土木论文:大型异形玻璃幕墙的施工方法

[摘 要]:随着科技技术的发展,越来越多的大型幕墙中采用异形玻璃,异形玻璃造型独特,有丰富的艺术渲染力,但其设计、制作、施工较普通玻璃更为复杂,本文以南京万达茂精神堡垒幕墙施工为例,对大型异形玻璃幕墙施工进行介绍,从施工工艺流程、施工节点等几方面进行阐述。系统掌握此类幕墙的施工重点、难点

[关键词]:异形玻璃、 钢结构单元拼装、吊装、定位安装、方案的选择

1.概述

南京万达茂精神堡垒幕墙位于南京市栖霞区仙林大道与守敬路交汇处,精神堡垒幕墙高18.9m,占地面积为4m²,精神堡垒造型独特,象征着万达集团持之以恒,勇攀高峰的精神,幕墙钢结构分布在四个正方形基座上,主结构为120*120*5镀锌方管,支撑结构由80*80*4镀锌方管,80*60*4镀锌管及60*60*4方管组成,外层面板由8+1.52PVB+8mm夹胶玻璃和铝型材竖向装饰条组成。面板玻璃均为异形玻璃且不易安装,且为单体建筑,具有一定的施工难度。

2系统介绍

(1)玻璃幕墙系统
1)分布:位于建筑各立面三角形造型。
2)主材:面板采用8mm+1.52PVB+8mm钢化夹胶玻璃;玻璃幕墙依附于幕墙龙骨上;幕墙主龙骨采用120*120*5mm镀锌钢方管;支撑骨架采用60*60*4mm镀锌方管,80*60*4mm厚镀锌方管及60*60*4mm镀锌方管;钢材表面处理为热镀锌处理。
(2)铝板线条系统
1)分布:位于建筑裙楼各立面。
2)主材:面板采用1.5mm厚铝板装饰线条,室外面表面处理均为氟碳喷涂;截面尺寸为50mm*100mm.

3工程特点

1、整个幕墙的支撑系统是基于每个“三角形钢格构”单元的整合,每个线条形成坚固的独立单元,悬挂于组成幕墙斜撑桁架的方管钢结构之上,结构的总体位移被累积在每个“三角形钢格构”的边缘,并最终被方管钢结构承受。
2、安全防护难度较大,由于构件的倾斜就位、吊装等悬空作业状况,需要设置与构件安装相适应的特殊的安全防护措施。
3、测量定位难度较大,由于结构的高度,安装误差等因素的影响,对于测量控制点的准确布置和龙骨安装测量校正均有一定难度。

4施工工艺及流程

(1)测量放线
测量放线作为定位安装的一种手段,是保证幕墙安装后位置精确、横平竖直关键工序,我司根据总包单位移交的轴线、标高进行必要的复核,确定相关轴线是否适用,由于本工程幕墙位于2m*2m方格内,且总包单位设有预留埋件,仅需复核标高、轴线及埋件位置即可,对测量的数据及时记录,一旦偏差较大,及时上报总包单位。
(2)骨架的拼装焊接
1)主要钢构骨架统计
序号 部位 材料规格 线密度 最大长度 重量
1 精神堡垒 120*120*5 18.1kg/m 6.9m 124.89kg
2 精神堡垒 80*80*4 9.96kg/m 3.16m 31.47kg
3 精神堡垒 80*60*4 8.22kg/m 2.97m 24.41kg
4 精神堡垒 60*60*4 7.02 kg/m 2.82m 19.8kg
2)骨架分布:
序号 部位 重量 位置
1 单元1 1.05吨 -0.2m-6m
2 单元2 1.1吨 6-12m
3 单元3 1.17吨 12m-18.9m


钢骨架三维效果图
(3)焊接相应要求
根据图纸分别焊接相应单元钢构件,注意焊接时的施工质量控制,由于本工程焊缝均为三级焊缝,焊接过程中定位焊焊缝的焊接应避免在焊缝的起始、结束和拐角处施焊,弧坑应填满,严禁在焊接区以外的母材上引弧和熄弧。 定位焊焊缝有裂纹、气孔、夹渣等缺陷时,必须清除后重新焊接。焊接完成后及时进行防腐除锈,刷红丹两道、银粉漆一道。同时为保证拼接安装质量,焊接过程中注意钢骨架垂直度的控制,特别是多个杆件交汇于同一点时,会产生较高的焊接残余应力,避免此节点多次焊接导致应力集中等情况,不宜采用连续施焊的情况,建议采用对边焊的方法,减少骨架的变形。
焊接完成后复核骨架尺寸,进行预拼装,方便骨架的调整及修改;
(4)拼装吊装
1)安装顺序
吊装采用分段吊装的方法,安装顺序先安装单元1,再安装单元2,最后安装单元3固定,为了避免误差,要提高安装精度,并及时利用套芯的调整余地和结合部位的间隙消除误差。

