shù)而言，由于全部采用螺栓連接，故能夠避免現(xiàn)場的大量焊接工作，大大提高了現(xiàn)場施工的安全性，改善了施工條件。同時，新型第二支點安裝系統(tǒng)的三維可調(diào)功能可有效地控制安裝質(zhì)量，消除安全隱患，提升吸收結(jié)構(gòu)偏差的能力，減少對成品的破壞。

2 工程實施案例

2.1 背景介紹

上海前灘中心辦公樓項目建筑高度280 m，共55層，幕墻總面積約55 000 m2。在55層屋頂層，層高4.5 m，幕墻面積8 000 m2，玻璃單元1 152樘，每層144樘，裝飾條2 500延米，層間設(shè)100 mm厚防火巖棉。主要幕墻系統(tǒng)為單元式幕墻與屋頂層異形鋁板裝飾條（框架）系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)支撐形式為單跨支點承載。幕墻形式為橫明豎隱單元式玻璃幕墻，外挑豎向遮陽裝飾線條，裝飾線條為異形裝飾條（圖5）。

圖5 55層屋頂層異形裝飾條

2.2 現(xiàn)場施工方法

異形鋁板裝飾條龍骨固定的第二支座需要現(xiàn)場焊接，在如此狹小的層間位置進行焊接施工，難度很高，且很容易燙壞已安裝好的單元體板塊，存在較大的施工難度和安全隱患。

新型第二支點連接系統(tǒng)的安裝方法為：在建筑主體上預(yù)留安裝橫向的工字形結(jié)構(gòu)鋼梁，在該結(jié)構(gòu)鋼梁內(nèi)側(cè)對稱安裝2個帶有豎向哈芬槽的平板，并將該哈芬槽內(nèi)的T形螺栓通過該平板的豎向通槽伸出，將L形轉(zhuǎn)接件的第一側(cè)面通過T形螺栓與平板固定連接，再將用于連接裝飾條的連接橫梁的兩側(cè)面分別與2個連接件的第二側(cè)面通過固定螺栓連接。在施工過程中，單元掛接后只需穿螺栓即可，避免了此位置的現(xiàn)場焊接工作，如圖6所示。

圖6 新型連接技術(shù)應(yīng)用

2.3 強度校核分析

該建筑結(jié)構(gòu)形式為框架核心筒結(jié)構(gòu)，建筑高度279.85 m，地面粗糙度類型為C類，抗震設(shè)防烈度為7度，主體結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限50年，基本風(fēng)壓0.55 kPa，基本雪壓0.20 kPa。計算軟件采用PTC_Mathcad_15.0_M045_CHS。連接螺栓為3-M16不銹鋼螺栓A2-70，支座鋼埋板設(shè)計采用Q345鋼板，考慮到扭矩作用，將其等效為水平作用力，支座連接設(shè)計采用3-M20的8.8級T形螺栓。

螺栓校核：轉(zhuǎn)接件與鋼梁連接螺栓設(shè)計采用兩列3-M16不銹鋼A2-70，此處螺栓主要承受扭剪作用。經(jīng)計算，單個螺栓承受剪力39.882 kN，螺栓抗剪設(shè)計承載力為41.605 kN，應(yīng)力比為0.959，因此螺栓剪力校核滿足要求；單個螺栓承受Y軸拉力74.844 kN，單個螺栓承受X軸剪力4.217 kN ，螺栓抗拉設(shè)計承載力為98 kN，應(yīng)力比為0.766，因此單個螺栓的拉、剪復(fù)合驗算滿足要求。

2.4 試驗檢測分析

對安裝完成的單元體試件進行物理性能檢測，選取板塊中某一根外裝飾條，長度約4 500 mm，寬度約1 000 mm，進行風(fēng)墻模擬測試以及耐撞擊測試（圖7、圖8）。

圖7 風(fēng)墻模擬測試

圖8 耐撞擊測試

風(fēng)墻模擬測試中的風(fēng)墻高度約4 500 mm，寬度約1 200 mm，風(fēng)墻模擬風(fēng)速為40 m/s，外裝飾條側(cè)面承受風(fēng)壓作用，風(fēng)口距試樣約2.5 m，持續(xù)時間為15 min。測試結(jié)果顯示，外裝飾條無永久變形，無任何損壞，無異響，滿足要求。

裝飾條耐撞擊測試按室外3級標準，撞擊物體是總質(zhì)量為（50±0.1） kg的軟體重物，由2個輪胎、2個重塊和其他連接件組成，輪胎內(nèi)壓力為（0.35±0.02） MPa。室外側(cè)的最大撞擊降落高度按700、1 100、1 800 mm逐級增加，最大撞擊能量800 N·m，觀察并記錄試件的狀況并測試試件的殘余變形。試驗結(jié)果顯示，撞擊力消失后，樣品未發(fā)生永久變形，撞擊力未導(dǎo)致樣品零部件脫落，滿足要求。

3 結(jié)語

大裝飾條第二支點安裝系統(tǒng)的創(chuàng)新研究避免了施工現(xiàn)場的大量焊接工作，實現(xiàn)了安裝三維可調(diào)，有效控制了安裝質(zhì)量，消除了安全隱患。同時，該系統(tǒng)提升了吸收結(jié)構(gòu)偏差的能力，減少了對成品的破壞，并在上海前灘中心超高層建筑上得到了成功運用，為同類工程項目的施工提供了很好的借鑒。