超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工技術研究

李 凌 云

（中鐵十一局集團第五工程有限公司，重慶 400037）

0 引言

近年來，我國城市基礎設施建設日益完善，各類超高層、大型公共建筑不斷涌現。隨著我國超高層建筑規模的逐漸擴大，以鋼結構為支撐體系的建筑幕墻受到了廣泛應用。鋼結構具有結構穩定、裝配化程度高等優點，其承載能力與變形能力可以滿足幕墻外圍面板結構的受力需求，因此鋼結構支撐體系在我國建筑幕墻工程項目中的應用已成為一種趨勢。

幕墻是建筑工程施工技術不斷發展的產物，是將技術與藝術融為一體的建筑外圍護結構，隨著我國對建筑美學、建筑功能等因素的追求，幕墻鋼結構支撐體系跨度越來越大，建造形態越來越新穎，對鋼結構安裝施工技術與工藝的要求也越來越嚴格。但在建筑幕墻鋼結構安裝施工中仍存在一定技術問題?；诖?，本文開展超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工技術研究，以期為推動我國超高層建筑幕墻的健康發展提供實踐依據。

1 工程概況

重慶市某大型商場工程項目，包括商業區與辦公區兩部分，總建筑面積約8.4 萬m2。該商場規劃高度為168 m，地上52 層，地下3 層為停車場，該商場工程項目為一類超高層建筑，設計使用年限為60年。在商場建筑的外立面主要有金屬門窗系統與玻璃幕墻系統兩個外裝飾系統，其中幕墻為曲面異形玻璃幕墻，設計使用年限為20 年，其幕墻支撐鋼結構形式為鋼柱。本工程的主要施工難點為商業區大跨度、大傾斜曲面異形玻璃幕墻的安裝。為滿足異形幕墻的造型與受力需求，本工程選用具有承載力高、變形小、穩定性強等特性的鋼結構作為支撐體系，同時采用預埋件的形式將鋼結構的高強度材料（如鋼索、鋼繩等）與建筑混凝土結構連接，以提升幕墻造型的適應性并降低幕墻施工難度。

2 超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工

2.1 測量放線

由于超高層建筑幕墻結構安裝施工工藝較為復雜，所以在正式施工前需要做好施工準備工作[1]。首先在現代化、專業化的工廠流水線上加工制作本工程使用的鋼結構構件，并在嚴格的質量管理與控制下完成鋼材進場工作，在檢查完到場的鋼材后，開始進行測量放線工作[2]。由于本工程中幕墻造型為不規則結構，所以測量放線工作是關鍵環節，對整體鋼結構安裝施工質量控制至關重要。本文主要采取平面測量控制網結合極坐標測量定位的方法完成鋼結構安裝測量放線工作，即在逐級建立符合施工要求的安裝控制網后，通過極坐標法進行測量定位，在進行測量放線施工過程中，需要嚴格控制每一個環節的測量誤差，只有測量精度符合要求后才能進行下一道工序。一般情況下，在布設幕墻鋼結構測控網時，需要將其與建筑工程原始測量控制網相交，以防止幕墻鋼結構測控網收口位置發生交叉沖突，在建立測區控制網時，需要確定測量控制點（見圖1）。

圖1 幕墻鋼結構測量控制點布置示意圖

如圖1 所示，點A，B，C，D 為超高層建筑工程承包方所提供的測點，點1，2，3，4 為本文布置的測點。在超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工現場，按照圖1 位置選擇平穩且牢固的地面，建設觀測墩，并進行保護。然后結合工程的實際情況，在施工過程中將布置的測控點逐步向上引測，從而成立測區控制網[3]。最后，在超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工過程中，根據測控網進行鋼結構體系的測量放線，及時記錄測量數據，如果發現誤差較大，需要及時采取措施對鋼結構進行局部調整，以保障幕墻鋼結構的安裝施工質量。

2.2 鋼構件吊裝

由于本工程中應用的鋼結構整體規模較大，所以本次施工中將鋼結構分為多個部分，進行分次吊裝[4]，吊裝至指定位置后再將構件節點連接在一起，以避免鋼結構體系在吊裝過程中發生安全事故。在進行幕墻鋼構件吊裝施工時，需要在設計圖紙與工程精準測量數據的基礎上展開[5]，由于幕墻鋼構件重量較大，本次施工采用100 t 汽車吊進行吊裝施工。由于鋼管柱的剛性較好，本次施工采用兩點起吊法，即在鋼管柱的兩端設置吊點，便于起吊與校正（見圖2）。

