朱曉寧 黃兆淑

(山東彩旺建設(shè)有限公司，山東 濟南 250000)

大多數(shù)民用鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)(鋼梁或柱)。

1 鋼結(jié)構(gòu)在幕墻工程中的發(fā)展歷程

鋼結(jié)構(gòu)在建筑幕墻工程中得到了廣泛的應(yīng)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(zhì)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(dāng)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(jié)構(gòu)。當(dāng)幕墻應(yīng)用于酒店等設(shè)施的建設(shè)時，樓層高度一般在3～4m左右。此類設(shè)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(jié)構(gòu)。最后，在20世紀90年代初，有關(guān)幕墻工程的法規(guī)終于將鋁合金排除在外，開始使用鋼結(jié)構(gòu)，但這一決定在初期并未被業(yè)內(nèi)大多數(shù)人所接受。因此，鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)體系開始了新的創(chuàng)新和進一步完善的過程。經(jīng)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(jié)構(gòu)。此外，經(jīng)過多年和多次強臺風(fēng)，建筑物的狀況一直很好。這也為鋼結(jié)構(gòu)在幕墻工程中的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)幕墻在使用鋼結(jié)構(gòu)時從未出現(xiàn)過安全問題。許多地區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)工程在多次強臺風(fēng)后甚至可以保持完整。幾年來,相關(guān)的科研人員也一直在對鋼構(gòu)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(gòu)件都是采用了柔性焊接的鋼材構(gòu)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(shè)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(yīng)當(dāng)坍塌了,而幕墻試件的所有鋼結(jié)構(gòu)都還可以維持下來,而這些實驗結(jié)果也顯示,在幕墻建筑中鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,已經(jīng)完全能夠滿足標(biāo)準的強抗要求。

2 支撐鋼結(jié)構(gòu)在建筑幕墻中應(yīng)用的常見形式

2.1 剛架結(jié)構(gòu)形式

作為剛性結(jié)構(gòu)的基本鋼結(jié)構(gòu)在墻中也很常見——現(xiàn)代工程機械幕墻。簡單體系結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，質(zhì)量要求也更高。

2.2 索桿結(jié)構(gòu)形式

索桿構(gòu)件中的支撐鋼結(jié)構(gòu),指的是利用張拉施工法在索桿結(jié)構(gòu)中施以預(yù)應(yīng)力,以使構(gòu)件產(chǎn)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(jié)構(gòu)輕盈、透明度好,且富有較高的美學(xué)表現(xiàn)力,所以也被廣泛應(yīng)用在了現(xiàn)代的建筑幕墻工程設(shè)計當(dāng)中。但是,由于索桿構(gòu)造形式上屬于一類幾何的非線性構(gòu)造,其自身張應(yīng)力對剛性結(jié)構(gòu)的變響很大,所以設(shè)計與建造困難度都很大。

3 幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容及要點

3.1 確定邊界條件

首先考慮主構(gòu)件梁上的結(jié)構(gòu)，然后考慮主構(gòu)件柱部分中的結(jié)構(gòu)，最后考慮混凝土板上的結(jié)構(gòu)。除了與主體構(gòu)件的邊界之外，幕墻鋼構(gòu)件通常是幕墻系統(tǒng)的主要支撐構(gòu)件，但它們也具有與其頂部相關(guān)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的外觀造型應(yīng)進行控制，不得干擾幕墻表皮。內(nèi)外制作皮質(zhì)鋼結(jié)構(gòu)墻體的三明治的特殊位置，設(shè)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(chǎn)生空間體積的作用不大，因此在皮質(zhì)結(jié)構(gòu)墻體中，根據(jù)建筑設(shè)計理論和相關(guān)建筑設(shè)計圖紙，鋼結(jié)構(gòu)基本上是必要的，基于復(fù)雜的邊界，將需要鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計體積，然后選擇合理的結(jié)構(gòu)布局形式來達到需要。

