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        外傾階梯式懸挑玻璃幕墻施工技術(shù)研究

        2022-04-20 07:28:10郭志強
        鐵道建筑技術(shù) 2022年3期
        關(guān)鍵詞:吊籃階梯式玻璃幕墻

        郭志強

        (中鐵十七局集團建筑工程有限公司 山西太原 030032)

        1 引言

        隨著現(xiàn)代建筑的快速發(fā)展,外圍護結(jié)構(gòu)形式也更加趨于風(fēng)格迥異化,復(fù)雜多變的外幕墻形式及造型越來越受到青睞[1],而造型獨特、復(fù)雜多變的幕墻帶來的是安裝技術(shù)難度增加和質(zhì)量要求提高。晉城文化藝術(shù)中心外觀為層疊紫薇花,造型獨特,外幕墻與地面呈79°外傾,采用階梯式懸挑結(jié)構(gòu),無法在有限的工期內(nèi)通過傳統(tǒng)的配重吊籃法或者搭設(shè)通高腳手架作業(yè)法完成施工?;诖?,必須要通過開展技術(shù)攻關(guān)研發(fā)總結(jié)出一整套外傾階梯式玻璃幕墻安裝技術(shù),來保證幕墻的安裝速度、精確度、質(zhì)量、安全等目標(biāo),并實現(xiàn)幕墻外傾斜階梯造型效果。

        2 工程概況及重難點分析

        2.1 工程概況

        晉城文化藝術(shù)中心坐落于主城區(qū)鳳臺東街以北,文化路以東。建筑整體造型恰似一朵盛放的紫薇花,總建筑面積4.5萬m2,其中地上3萬m2,地下1.5萬m2。南北大廳裝飾采用整體外傾階梯式懸挑玻璃幕墻,幕墻頂距地面29.1 m,幕墻懸挑重量大,單塊玻璃自重達(dá)到150 kg,幕墻整體向外傾斜79°,幕墻豎向主龍骨與抗風(fēng)鋼桁架連接,形成開放的花瓣造型,如圖1所示。

        圖1 外傾階梯式懸挑玻璃幕墻效果

        2.2 重難點分析

        外傾階梯式懸挑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)復(fù)雜,本工程外幕墻與地平面夾角為79°,體量大、工期緊、作業(yè)面有限,優(yōu)美的花瓣幕墻造型意味著對幕墻安裝的高精度、高質(zhì)量要求,幕墻骨架安裝定位難以控制,幕墻原件單塊玻璃重量大,施工過程中易碎,幕墻安裝過程中整體穿插作業(yè)多,施工難度極大。

        3 幕墻安裝關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 總體方案

        主體結(jié)構(gòu)完工經(jīng)驗收合格后,通過三維掃描技術(shù)及BIM技術(shù)三維建模,解決因空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的幕墻與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生的碰撞問題,并為后續(xù)幕墻深化設(shè)計、下料及精確定位放樣提供依據(jù)。通過金屬抱箍裝置將幕墻龍骨與抗風(fēng)鋼桁架可靠連接,構(gòu)建出外傾斜階梯幕墻骨架結(jié)構(gòu)體系,在施工安裝過程中采用無支架、無配重懸掛吊籃,在保證安全、質(zhì)量前提下實現(xiàn)幕墻快速安裝。

        3.2 應(yīng)用了三維掃描+BIM技術(shù)

        工程結(jié)構(gòu)主體建造完成后不可避免地存在施工誤差[2],因此,在玻璃幕墻安裝前必須對主體結(jié)構(gòu)的實際空間尺寸進行測量復(fù)核,然后根據(jù)復(fù)核空間尺寸開展深化設(shè)計及幕墻玻璃的加工制作,以滿足玻璃幕墻的精準(zhǔn)定位和精度要求。為此應(yīng)用三維掃描的快速測量技術(shù)對現(xiàn)場抗風(fēng)桁架結(jié)構(gòu)進行三維掃描,如圖2所示,通過對傳統(tǒng)測量復(fù)核作業(yè)進行改進,采用三維掃描快速精確測量,降低了測量誤差,大幅提高工效。

