单索结构体系夹具玻璃幕墙工程施工工法

'单索结构体系夹具玻璃幕墙工程施工工法1、前言单索结构体系夹具玻璃幕墙是一种新兴的幕墙形式，具有通透性好、保温节能、室内空间可充分利用等优点，总体效果清新、简约、通透；幕墙支撑体系由预应力钢索承担。成都东客站站房外立面采用了大面积的单索结构体系夹具式玻璃幕墙；经济社会效益显著；该工法的核心技术《单层单向拉索幕墙技术》于2010年获得中国中铁公司科技进步一等奖；核心技术《幕墙减震阻尼器》获得国家实用新型专利；该技术达到国内领先水平；对大型公共建筑外幕墙施工提供了重要的参考和推广价值。2、工法特点2.1、幕墙支撑结构采用预应力钢索；该施工工艺与传统施工工艺有较大不同；施工速度快；需要钢材少，节能环保；2.2考虑到车站高速列车产生的动荷载对外幕墙的影响；降低拉索变形以及玻璃的颤动幅度，在拉索幕墙边部增加阻尼器（如下图所示）从而减小和控制幕墙边部的拉索位移，以控制在玻璃变形安全范围内。阻尼器与玻璃、立柱连接示意图 玻璃在Ｕ形槽内变形阻尼器装置3、适用范围本工法适用于大型公共建筑外墙装饰工程，或重要建筑的特殊外墙装饰工程。4、工艺原理单索结构体系夹具式拉索幕墙采用单根预应力拉索作为幕墙支撑结构；拉索锚头上部与主结构箱形钢梁连接，下部与埋设于主结构砼结构内的预埋件相连，索长度为20m；横索两端通过基座与转角位置的三角钢架进行连接。于单元两侧临近主结构砼柱处各设置四组弹簧阻尼器，每组弹簧阻尼器由一根弹簧杆及一根拉杆组成；幕墙玻璃水平分格为2100mm，高度分格为1490mm。玻璃采用不锈钢夹具进行连接。 5、工艺建筑主体结构验收合格确定基准点线测量放线钢桁架、箱形梁吊装安装横竖拉索初步加力横竖向拉索张拉夹具的调整索分格调整安装收口钢槽确定尺寸控制单元施加预应力预应力检测夹具调整及拧紧对幕墙玻璃平面与胶缝尺寸进行调整固定打胶清洗验收竣工玻璃安装流程及施工操作要点 5.1测量放线测量控制网的建立可以采用内控制法进行。建筑楼层控制线的引测，采用激光铅垂仪由首层的控制线点向楼层内反。幕墙水平标高及幕墙分格线的由首层用水平仪、经纬仪、电子全站仪和50m钢卷尺向各楼层的分格处进行引测。幕墙标高、轴线、控制网及索结构安装的分格线采用外控线法，用经纬仪、电子全站仪进行检查、复测。5.2.1施工过程的模拟计算索网结构中索的初始预张力对结构的刚度影响很大，随着风载等作用下索网变形的发生，索网的刚度会随之变化，计算中需要考虑预张力、几何非线性以及边界条件的影响。整个索网结构也必须在拉索中建立足够的预张力后，方能满足承载和变形的需要。为了实现施工张拉过程的有效控制，计算出调整过程中索内力的变化情况，根据有限元模型，对索网的整个张拉过程的进行模拟计算分析；将所有拉索进行编号，采用倒拆法计算，即和实际施工顺序正好相反，先运用程序调整到我们所期望的最终状态，然后进行倒拆（逐步放松索），可以得到我们所期望的施工过程中每个阶段的计算结果。采用有限元分析计算软件为ANSY。5.2.2阻尼装置选用设计计算1、边部索网挠度设计控制变形量：178mm，阻尼装置1所受最大荷载值：F1=19.76kN，阻尼装置2所受最大荷载值：F2=18.66kN（以上参数均取计算书上的最大值）；根据方案图得知：阻尼装置1长2075mm，阻尼装置2长1950mm，根据风压变形量模拟得知：ΔL1=53mm；ΔL2=6mm,具体见下图所示： 阻尼装置工作示意图因此当弹簧工作荷载值为：19760N时每片弹簧压缩1.152mm,当整个弹簧装置要求压缩53mm时应选用46片碟簧（弹簧采用对合组合）。弹簧装置自由高度为：HZ=iHo=46×5.6=257.6mm，当弹簧受荷19760N时弹簧高度：H1=HZ-fZ1=204.6mm。2、弹簧外导管采用φ80×4的钢管屈服强度205N/mm2，钢管端头采用M75×2的内螺纹，有效截面积A为：608.68mm2，当弹簧承受最大工作荷载19760N时钢管所受应力值为：σ=19760/608.68=32.4N/mm2＜205N/mm2，因此满足设计要求。3、根据压杆稳定要求设λ=150，μ=1，l=(2075-700)/2=687.5mm，i2=I/A根据以上公式反推得出碟簧导杆的直径为：φ18.33mm；因此选取导杆直径采用：φ35mm是可以满足压杆稳定要求的。