首先将在加工区域焊接完成的钢结构单元运至现场,根据幕墙完成面,现场搭设落地式脚手架,由于安装顺序从下往上安装,每安装1层钢结构单元,脚手架相应升高1层,由于落地式脚手架无法与钢结构骨架进行加固处理,需要0-6m的高度在脚手架外侧再搭设一双排脚手架,并与施工脚手架相连接进行加固处理,防止脚手架的倾覆。在搭设脚手架的过程中,应注意对骨架的保护,同时避免交叉施工。

现场搭设的脚手架

钢结构单元的吊装,最大吊装重量为1.17吨,最大提升高度为25米,现场采用1台35吨汽车吊,钢结构单元的拼装主要控制安装时的精度,上下立柱间的垂直度偏差需要控制,误差累计会影响后续玻璃的安装工作,在现场施工时,拼装定位后吊线测量控制误差,固定牢固后再进行下一单元的吊装拼装。现场施工时保证上下垂直度偏差小于10mm,相邻上下单元之间的垂直度偏差控制在5mm以内;
钢结构骨架拼装完成后报监理、甲方验收,验收合格后进入下一道工序的施工
(5)玻璃的固定安装
1)玻璃的吊装方案的选择
方案一:采用汽车吊进行安装,绑扎固定玻璃时注意边角,玻璃需要采用包角,同时避免在吊装过程中的碰撞。导致玻璃不必要的损坏,安装过程中专人指挥,并绑扎安全绳作为牵引固定。此吊装方案使用汽车吊进行安装,较为便利。但需要避开脚手架及幕墙钢结构等阻碍。
方案二,利用卷扬机进行安装,利用幕墙钢结构骨架作为支撑点受力,用钢管作为支撑,一端固定在幕墙钢结构骨架上方,另外一端固定于室外脚手架上,形成一个统一的 ,防止倾覆,卷扬机一头固定于铝板骨架上用钢筋箍住,防止偏位。如下图所示

方案二示意图
针对上述两种方案进行比较分析,我司综合考虑认为第一种方案,更符合现场施工实际,由于采用第二种方案时,玻璃自下向上安装,玻璃需要提前运至脚手架内侧,脚手架应预留通道,由于玻璃完成面距离钢结构较近,玻璃板块较大玻璃不好搬运,无法调整。因此我司考虑采用第一种方案进行施工。安装过程中防止玻璃坠落在每步均设置人员,负责牵引托举玻璃。

 


玻璃分格图

但是现场由于玻璃均为异形三角形玻璃,且玻璃分格较大,玻璃自重较重,最大玻璃分格尺寸为宽度1984*高度5850,最大玻璃的重量=2.5*1.984*5.85*0.5*0.0175=0.254吨=254kg,现场安装时采用35吨汽车吊进行吊装,脚手架与骨架间距离只有40cm空隙,玻璃需要垂直吊入空隙位置,现场施工过程中需要考虑吊装的中心位置,保证起吊时玻璃可以垂直升降。
吊装前应找出相应玻璃的重心,重心是在重力场中,物体处于任何方位时所有各组成支点的重力的合力都通过的那一点。规则而密度均匀物体的重心就是它的几何中心。找出中心有利于保证玻璃吊装时可以垂直升降,
计算吊装的重心位置
均质物体的重心心坐标公式如下:


重心坐标的公式


查表法在工程手册中,可以查出常用的基本几何形体的形心位置计算公式。

图、三角形重心计算公式
由于玻璃均为异形玻璃且为三角形玻璃,根据图示的重心计算公式,找出了三角形的重心点,
一般情况下吊机吊装时,起重物重心点上作用着两个力。一个是竖直向上的吊机起重力,它通过吊钩、吊带(如钢丝绳等)作用在起重物的重心点上,即通过4根吊带提供的垂直方向的分离,另一个是铅垂向下的起重物重力。两个力大小相等、方向相反,作用在同一条铅垂线上,起重物重心点上受力平衡,起重物就会被吊钩以水平状态吊起。见下图。

图、水平状态起吊的的方法
如图所示,为使重物垂直吊装,必须保证吊钩起重力和起重物重力保持同一位置即可,即采用的绑扎吊装方法过程中,吊带产生的力分解在Y轴方向的合力通过重心点,保证吊装时垂直升降,由于吊装过程中玻璃时水平放置的,所以吊装过程中应考虑玻璃从水平方向到垂直方向倾斜状态过程中易产生的倾斜角度,如下图所示