        圖2 抗風(fēng)桁架三維掃描模型

        根據(jù)三維掃描結(jié)果對外幕墻進行BIM建模,如圖3所示,并將最終數(shù)據(jù)反饋至現(xiàn)場技術(shù)員和深化設(shè)計人員,根據(jù)三維建模反饋數(shù)據(jù),對幕墻進行深化設(shè)計[3],在正式進行玻璃制作安裝前需對吊籃及玻璃幕墻進行放樣,以指導(dǎo)玻璃制作及確保玻璃安裝準(zhǔn)確。利用三維掃描+BIM技術(shù),解決了因空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜造成的幕墻與原結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生的碰撞問題,提高了幕墻骨架定位安裝的準(zhǔn)確性,同時也提高了玻璃幕墻安裝的施工效率。

        圖3 幕墻骨架BIM模型

        3.3 研發(fā)了管桁架外接抱箍裝置

        本工程南北入口結(jié)構(gòu)形式為主、次雙向平面桁架、環(huán)向空間立體桁架、立面空間抗風(fēng)桁架[4]以及水平支撐和系桿組合而成的結(jié)構(gòu)體系,而外幕墻主龍骨為箱形柱,針對管桁架焊接容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力及應(yīng)力集中變形[5],影響結(jié)構(gòu)安全,研發(fā)了一種管桁架外接抱箍裝置,如圖4所示,解決了在管桁架外接幕墻龍骨結(jié)構(gòu)安全的問題?,F(xiàn)場安裝使用操作簡便,連接穩(wěn)定可靠,安裝效果如圖5所示,縮短了施工周期,加快了施工進度,同時在溫度應(yīng)力變形時可自由伸縮[6],振動環(huán)境下隔振減震,下側(cè)抱箍具備防滑作用,保證了結(jié)構(gòu)安全性能[7]。

        圖4 管桁架外接抱箍裝置

        圖5 現(xiàn)場抱箍結(jié)構(gòu)

        該外接抱箍裝置主要包括2個抱箍,上下2個抱箍半徑差1 mm,具體為10 mm厚抱箍鋼環(huán)與6副M12不銹鋼螺栓、1副M30高強螺栓、3塊16 mm半圓形鋼板、5 mm厚橡膠方形隔震墊與10 mm厚橡膠環(huán)形隔震墊組成。10 mm厚抱箍鋼環(huán)與16 mm半圓形鋼板在工廠里提前焊接完成,在主體桁架上安裝10 mm厚抱箍鋼環(huán),套上10 mm厚環(huán)形橡膠隔震墊,接著在主體桁架上通過M12不銹鋼螺栓固定10 mm厚抱箍鋼環(huán),抱箍鋼環(huán)里面墊5 mm橡膠隔震墊,最后通過M30高強螺栓與焊接在幕墻豎龍骨上的16 mm半圓形鋼板連接。

        3.4 研發(fā)了無支架無配重懸掛吊籃

        外傾階梯式幕墻與地平面的夾角為79°,最高安裝高度29.1 m,幕墻玻璃無法采用傳統(tǒng)的施工工藝或普通機械設(shè)備運送至作業(yè)面[8],為此,研發(fā)了一種無支架無配重吊籃,根據(jù)吊裝施工承載力,吊籃結(jié)構(gòu)強度經(jīng)檢算滿足幕墻及作業(yè)的要求,確保施工安全,根據(jù)本工程的特點,在原有抗風(fēng)鋼桁架主體結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置懸挑鋼牛腿,作為吊籃的吊點,從最底層開始安裝,逐層將吊籃鋼絲繩穿到上一層的骨架內(nèi),如圖6所示,保證吊籃和幕墻安裝作業(yè)面保持平行及適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x,保證幕墻快速可靠安裝[9]。