5.3钢结构安装竖索上端通过耳板与钢横梁连接平板连接，竖索下端通过地脚螺栓与板式预埋件连接。横索两端通过基座与转角位置的三角钢架进行连接。为了整个幕墙系统的稳定性和安全性，必须严格保证焊缝的质量。所有焊缝都采用二氧化碳保护焊进行焊接，选用高级焊工进行操作。焊接后对所有焊缝进行射线检测，确保焊接质量达到规范要求。拉索和钢结构的连接节点见下列图示： 竖索调节端（张拉端）与下耳板的连接竖索上端（固定端）与钢结构的连接 横索与钢桁架的连接耳板不锈钢索固定端不锈钢索张拉端 5.4钢索张拉5.4.1工厂预张拉保证钢索稳定工作性能，对每条钢索在使用前都必须进行预张拉，处理目的是消除索内非弹性变形因素，使其在工作状态中应力与应变呈线性关系，在弹性变形状态下工作，消除钢丝绳在使用受力时产生的结构伸长。预张拉的拉力取用钢索破断力的50%，采用液压张拉仪经3次反复张拉历时1.5h。钢拉索的制作、拉索头的压制和预张拉在加工厂内完成。加工完成后，做好标识，用防潮纸包装里层，外层用编织袋包装后运送到现场。5.4.2钢索下料下料前对钢索施加一定的轴向拉应力使钢索拉直后进行切割，下料时必须注意经预张拉处理后的索才可以按图纸尺寸要求长度下料，同时注意在同一工程使用的同一直径索在进行拉应力状态下料时，拉力应保持一致。5.4.3拉索的就位钢索垂直拉升到安装位置安装固定在钢梁上，并按设计要求初步施加20%的张拉力，张拉力的施加采用带压力表的液压机进行，竖向拉索定位后，接着将玻璃的水平分格线用水平仪引到竖向拉索上并作标识，并结合横索的水平高度位置，两线相交准确定位出安装夹具的位置。5.4.4张拉 用带压力表的液压机在底部对竖向拉索施加张拉力，钢拉索的张拉分三个阶段进行。第一阶段分4次施加至设计值的80%，持荷1小时，第二阶段施加至设计值的103%，以消除摩擦力和非弹性变形对预应力的损失，第三阶段施微调至设计值的100%，满足设计要求。索力达到每一阶段值后要停留3分钟，以便拉索张力的传递；且要把每一阶段的数据记录下来，最后误差控制在3%的范围内。拉索的张拉一定要在钢结构调试完毕、全部固定后才能进行；每次索力施加达到一个阶段值以后须用内力检测仪进行检测，并检查钢索、钢结构、油泵、千斤顶等情况，没有异常后，才能进行下一步的操作。1h施加预应力曲线图张拉完成后索网的预应力分布图如下图所示：（预应力及结构自重，不含玻璃重量，横向拉索为Φ30，竖向拉索为Φ32）。 5.4.5在竖向索和横向索相交位置上安装不锈钢连接件和不锈钢夹具，并锁紧内面的螺丝，使其固定在两根拉索上（如图）。不锈钢连接件及夹具安装5.4.6校对不锈钢连接件和不锈钢夹具的位置，并用分离式液压千斤顶对夹具进行（X、Y、Z）三维空间位置的调整，并再一次调整与拉索的张拉力。5.4.7用水平仪及经纬仪对竖拉索的夹具进行调整，拿掉临时垫片，并用扭力扳手锁紧螺丝。5.4.8因考虑到拉索张拉力释放所产生的蠕变，在拉索安装完成七天后，要对拉索的张拉力及控制点进行再一次的复测、调整后方可实行玻璃的安装。如遇到赶工期间，拉索安装完成后按3天的蠕变值进行测试，看是否控制在蠕变曲线范围内，便于玻璃能尽快安装。5.5玻璃板块的安装玻璃安装的质量直接关系到幕墙建成后的外观效果。所以，玻璃安装也是点连接式玻璃幕墙施工过程中最重要的一步；钢索调整和检测合格以后，就可以开始玻璃的安装。下图为玻璃和夹具连接三维示意图： 每层的玻璃安装完成后，应进行板块调整，玻璃调整的标准为“横平、竖直、面平”，即横向胶缝应水平、竖向胶缝应垂直、各玻璃处于同一平面上；另外应检查胶缝大小是否一致，如不一致，应进行调整，玻璃板块调整完成后，应马上进行固定安装夹具四周的密封胶垫，每层玻璃调整后，误差控制在±3mm内，并不使其积累在各层中控制、分配、消化掉。5.6嵌缝注胶打胶前应用“二甲苯”擦净玻璃及钢槽需打胶的部位。玻璃与钢槽之间的缝隙用泡沫棒塞紧，注意平直，留出净高6mm的打胶厚度。所有需打胶部位应粘贴美纹保护胶纸，注意胶纸与胶缝平行。操作顺序一般是：竖向胶缝，由上向下。 