圖2 鋼柱吊點示意圖

當鋼柱吊裝前期工作準備就緒，需要先進行試吊，即在鋼柱吊起1.5 m 時停止，此時對吊具與鋼柱的穩定性進行檢測，確保安全后繼續進行鋼柱吊裝。吊裝至設計位置時，需要對鋼柱進行校正。在鋼柱放下后，通過底板螺母來調整鋼柱的標高，確保鋼柱安裝誤差控制在2 mm 以內，同時在吊車不松鉤的情況下，調整鋼柱底板與控制軸線對齊，并通過纜風繩矯正法，對鋼柱垂直度進行校正，確保鋼柱吊裝無誤后，開始進行鋼梁的吊裝施工[6]。在吊裝鋼梁之前，需要在地面將鋼梁整體結構拼裝起來，檢驗無誤后開始空中吊裝。本次施工主要采用專用扁擔吊裝鋼梁，采用兩點起吊法，在鋼梁結構上綁扎鋼絲繩，確保鋼梁與吊車之間鎖死，避免發生施工事故。在鋼梁吊裝至空中時，以先下層梁后上層梁的順序進行安裝，并在鋼梁就位后采用撬棍進行校正，在校正鋼梁孔位時，需要確保不會影響鋼柱的垂直度。最后，在超高層建筑幕墻鋼結構全部吊裝完畢后，需要進行整體校驗，一是對鋼柱垂直度進行校驗，要求鋼柱垂直度的誤差控制在8 mm 以內，如果垂直度不符合施工要求，需要通過調平螺母的方式對鋼柱進行調整，在調平螺母過程中為避免影響鋼結構整體的穩定性，調節幅度不可過大；二是對鋼梁彎曲度進行校驗，鋼梁的彎曲度誤差需要控制在5 mm 以內，如果彎曲度不符合施工要求，可以通過倒鏈的方法進行校正[7]。通過檢驗鋼構件吊裝的準確性與緊密性，從而保障超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工的質量。

2.3 節點連接

由于本次施工采用的幕墻鋼結構由多個鋼構件組成，所以在鋼構件吊裝結束后，需要對整個鋼結構進行節點連接[8]，防止后續施工時出現觸點鋼結構散架等問題，從而影響幕墻施工效果。針對鋼結構與建筑主體結構剪力墻的連接，為提升鋼結構的連接質量，采用如圖3 所示的預制構件連接法。

圖3 與主體建筑連接示意圖

在建筑的主體結構剪力墻中預埋預制構件，通過螺母與鋼柱連接在一起，從而將幕墻鋼結構所產生的自重荷載均勻傳遞至主體結構墻上，具有較為穩定的固定效果。針對鋼柱之間的連接，每兩個分段鋼柱之間都設有連接鋼柱，與鋼筋牢固焊接在一起，所以在鋼柱開孔后需要將套筒與鋼筋緊密焊接在一起，套接在鋼柱上，且控制插入鋼柱底座的鋼筋長度為1 cm 左右。在鋼柱安裝斜梁時，如果斜梁安裝位置在鋼筋短板區間，需要采用焊接的形式進行牢固連接，如果斜梁截面較小，可以適當調整斜梁的角度，控制其與鋼柱之間相互繞開[9]。針對鋼結構的各基礎結構節點之間的連接[10]，為提升鋼結構整體安裝效果，需要采用焊接的方式進行連接，本文綜合考慮鋼結構節點連接效果與經濟效益等因素，決定采用手工電弧焊的焊接方式，該焊接方式可以最大限度地縮短幕墻鋼結構各基礎結構節點之間的距離，進而保障幕墻鋼結構節點的連接質量。如果在鋼結構節點連接施工過程中發生問題，施工人員必須結合實際情況，及時采取相應措施來優化節點連接技術，從而提升幕墻鋼結構安裝施工效果。與此同時，在超高層建筑幕墻鋼結構節點連接過程中，某些節點需要采用螺栓進行連接[11]，此時需要考慮螺栓的強度與使用性能，選擇與幕墻鋼結構安裝施工相符的高強度螺栓，以提升螺栓的整體作用效果，進而提升超高層建筑幕墻鋼結構的整體穩定性。

