摘要:结合实际工程,从材料的选用、力学计算、幕墙构件的加工制作、安装施工等方面探讨了点支式玻璃幕墙在高层建筑中的应用,可供相关人士参考。
关键词:点支式玻璃幕墙高层建筑预应力
1.幕墙工程概况
某综合楼总建筑面积为20000m2,框剪结构分为主、辅楼,主楼15层,辅楼6层,外墙装饰为点支式幕墙结构,总高度53m,玻璃幕墙面积11000m2,其中不锈钢拉索桁架支承的玻璃幕墙面积达3000m2。辅楼东立面幕墙,鱼腹式钢管桁架间距为6.75m,竖向桁架间水平布置间距为1.6m的拉索桁架,玻璃分格2250mm~1600mm。主楼南立面二层凸出部分为索桁架点支式幕墙,玻璃分格为2083mm~1600mm、2250mm~ 1600mm,采用水平拉索桁架支承。每隔6.25m布置t榀竖向钢管桁架, 中间再布置水平拉索桁架,玻璃分格为2083mm×1600mm。
幕墙角部交汇处设方形空间桁架,并用加强固定其位置,减少扭转的影响,考虑到屋面和楼面会有竖向位移,为防止主体结构竖向位移对竖向桁架和竖向拉索桁架产生的附加力,因而在上端均采用三角传力架和活动铰支座,下端则采用铰支座。
2.材料选用
2.1 玻璃
面板采用12mm+1.52mm+6mm钢化夹层玻璃。玻璃紫外线阻隔率99.9%,可见光透光度88%,阳光透光率74%。
2.2 钢管桁架
钢架桁架采用Q235钢管,直接对接式钢管接头。钢管桁架外侧喷涂聚氨漆涂料。
2.3 拉索桁架
拉索桁架全部采用不锈钢。施工前对钢索选择作了较多的考虑,采用不锈钢索强度低于高强钢索,但不腐蚀,无须表面喷涂,美观而且长期维护方便。各立面索桁架均选用Ф14mm的1×19钢绞线,钢丝直径为2.8mm,伸长率低,等效弹性模量可达1.20×105N/mm2,桁架变形小,易满足要求。
2.4I形和X形支承钢爪
不锈钢支承驳接爪采用铸钢件经精密加工、装配而成。支承头带有转动球铰以适应玻璃受力后的变形。
3.主要构件计算方法及预应力值考虑
基本风压Wo=0.35kN/m2,雪载荷0.4kPa,地震Ⅶ度设防。
3.1主要构件计算方法
(1)玻璃:按四点支承板计算最大弯曲应力。
(2)空腹桁架:外荷载作为集中力施加于节点,采用截面法计算杆件内力。
(3)普通桁架:外荷载作为集中力施加于节点,按铰接桁架计算。
(4)拉索桁架:考虑几何非线性,按受拉杆件采用计算机软件计算。
3.2 预应力值考虑
拉索桁架采用的钢索是柔性的,须施加预应力张紧才有支承能力。试验和分析表明,索的预应力合力对外荷载的抵抗起的作用不大,一般不超过5%,而95%的作用是由于索伸长后产生拉力的合力来平衡。初始预应力主要是将索拉直,有一个初始的刚度,保持桁架的正确形状,以承受外荷载,故初始预应力值不必过大,一般可取为索的破断拉力的15～20%。
本工程采用Ф14mm19股钢铰线,破断拉力140kN,有效预拉力选定为17kN,由于钢索施加预应力时会有锚头滑动、温度变化、曲线张拉摩擦等损失,故实际张拉的预拉力应高于有效预应力的数值。
4.拉索桁架的实验