6、材料与设备6.1玻璃6.1.1材料：玻璃采用符合国家标准和GB11614中一等品的浮法玻璃：TCE84-10T+12A(结)+CLR-10T钢化中空玻璃，玻璃参数：VT75.5；。RG11.25；U1.725；SC0.591。6.1.2玻璃在钢化前应完成切裁、磨边、钻孔等加工工序。6.1.3外观质量、平面钢化玻璃的弯曲度、玻璃的周边经过精磨边机加工、钢化玻璃的自爆率、夹层玻璃最大迭差、尺寸允许偏差、隔音降噪性能、LOW-E钢化中空玻璃颜色、传热系数、可见光透过率、可见光射率、太阳得热因子等性能指标都要符合要求。6.2不锈钢拉索：南北面直径Φ22。东立面：横向拉索Φ30，竖向拉索Φ32；西立面：横向拉索Φ30，竖向拉索Φ36均采用表面亚光316不锈钢。夹具：南北面185*127，东西面270*140角部导圆弧，316材质表面亚光。6.3嵌缝：泡沫棒、黑色中性耐候硅酮密封胶6.4施工机具：配电箱、外墙脚手架、吊篮、电锤钻、电气焊设备等。7、质量要求玻璃边长的允许偏差（单位：mm）边长（L）玻璃厚度L≤10001000＜L≤20002000＜L≤30004+1,-2±3±4568+2,-3101215±4±419±5±5±6玻璃厚度的允许偏差（单位：mm） 厚度允许偏差3，4±0.205，6+0.20,-0.308，10±0.3512±0.40索网幕墙安装精度控制项目允许偏差支承结构预埋件标高±10mm位置偏差（与设计比）±10mm上锚墩标高±1.0mm位置偏差±1.0mm角度±15/地锚（筋板孔）（筋板）标高±1.0mm位置偏差±1.0mm索网上固定点标高±1.0mm轴线位移±1.0mm下固定点标高±1.0mm轴线位移±1.0mm垂直度H≤10m1.0mm10m＜H≤20m1.5mm20m＜H≤40m2.0mm40m＜H3.0mm夹具中心高差±1.0mm夹具水平度1.0mm玻璃面板相邻两玻璃面接缝高低差1.0mm上、下两块玻璃接缝垂直偏差1.0mm左右两块玻璃接缝水平偏差1.0mm玻璃外表面垂直接缝偏差H≤20m3.0mmH＞20m5.0mm玻璃外表面水平接缝偏差L≤20m2.5mmL＞20m4.0mm玻璃外表面平整度H（L）≤2m1.0mmH(L)＞2m1.5mm胶缝宽度（与设计值比）±1.0mm 8、安全措施8.1贯彻执行劳动保护、安全生产、消防工作的各类法规、条例、规定，遵守工地的安全生产制度和规定。8.2要在职工中牢牢树立起安全第一的思想，认识到安全生产，文明施工的重要性，做到每天班前教育,班前检查,班后总结，严格执行安全生产三级教育。进入施工现场必须戴安全帽，2米以上高空作业必须佩带安全带。焊接平台上应作好防火措施，防止火花飞溅。8.3幕墙安装高空作业量大，需用安全设施多，为确保施工安全，现场组建专业安全班组，负责工程安装中所需的一切安全设施的搭设。8.4现场施工用电执行一机、一闸、一漏电保护的“三级”保护措施。其电箱设门、设锁、编号、注明责任人。9、效益分析9.1经济效益单拉索幕墙是一种新兴的幕墙形式，施工难度大，技术含量高，其施工工艺与传统施工工艺有较大不同，施工速度快，需要钢材少，采用加工与组装一条龙的方式同传统的加工与安装相对独立的方法相比，降低了施工成本，同时节省了措施费用，创造了较大的经济价值，节约用工费用30万，缩短工期15天。使工程施工成本在客观上得到很好的控制。9.2技术效益单索结构体系夹具式玻璃幕墙施工技术先进，通过该技术的施工，使公司现场管理、技术人员得到很好的锻炼，提高了管理、技术人员解决问题的能力。这位以后类似工程的施工积累了丰富的经验。9.3社会效益 单索结构体系夹具式玻璃幕墙施工效果好：立面效果丰富，简约而优雅、庄重，体现了现代科技的美感和玻璃建筑的纤细、轻盈通透和精美，材料自重得到有效控制，结构轻便、牢固。鉴于此施工技术众多优点，吸引了各方专家前来考察，同时也得到了同行和业主的一致好评，展示了公司良好的社会形象。10、工程实例成都东客站工程外幕墙大面积采用单索结构体系夹具式玻璃幕墙技术，该技术在国内应用比较少，安全可靠，造型美观，环保节能。幕墙高度24米，质量要求高，幕墙立面横缝水平度，竖缝垂直度，幕墙平面度控制严。采用该技术施工，取得了良好的经济效益、技术效益和社会效益。'