2.4 防腐涂裝

在安裝固定后，需要對鋼結構進行防腐涂裝，以延長鋼結構體系的使用壽命[12]。在涂裝之前，需要對鋼結構的安裝連接情況進行詳細檢查，如果鋼構件存在鐵銹、焊縫藥皮、油污等雜物，會影響涂裝質量，需要對鋼結構外部進行清理。清理后開始正式進行防腐涂裝施工[13]，施工采用的防腐材料為奶黃醇酸調和漆，為保障涂裝效果，避免防腐材料在后續應用過程中發生脫落等現象，本文采用多次涂刷的方式進行防腐材料的涂裝，且每一次的防腐材料黏度與稠度保持均勻一致。防腐涂裝過程中，采用噴漆槍進行涂刷施工，便于控制防腐材料的涂刷厚度。在涂刷第一層防腐材料時，采用從上至下的方式進行涂刷，控制涂刷方向保持一致，且接槎整齊。當第一層防腐材料完全干燥后，以同樣的方法涂刷第二次防腐材料，避免出現油漆流墜、發皺等現象。在涂刷第二層防腐材料時，其涂刷方向需與第一層方向保持垂直，且涂刷厚度均勻一致。涂刷結束后，需在防腐材料外部對鋼構件進行編號[14]，如果是重大構件需要注明重心位置及定位編號，至此本次超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工結束。

3 施工監測

為了確保在超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工過程中，鋼構件的力學性能滿足幕墻施工安全需求，必須進行嚴格的施工監測，從而掌握鋼結構應力的變化情況。在布置監測點時需要遵循如下原則：綜合考慮幕墻鋼結構安裝施工的經濟性與現實性來選擇監測點的布設位置，且布置的監測點不能對鋼結構造成壓力；根據桿件受力模式確定是否需要以對稱的方式來布置監測點，如果僅受軸力作用的桿件只布設一個監測點即可，如果受軸力與彎矩雙重作用的桿件需要在其兩側對稱布設監測點；監測點布設的位置需要在桿件受力最大處，同時避開焊接等區域。本文主要從鋼結構應力變化及形變兩個方面進行施工監測，其中應力的監測需要采用由敏感元件組成的振弦式傳感器來實現，該傳感器所測量出的頻率變化即可轉換為鋼結構的應力應變值，對本次施工監測的應力數據進行處理統計，由于數據量較大，本文僅提取部分具有代表性的監測結果（見圖4）。

圖4 幕墻鋼結構應力變化監測結果

從圖4 可知，隨著施工工期的不斷推進，幕墻鋼結構應力呈緩慢上升狀態，但圖4 所示的4 個監測點的應力最終均穩定在一個固定值，其中鋼結構最大的應力為48 MPa，由此可見，本次超高層建筑幕墻鋼結構安裝過程中，鋼結構應力的整體變化相對平穩，滿足施工要求。在進行超高層建筑幕墻鋼結構的變形監測時，通過監測精度較高的全站儀來測量鋼結構在X，Y，Z軸的位移變化，從而呈現出鋼結構的幾何變形情況，施工監測結果見表1。

表1 幕墻鋼結構變形監測結果與理論值對比

由表1 可知，隨著施工工期的增加，幕墻鋼結構變形值不斷增大，其中實測最大變形值為21.4 mm，出現在X軸。但是，在本次施工監測過程中，各監測點的實測變形值與理論值整體上沒有過大的變化，最大相差僅為3.4 mm，可能是受監測儀器誤差等因素的影響。綜上，本次超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工質量較好，鋼結構應力與形變的變化情況在可控范圍內。

4 結語

隨著我國城市化進程不斷加快，火車站、商場、劇院等超高層建筑建設規模逐漸增大，但是我國建筑領域對超高層建筑幕墻的應用還處于起步階段?；诖?，本文研究了超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工技術，以理論分析的形式指導工程實踐，并通過實際工程項目的施工監測，驗證了本文所設計的幕墻鋼結構安裝施工技術的可行性與可靠性。但在實際超高層建筑幕墻鋼結構安裝施工中，應將安全作為首要考慮因素，今后將針對施工安全控制問題繼續進行深入探討，以期進一步推動我國建筑領域的可持續發展。