        圖6 吊籃位置示意

        3.5 外幕墻玻璃吊裝控制要點

        從最底層開始安裝,逐層將吊籃鋼絲繩穿到上一層的鋁板骨架內(nèi),玻璃安裝由最底層開始,將吊籃鋼絲繩通過臨時固定裝置固定于安裝層上層的鋁板龍骨內(nèi),從而保證吊籃和玻璃安裝作業(yè)面平行[10],以確保吊籃位于適合玻璃幕墻安裝作業(yè)的范圍內(nèi)。首先將玻璃運送至吊籃內(nèi)臨時固定,2個作業(yè)人員一起跟隨吊籃提升至玻璃安裝位置[11],使吊籃升至玻璃安裝位置下口齊平,固定提升鋼絲繩,然后采用吸盤將玻璃送至安裝位置進行安裝[12],如圖7所示,保證玻璃順利安裝。待玻璃安裝完成后,應(yīng)讓玻璃靜置24 h,觀察其整體變形情況從而進行整體微調(diào),最后才打膠和細(xì)部處理[13]。松開固定于上一層鋁板龍骨內(nèi)的臨時固定裝置,上移一層再臨時固定。逐層調(diào)整吊籃位置,每次調(diào)整吊籃至玻璃安裝位置的上一層的鋁板龍骨內(nèi)。采用該技術(shù)后解決了傾斜幕墻玻璃安裝的難題,施工更加便捷,節(jié)約了幕墻施工成本,加快了施工速度,提高了施工質(zhì)量。

        圖7 外幕墻玻璃吊裝

        4 結(jié)論與體會

        外傾階梯式懸挑玻璃幕墻施工技術(shù)在晉城市文化藝術(shù)中心項目外幕墻施工中得到了很好的實際運用,開發(fā)了集三維掃描快速測量、BIM建模深化設(shè)計、無配重吊籃、管桁架外接抱箍裝置于一體的外傾階梯式玻璃幕墻施工技術(shù),為幕墻施工提供了技術(shù)支撐,解決了外傾幕墻玻璃安裝的難題,便捷、優(yōu)質(zhì)、高效地完成了晉城市文化藝術(shù)中心項目玻璃幕墻的安裝施工,通過分析總結(jié),得到以下結(jié)論:

        (1)針對完工后的實際主體結(jié)構(gòu)因施工誤差、溫度變形等原因存在一定的偏差,施工過程中采取的BIM+三維掃描技術(shù)能夠有效地控制誤差,較好地實現(xiàn)深化設(shè)計效果,指導(dǎo)下料,有效地解決了復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)施工難定位的情況,保證放樣安裝的準(zhǔn)確性。

        (2)根據(jù)本工程結(jié)構(gòu)特點,為實現(xiàn)幕墻外傾斜造型效果的同時保證安全性,幕墻龍骨需要與抗風(fēng)鋼桁架可靠連接,并滿足一定程度可自由滑動的溫度變形要求,通過使用自主研發(fā)的管桁架外接抱箍裝置,解決了受力問題,裝置穩(wěn)定可靠,安裝簡便,美觀實用,提高了結(jié)構(gòu)整體的安全性和抗震性。

        (3)因本工程幕墻為外傾懸挑結(jié)構(gòu)形式,且頂部屋面結(jié)構(gòu)不能承重,無法采用傳統(tǒng)的吊籃懸掛方式施工,通過設(shè)計采用無支架無配重懸掛吊籃裝置進行安裝,解決了外傾幕墻玻璃安裝的難題,滿足了施工要求,加快了施工進度。

        (4)通過晉城文化藝術(shù)中心實際應(yīng)用總結(jié)的外傾階梯式懸挑玻璃幕墻施工技術(shù),不需要過度依賴各類作業(yè)吊裝車輛和升降平臺,降低了能源消耗。通過對施工現(xiàn)場的優(yōu)化分區(qū),加強幕墻安裝物料的集中管控,有效地降低了對環(huán)境的污染破壞,實現(xiàn)了綠色施工。節(jié)約工期10 d,獲得經(jīng)濟效益11萬元,取得了良好的社會、經(jīng)濟效益。隨著我國大型公共建筑的獨特化設(shè)計、建設(shè),該技術(shù)具有良好推廣應(yīng)用前景。

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