3.2 合理的埋件設(shè)計

總的來說，與幕墻鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋部分安裝系統(tǒng)相比，主體有兩個，第一個是前預(yù)埋部分，第二個是后預(yù)埋部分?？偟膩碚f，這兩個嵌入部分的影響主要是混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)之間需要合理的聯(lián)系。對于預(yù)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(guān)設(shè)計規(guī)定，以及內(nèi)部材料的粘結(jié)能力和對支撐的反應(yīng)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(yīng)支架的反作用力。同時，在這種情況下，要求還應(yīng)保證與周圍混凝土結(jié)構(gòu)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(xué)夾。在這種情況下，首先必須確定后錨固螺栓使用一個化學(xué)錨固螺栓，并在此基礎(chǔ)上，通過其外部結(jié)構(gòu)接受的相對載荷，做出后錨固螺栓結(jié)構(gòu)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(jié)的基石上經(jīng)過開孔加工,所以,這也就會將對混凝土基礎(chǔ)造成一定的沖擊,另外,由于后錨栓與水泥間的黏結(jié)性也很有限制,所以,在這種基石上的外部負荷承載也相當(dāng)小。

3.3 支撐鋼結(jié)構(gòu)在建筑幕墻中應(yīng)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(jié)構(gòu)剛度的評估，計算時應(yīng)適當(dāng)考慮工作條件和環(huán)境的影響。設(shè)計值必須采用最不利的值；2)穩(wěn)定的計算。通常應(yīng)通過《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)造比較復(fù)雜,則還可使用相關(guān)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(chǎn)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(yīng)的規(guī)范要求,從而能夠在相應(yīng)程度上提升了鋼構(gòu)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(jié)構(gòu)建筑節(jié)能幕墻的電導(dǎo)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(jié)構(gòu)(幕墻)使用不同的建筑材質(zhì)，也可以通過修改方向來設(shè)計墻結(jié)構(gòu)(幕墻)。

3.6 在幕墻上應(yīng)用鍍膜鋼化玻璃

目前，玻璃幕墻仍是中國大型建筑建設(shè)的重要組成部分。盡管玻璃幕墻比幕墻的主要構(gòu)件(幕墻)具有某些優(yōu)勢，但其導(dǎo)熱系數(shù)較低在某種程度上限制了墻構(gòu)件(建筑幕墻)的能耗。雖然可以使用6mm+9a+6mm空心內(nèi)嵌幕墻有效降低傳統(tǒng)幕墻結(jié)構(gòu)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(biāo)。

4 建筑幕墻鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的運用研究

在鋼構(gòu)件設(shè)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(jié)構(gòu)工程與幕墻結(jié)構(gòu)工程設(shè)計之間的相互關(guān)聯(lián)性,在鋼結(jié)構(gòu)工程推進方案設(shè)計時便充分考慮了未來幕墻結(jié)構(gòu)施工時所必須的銜接節(jié)點及其所必須預(yù)留的焊接地點,并把整個幕墻結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的推進節(jié)點都體現(xiàn)在了鋼結(jié)構(gòu)的模型上,這樣就可以對幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要的位置做出了最好的復(fù)核,同時也降低了幕墻結(jié)構(gòu)工程設(shè)計現(xiàn)場二次焊接的工程量,整個鋼構(gòu)的設(shè)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(shù)基礎(chǔ)。首先,相關(guān)的工作人員必須提前對節(jié)能型建筑目前的建設(shè)情況做好掌握。特別是針對于施工現(xiàn)場的建設(shè)狀況,還必須做好詳細的勘察,以便準備好設(shè)計合理的建筑幕墻。其次在對幕墻進行工程設(shè)計完成以后,也即完成了幕墻的施工任務(wù)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(guān)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(yīng)的建筑幕墻原材料采集人員也必須要經(jīng)過精心篩選。第三層面,相關(guān)的工作人員也必須在建筑施工前后對硅銅結(jié)構(gòu)做出必要的檢測。因此,硅銅結(jié)構(gòu)對整體幕墻的建筑施工有著非常關(guān)鍵的意義。影響著整體幕墻的建筑品質(zhì)。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(shè)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(yīng)的管理工作。第五個方面,相關(guān)的監(jiān)理機關(guān)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(shù)要點

