拉索点式幕墙的施工技术及质量控制
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【摘要】随着社会经济的发展，拉索点式幕墙已占有相当大的比例。笔者根据自己的多年的经验将拉索点式幕墙的施工要点、技术特点、及质量控制进行了详细的阐述，供同行参考！
【关键词】拉索点式幕墙钢桁架拉索支撑杆施工技术
1工程概况
本工程是整个建筑采用帆状的金属结构屋顶,正立面采用斜面全玻璃拉索式点支撑幕墙,总面积约1万m2,使整个建筑充满了新世纪的现代风貌和艺术魅力。
全通透拉索支点支撑驳接形式的玻璃幕墙,由钢桁架、张拉索杆结构组成支撑结构体系(见图1、图2)。该技术是世界玻璃幕墙领域的最新技术形式,在国内也比较少见。其特点有:
(1)钢桁架作为主支承结构,与建筑主体结构相连接。
(2)在桁架上设置水平、垂直方向的张拉自平衡索杆结构,在预应力拉紧后形成幕墙的支承系统。
(3)玻璃面板由安装在张拉索结构上的点驳接钢爪件固定,作填缝处理后,最终形成幕墙系统。由于特殊的建筑造型和构造形式,本幕墙工程具有很大的施工难度,需要对施工技术作深入分析,并采取有效的质量控制措施。
2材料的选择及构件设计加工
本工程材料主要有钢桁架及支撑杆件、拉索组件、拉索支撑杆、爪件及驳接件、玻璃等,对各材料的要求及技术特点说明如下:
2. 1钢桁架
鱼腹钢梁在车间内加工焊接、腹杆切割时,应考虑弦管的切割轨迹。焊接处应过渡平滑,保证装饰效果美观。对钢材表面进行预处理,表面粗糙度不大于Ra3. 2级,表面采用除锈防锈漆涂装二遍。钢桁架及其相关部分钢材在安装完毕后,均应做金属漆面漆,以达到设计要求的装饰效果。
2. 2钢桁架支撑杆件
考虑钢桁架安装施工中的调整定位要求,支撑连接杆件采用可调形式,钢桁架调整定位完毕后,再安装顶部水平钢梁的固定支撑杆件,使钢桁架成为静态结构。
2. 3拉索组件
拉索组件构造见图3,一个组件包括固定端和可调端,用于在安装后施加预应力。拉索采用不锈钢钢丝绳,材质为1Cr18Ni9,其力学性能列于表1。
图3拉索组件
表1不锈钢丝绳的力学性能
拉索采用冷挤压锚具连接,要求在出厂前作拉断试验,钢丝绳从索具中拔出力不得小于钢丝绳90%的破断力。拉索组件及驳接系统均由专业厂家生产,应提交测试合格报告及质量保证证书。拉索组件在制作前,应对拉索进行调直张拉。其内力必须要一致,在拉索的安装过程中,以往很容易造成应力集中,无法解决此问题。本工程在整个施工过程中采用了由浙江省建筑科学设计研究院自行研制的ZL-50、ZL-100、ZL200型材钢索内力智能测试仪,对施工现场拉索进行逐一反复检测,以确保工程质量。
测试程序如下:
(1)测试钢索序列中,首先应测试承重索再测试稳定索。
(2)测试钢索规格的仪器要在标准台座上进行标定,以确保数据的准确性。
(3)对现场所测钢索每一跨距要逐一进行反复测试,在反复测试中,数据有偏差的,要对钢索不断地进行调整,直至所有钢索受力都能达到均匀。
(4)在测试中,钢索受力状况有时偏差较大,在使用ZL-50系列测试仪后,经过多次调整,就不会产生这种情况。
(5)在本次测试结束后,最后是每隔半年至一年再进行一次复测,因为考虑到这段时间受到自然界的活动荷载影响,如台风。另外还要考虑到地基是否沉降或是沉降不均等因素的影响,经多次复测调整就能排除钢索的应力集中现象,从而有效保证拉索受力均匀。
2. 4拉索支撑杆
用于平衡两侧拉索的张力。由于拉索支撑系统必须根据不同的工程构造形式确定,一般对每个项目而言,拉索支撑杆必须由施工单位自行确定。本工程典型的支撑杆型式见图4。支撑杆设计时应考虑施工的要求。本工程垂直方向为直索,支撑杆件设计方案为:先连接固定直索,以便定位后连接固定横向索。
图4典型的支撑杆型式
2. 5爪件及驳接件
爪件结构见图5,采用精密铸造,表面处理按设计要求。驳接件采用浮头式,见图6,其特点是球铰螺栓的采用,一方面承担玻璃的重力,同时由于其驳头可转一定范围角度,避免了因面板受力弯曲在驳接玻璃孔处产生应力导致玻璃破碎。本工程横索组件、支撑杆、爪件驳接件均采用不锈钢材质1Cr18Ni9,表面机械抛光处理。
