球面棱锥式玻璃幕墙设计与施工技术

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摘要：在科学技术发展及社会进步的推动下，我国建筑幕墙施工技术有了较快的发展。建筑幕墙的规格以及品种多样，建筑幕墙设计、施工技术水平和要求也在建筑质量的要求下变得越来越高。本文主要探讨了球面棱锥式玻璃幕墙的设计及相关的施工技术。

关键词：球面棱锥；玻璃幕墙；设计；施工

中图分类号：S611 文献标识码： A

引言

玻璃幕墙是一种新型、高档的护结构，具有独特的色彩和光影效果，其多变的造型对业主及建筑师有十分强烈的吸引力,使其广泛应用于多层和高层建筑中,对提高建筑品质、丰富城市景观具有积极的作用。

1、建筑幕墙施工的特点

1.1露天作业和外脚手架作业多

建筑幕墙是建筑的围护结构，这就决定了建筑幕墙的施工是露天作业和外脚手架作业的特点。另外，建筑幕墙施工是建筑外立面施工的最后一步，工程中使用的外脚手架在经过长期的日晒雨淋和前面多种工程的施工作业长时间的使用后会出现较多的事故隐患，如脚手板损坏，架体与建筑结构的拉结松脱或失效，架体内和架体与建筑物之间的封闭失效等。这种特点决定了施工安全管理的内容多，管理的难度大。

1.2使用吊篮高空作业

随着建筑物向高层和超高层的方向发展，建筑施工使用升降式脚手架的情况增多。但是使用升降式脚手架无法进行建筑幕墙的施工作业。在这种情况下施工单位往往使用高处作业的吊篮进行建筑幕墙的施工作业。另外，建筑幕墙的维护和保养也需使用高处作业吊篮进行作业。高处作业吊篮作业的风险更大，这就要求施工企业要制定完善的管理制度和安全操作规程，并要在日常的管理中加强检查，及时排除事故隐患。

2、球面棱锥式玻璃幕墙

用四棱锥钢架来构造圆形的鳞斑状的、龟裂片、外形，球面经向线以及纬向线则表示球体的纹路。用一个四棱锥钢架来表示，四棱锥钢架由菱形底座和4个棱锥面组成。四棱锥钢架通过支托焊接在网架球节点上。

3、传力路线

荷载玻璃玻璃副框连接结构四棱锥钢架支托网架结构

4、玻璃幕墙结构与主体结构的关系

4.1立柱的安装

在进行玻璃幕墙施工时，应将立柱与连接件连接，然后连接件再与主体预埋件连接，并在预埋件的连接位置，使用12mm不锈钢螺栓；立柱对接使用专用铝合金插芯，插芯长度不小于400 mm；立柱对接时应留伸缩缝15 mm，当幕墙框架调整后，伸缩缝处应注硅酮密封胶密封；幕墙立柱应为受拉构件，上端应与主体结构固定连接，下端为可上下活动的连接；立柱安装标高偏差不应大于3 mm，立柱轴线前后偏差不应大于2mm，左右偏差不应大于3mm；对钢连接件进行焊接时，焊缝高度为7 mm，焊接后应将焊渣清理干净，并涂两道富锌漆防腐。

4.2横梁的安装

在安装横梁时。连接固定横梁的连接件、螺栓（钉）的材质、规格、品种、数量必须符合设计要求，螺钉应有防松脱的措施；同一个连接处的连接螺栓（钉）不应少于2个；按照幕墙设计施工图纸的要求，结合建筑结构的各层基准线、建筑标高线确定连接件位置；横梁连接件，应使用M5×35 mm不锈钢自攻螺钉，将铝合金角码固定在立柱上，配置横梁时注意两立柱间，与横梁两端头垫1mm～2mm橡胶垫；横梁两端的连接件及弹性橡胶垫安装应在立柱的预定位置，保证其牢固，其接缝应以密封胶密封；同一层的横梁安装的顺序应由下向上进行。当安装完一层高度时，应随时进行检查、调整、校正、固定，使其符合允许偏差的质量要求。