在幕墻建筑施工的過程當(dāng)中,必須重視一些相應(yīng)的技術(shù)要求。首先是由于理論與實踐上的差距。雖然目前相關(guān)建筑技術(shù)已經(jīng)是一種相對精細化的流程了,但在建筑設(shè)計過程當(dāng)中或者在最后建筑施工的過程當(dāng)中,卻總是出現(xiàn)了一定難以避免的誤差。因此相應(yīng)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(dāng)?shù)恼{(diào)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(zhì),或者其隔熱防風(fēng)的功效。此外在現(xiàn)代的施工設(shè)計及其相應(yīng)的實際操作過程中,通常都能夠運用到網(wǎng)絡(luò)甚至是其他的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段,來進一步增強幕墻建筑施工技術(shù)的能力優(yōu)勢。

4.3 控制預(yù)埋件施工質(zhì)量

第一,為提高預(yù)埋件與主構(gòu)件連接處的強度,當(dāng)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(yù)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(yù)埋件偏移問題的發(fā)生,首先需要通過鋼筋對預(yù)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(yīng)措施修正偏移,以確保砼澆筑質(zhì)量。第三，澆注鋼預(yù)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(yīng)大于6mm。第四，如果工人在預(yù)埋件裝配過程中需要進行一定的抗氧化工作，那么預(yù)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(gòu)件上一起，以保證連接部分的結(jié)構(gòu)強度。

4.4 提高人員安全意識

由于設(shè)計墻鋼構(gòu)件(建筑幕墻)時存在固有的安全風(fēng)險，在設(shè)計墻鋼構(gòu)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(shè)計效率和墻鋼構(gòu)件的安全水平因此，必須向參與建造幕墻鋼構(gòu)件的所有工程師提供有效的技術(shù)培訓(xùn)，以幫助他們迅速熟悉施工過程和相應(yīng)的施工技術(shù)，并在施工過程中適當(dāng)管理潛在的安全風(fēng)險，從而確保建筑幕墻鋼構(gòu)件的施工安全和工程質(zhì)量具有重要意義。同時,還要求有關(guān)人員在作好所有的安全防范工作以后開展建筑幕墻鋼構(gòu)件工程建設(shè),從而使得建筑施工安全與工程的整體建設(shè)管理水平提高。

4.5 人員崗位職責(zé)

認真履行項目工程管理職責(zé),對意外情況和質(zhì)量問題負責(zé)。制定了各項施工的質(zhì)量,安全以及工期管理和文明施工的技術(shù)保障措施,并負責(zé)落實。對項目各項管理人員進行監(jiān)督和教育。建設(shè)項目主要技術(shù)責(zé)任人加強對建設(shè)項目施工技術(shù)標(biāo)準與質(zhì)量檢驗管理的工作,并對其工作能力與服務(wù)質(zhì)量負責(zé)。對建筑施工過程的技術(shù)監(jiān)督管理與控制,對由于建筑工程技術(shù)控制問題造成的不合格工程承擔(dān)直接責(zé)任。實施工程控制專業(yè)知識培訓(xùn)教學(xué)和人員專業(yè)技能訓(xùn)練,標(biāo)準化作業(yè)過程,確保操作人員的安全和工程的質(zhì)量。質(zhì)檢員制訂各項質(zhì)量規(guī)劃,并配合管理組織執(zhí)行,積極搜集各項關(guān)于質(zhì)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(zhì)量檢驗、監(jiān)測、品質(zhì)管理,搜集管理產(chǎn)品質(zhì)量文檔,并組織了產(chǎn)品質(zhì)量管理體系和產(chǎn)品質(zhì)量參考資料的編寫,專人負責(zé)到石材生產(chǎn)廠家及礦山抓質(zhì)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(yīng)。搞好了產(chǎn)品質(zhì)量服務(wù)管理工作,對新購買來的原材料進行了檢驗,如有不合格產(chǎn)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(yù)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(dān)施工過程，由于所有或更多部門計劃招標(biāo)工程設(shè)計中的結(jié)構(gòu)變化。嚴格控制設(shè)備材料消耗，避免材料浪費。預(yù)算特殊情況下所預(yù)留的流動資金,以確保正常的施工。生產(chǎn)班組長主管班級的生產(chǎn)安全等全面管理工作,對本班級的質(zhì)量和工程進度管理。做好對本小組工程質(zhì)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(zhì)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(shù)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(biāo)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(jié)語

總的來說，對于墻-建筑幕墻，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用需要在相應(yīng)的施工過程中得到加強，以確保墻-建筑幕墻和鋼結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)力，從而提高墻-建筑幕墻的建筑質(zhì)量和穩(wěn)定性。