图玻璃吊装过程中的分析
由工程实际分析可知,吊装过程中,玻璃从水平位置向垂直状态变化过程中,其重心点不断变化,一直下移,直至达到垂直位置后,起重物重心点才与计算状态下重心点重合。

根据以上情况分析,在吊装过程中应保证玻璃的实际重心点沿经过计算重心点的铅垂方向运动(上图图中虚线),尽量保证玻璃在水平方向无偏移,所以在现场施工过程中采用下图所示的方案进行吊装

现场施工过程(玻璃吊入脚手架)
在玻璃宽度方向上绑扎横向吊带,保证玻璃不向两侧偏移,竖向吊带绑扎时注意尽量保证平行,吊装过程中吊带所受力的竖向分力应与玻璃重力方向作用于同一作用线上
吊装过程中应先试吊,检查吊带是否有损坏,断裂现象,计算吊装作业点与实际重心点是否存在较大的偏差,从而导致玻璃不能垂直升降,如果有问题,应吊回地面,并重新找出实际重心点。
同时吊装玻璃时,注意对角的防护,边角用绑扎,固定。防止损坏,将玻璃防止在已安装好的玻璃安装架上,玻璃安装架由槽钢固定连接,焊接制作成玻璃吊框。玻璃放在吊框中,用汽车吊将玻璃吊框吊至相应的位置

如图所示,一般大型玻璃安装时,边角需要用模板或者胶垫绑扎固定,防止磕碰,吊装时采用柔性绑带,绑扎牢固。
2)玻璃的安装固定
由于两侧相邻的玻璃无法同时安装,玻璃转角拼接部位间的安装固定单靠转角玻璃压块也无法实施,现场为方便玻璃的安装采用了以下方法,
玻璃上高度方向安装两个副框,一个为定位副框,一个为固定副框,如下图所示:

由于拼接安装无法同时进行,在安装玻璃幕墙时,借助汽车吊将定位副框固定在120*120*5钢管内侧,起临时固定作用,安装完成一侧玻璃后,玻璃一层一层进行安装,相邻一侧玻璃幕墙安装时同样借助施工机械将定位副框定在120*120*5钢管内侧,全部安装完成后,相邻两侧的玻璃缝隙中,玻璃板块调整完成后马上要进行固定。隐框处主要是用压块固定。上压块时要注意钻孔、手电钻钻头不得大于Ø4.2,螺栓采用5×20 不锈钢机械螺栓压块间距不大于250mm,夹胶玻璃为250mm,上压块时要上正压紧,杜绝松动现象。用转角压块将固定副框固定牢固,不产生松动,即可安装完成玻璃。
注胶清洗
玻璃板块安装调整后即开始注密封胶,此工序是防雨水渗漏和空气渗透的关键工序。操作程序如下:
(1)填塞垫杆:选择规格适合质量合格的填塞垫杆到注胶之缝中,保持垫杆与板块侧面有足够的摩擦力,填塞后垫杆凸出表面距玻璃表面约4mm。
(2)清洁注胶缝:选用干净不脱毛的洗洁布和二甲苯,用“二块抹布法”将拟注胶缝在注胶前半小时内清洁干净。
(3)粘贴美纹纸。
(4)注胶:胶缝在清洁后半小时内应尽快注胶,超过时间后应重新清洁。
(5)刮胶: 刮胶应沿同一方面将胶缝刮平(或凹面),同时应注意密封胶的固化时间。

工程实体照片

5、结语

目前该工程已投入使用,通过本次施工,笔者认为在异形特殊玻璃安装过程中,方案的选择及节点的优化安装是大型异形玻璃幕墙施工的关键,现场人员应根据现场施工实际制定相应的施工计划合理编排,制定不同的吊装方案进行比对及选择,从中挑选出最优方案,并且深化设计细部节点的安装,设计人员应充分考虑施工难度,施工单位应在设计的基础上,制定详尽的施工方案,优化细部节点,以便于异形玻璃的安装,从而保证幕墙的施工质量满足设计及规范要求。

参考文献
[1]异形建筑幕墙质量控制的几个问题[J]建筑技术;2005年第9期
[2]吊装时起重物计算重心点与斜吊问题的探讨[J]中国修船;2011年06期
[3]兰华国际大厦单元式玻璃幕墙及异形弧体的设计及施工技术J]建筑技术;2006年第9期
[4]JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范

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