2. 6玻璃
玻璃作为风荷载直接承受体,其设计选用应计算应力和挠度。按设计要求,本工程玻璃采用12+1. 52PVB+8双钢化白玻。由于点式玻璃幕墙的玻璃面板需要在支承处开孔以固定不锈钢连接件,开孔的质量直接关系到玻璃的安装,其孔径加工误差在0~0. 5mm内;钻孔后应进行倒角,倒角尺寸不小于1. 0mm(见表2)。由于玻璃是易碎品,运输时应全部采用塑料薄膜包裹,木箱包装后付运。
表2点支承玻璃加工允许偏差
3张拉索结构预应力设计与控制
张拉索结构是柔性的张拉结构,在没有施加预应力前没有刚性,其形状也是不确定的,必须通过施加适当的预应力赋予其一定的形状,才能成为承受外荷载的结构。张拉索结构既连接玻璃面板,又连接主体结构,既要有足够的变形以平衡外荷载,又要求变形不致过大。
点支承玻璃幕墙的支承结构单独进行计算,经设计确定的预张拉值见表3。
表3预张拉值
从表3中的技术要求可以看出,在施工中,首先进行初步固定,全部张拉至少分三次,这样可以有效地解决拉索预应力松弛现象。同时,在施工中分批、多次对称张拉,最终达到控制拉力的数值。为保证幕墙的性能稳定和使用安全,在竣工时张拉后,计划在半年后检查和调整,此后每三年检查调整一次。
施工技术及质量控制要点
现场施工应在对设计的充分理解后进行。
本工程玻璃幕墙的施工工序为:预埋件埋设测量放线牛腿定位焊接钢架吊装核准检验拉索连接、安装整体调整校准、检验驳接系统安装玻璃安装调整检验打胶校准检验淋
水试验交工验收。主要施工工艺质量控制要点说明如下:
4. 1测量放样
幕墙开始施工在主体结构完成之后,测量放样是第一步工作,由此得到幕墙结构的实际位置,以及校核所有预埋件的位置。幕墙安装是比较精密的工作,工程中采用水准仪和经纬仪来进行测量。同时得到的控制点用红漆标明,各标记及拉设的钢丝线加强保护。
4. 2钢结构安装
牛腿安装根据施工图中钢结构尺寸定位位置来定,保证钢结构安装尺寸到位。在调整校验前钢结构的焊接采用点焊,调整后再满焊。
4. 3索桁架的安装
索桁架安装过程包括索桁架的预拉、锚墩安装、施工临时支承结构的搭建、索桁架就位、预应力张拉、索桁架空间整置检测与调整、稳定索安装、驳接系统安装、幕墙安装等。
4.3. 1索桁架的预拉索桁架在安装时必须施加预应力。具体的做法是:按设计所需预应力的60%~80%张拉索桁架的钢索,然后自然放松钢索一段时间。如此重复几次,即可完成索桁架的预拉工作。
4. 3. 2锚墩的安装先在主体结构的悬挑梁或主梁上安装张拉附梁,然后在梁上设计位置处安装悬挂钢索的锚墩,最后根据钢索的空间位置及角度将锚墩梁焊接成整体。地锚则直接安装在地锚的预埋件上。
4.3. 3索桁架就位借助于支承杆,就可以将已经预拉并按准确长度准备好的索桁架就位,再调整到设计规定的初始位置,进行初步固定。这时得到的是索桁架的初始形态。
4.3. 4预应力张拉索桁架就位后,即可按设计给定的次序进行预应力张拉。张拉预应力时,使用专门的千斤顶。张拉过程中要随时监测索桁架的位置变化。对于本工程双层索(承重索、稳定索)结构,为使预应力均匀分布,要同时进行张拉。全部预应力的施加分三个循环进行:第一个循环完成预应力的50%,第二、三个循环各完成25%。
4. 4驳接爪件的安装
拉索组件固定调整后,在其上安装驳接爪件,其安装技术见表6。
表6驳接爪件安装要求
4. 5玻璃的安装
玻璃安装是一项非常细致的工作,安装过程中切实注意以下几点实施安装:
(1)开箱时检查玻璃规格尺寸,有崩边、裂口、明显划伤等问题的玻璃,不允许安装。
(2)玻璃吊运时应匀速将玻璃送到安装位置。当玻璃到位时,脚手架上人员尽早抓住吸盘,控制稳定玻璃,以免发生碰撞,出现意外事故。
(3)玻璃安装好后应调整玻璃上下、左右、前后缝隙大小,拧紧平锥扣件,然后将玻璃固定住。
4. 6调整与校验
牛腿安装、钢结构吊装,以及拉索组件安装、玻璃安装后均进行调整与校验。待全部调整完毕后,应进行整体立面平整度的检查,确认无误后,才能进行打胶。