4.3玻璃板块的安装

在安装玻璃板块时，玻璃板块的玻璃质量、尺寸和规格应达到设计要求；玻璃表面的尘土和污物应擦拭干净，应保证检查玻璃的镀膜无污染、无剥落；应根据幕墙设计要求，将幕墙框架组合安装后。应能实现框架三维调整（即前后、左右、上下），以满足幕墙验收标准的平面度、垂直度要求；调整完毕后对幕墙框架的实际分格尺寸，与设计计算的玻璃板块尺寸相对照，并按分格安装位置编号，保证玻璃胶缝的一致性；玻璃板块上的铝合金附框，用外压板通过螺栓、螺母与立柱横梁连接固定；玻璃板块的下边应安装两段长度不小于100 mm的铝合金托，并垫1mm.厚橡胶垫；幕墙全部外露金属件（压板），从任何角度看均应外表平整，不允许有任何小的变形、波纹、紧固件的凹进或凸出；安装好的玻璃表面应平整，不得出现翘曲等现象；安装时应注意选择天气，遇见刮大风下大雨的气候或当气温低于-5℃时，应停止施工。

5、幕墙节点设计

5.1节点方案设计

由于球体网壳是三维空间结构，其内力和变形也都是三维的，同时大小和方向也不同。这就要求球面棱锥形幕墙结构变形要和其支撑结构变形相协调，具有三向变形的功能。

5.1.1全铝合金框方案

采用铝合金框造型，节点构造复杂，连接困难;现场安装困难，精度差;变形和主体结构不协调。

5.1.2螺钉连接方案方案

采用四棱锥钢架造型;铝合金副框和四棱锥钢架之间直接用螺钉连接;现场安装困难，精度差;变形和主体结构不协调。

5.1.3三维活动节点方案

采用四棱锥钢架造型;铝合金副框和四棱锥钢架之间通过连接件连接;安装便捷，精度高;变形三维，变形和主体结构协调，使幕墙结构处于简单的受力状态，延长了幕墙的使用寿命和维修周期。

5.2铝合金副框设计

三维活动节点主要构件由铝合金副框、支撑角码、连接件等组成。副框要有沿支撑角码水平滑动和绕支撑角码转动的功能;支撑角码要有支撑副框水平滑动、转动和垂直滑动的功能;连接件要具有支撑和供支撑角码滑动的功能。经过反复研究和试验。

图一铝合金副框设计

5.3连接件设计

5.3.1角钢连接件设计角钢采用50×5，经镀锌处理，在两肢上开长孔，使角钢一肢沿着四棱锥钢架护板上下滑动，同时，另一肢具有支撑角码上下滑动的功能。

图二 弧形连接件

支撑角码和角钢连接件用螺栓连接，且可沿角钢肢上下滑动，同时，支撑角码支撑玻璃副框，承受玻璃副框传来的荷载，玻璃副框可以绕角码转动和沿角码作直线滑动。

5.3.2弧形连接件设计

用厚5mm的钢板经机轧成型，镀锌处理。在弧形段钻3个孔(三角形布置)，用自攻六角螺栓和四棱锥钢架的钢管连接固定。在另一端开直孔，使支撑角码沿其可以上下滑动。

支撑角码和角钢连接件用螺栓连接且可沿角钢肢上下滑动，支撑角码支撑玻璃副框，承受荷载，玻璃副框可以绕角码转动和沿角码作直线滑动。

6、施工技术

6.1支托安装

为了防止因主体结构变形，在幕墙结构中引起附加内力和变形，支托安装要求、三点共线、，即支托盖的中心、焊接球的球心、网架球心在一条直线上。现场制作1:1的放样靠尺来确定支托的位置，保证安装精度。

图三球面四棱锥放样示意

6.2四棱锥钢架制作及安装

6.2.1四棱锥钢架放样根据凯威特型网壳的特性，取1/6球体作为放样单元。在一个放样单元内，在同一纬度方向四棱锥钢架参数相同，在同一经度方向四棱锥钢架参数不相同，参数随凯威特型球面网壳杆件参数的变化而变化。因此，必须进行放样，才能施工。

6.2.2结果分析

放样由球心到短边高500mm，放样有以下结论。