拉索桁架是本工程的关键性结构,过去积累的经验很少,故施工前进行了实体构件的试验,以确定设计的可靠性。试验体取24m长的水平拉索桁架。钢管桁架间距6m,拉索桁架节间为2m,矢高0.8m,由计算分析,在P=10kN下挠度值为5.9mm,与实测值相符。同时由计算可知,预应力加上荷载产生的内力,在拉索中的最大内力为37kN,与实测值接近。在超出荷载设计值的情况下,P=10kN时的挠度为跨度的1/1000,完全满足拉索桁架挠度不大于U300的要求;且最大轴向拉力Nmax=37kN,远小于钢索极限拉力147.9kN,所以完全符合设计要求。
5.幕墙构件的加工制作
5.1玻璃的制作及施工技术要求
(1)玻璃的切角、钻孔等必须在钢化前进行,钻孔直径要大于玻璃板厚,玻璃边长尺寸偏差±1.0mm,对角线尺寸允许偏差±2.0mm,钻孔孔位允许偏差±0.8mm,孔距允许偏差±1.0mm,孔轴与玻璃平面垂直度允许偏差±0.2○,孔洞边缘距板边间距大于或等于板厚度的2倍。
(2)PVB夹胶玻璃内层玻璃厚6mm,外层玻璃厚12mm,由于均为钢化玻璃,所以夹层厚度取为1.52,在本工程的风力作用下,夹胶玻璃最大分格尺寸不宜超过2m×3m,如经特殊处理或有特殊要求,在采取相应安全措施后可以适当放宽。
(3)单片玻璃的磨边垂直度偏差不宜超过玻璃厚度的20%。
(4)在施工现场中,玻璃应存放在无雨、无雾、无震荡冲击和避免光照的地方,以避免玻璃破损或玻璃表面出现彩虹,特别要注意玻璃固定孔不能作为搬动玻璃的把手,起吊玻璃在玻璃重量允许前提下最好使用真空吸盘。
5.2 钢结构制作及施工技术要求
(1)钢结构组合构件应尽可能在工厂完成合理的划分拼接运输,根据施工现场实际情况选用合理的现场施工组织方案。
(2)钢结构拼接单元节点偏差不得大于2mm。
(3)钢结构长度允许偏差不得超过1/2000。
(4)钢结构垂直度允许偏差1/2000,绝对误差不大于5mm。
(5)驳接件水平间距允许偏差1.5mm,水平高度允许偏差1.5mm,相邻驳接件水平度允许偏差1.5mm,同层高度内驳接件允许高差L≤20m,允许偏差1/1000;L≤35mm,允许偏差1/700;L≤50mm,允许偏差1/600;L≤100m,允许偏差1/500。
(6)钢索事先要超张拉调直后方可下料。
6.安装施工
6.1施工准备工作
由于施工、层间位移、沉降等因素造成主体结构的实际尺寸与设计尺寸不符,故在幕墙制作安装前应对主体结构进行测量,测量时坐标、轴线同建筑物相结合,张拉钢丝同各种仪器相结合,玻璃幕墙的施工测量应与主体工程施工测量轴线配合,测量误差不得积累,使其符合幕墙的构造要求。
6.2 幕墙钢结构安装
(1)安装前,根据基础验收资料复核各项数据,并标注在检测资料上。预埋件、支座面和地脚螺栓的位置、标高的尺寸偏差符合相关的技术规定及验收规范。
(2)脚手架的承载能力应满足施工堆载的需要,还应考虑到幕墙面、作业面与轴线之间的距离,对照参考面找出控制点的间距与位置;对照参考面找出安装角的间距(当幕墙倾斜时,要注意垂直角的调整量)。
(3)钢结构的复核定位使用轴线控制点和测量的标高基准点,保证幕墙主要竖向构件及主要横向构件的尺寸允许偏差符合有关规范及行业标准。
(4)根据现场实际情况及结构形式采用扩大拼装法和综合安装法安装构件。保证结构能划分成若干个独立单元,安装后均具有足够的强度和刚度。
(5)确定幾何位置的主要构件在松开吊挂设备后初步校正,连接接头经过检查合格后紧固和焊接。
(6)对拉索杆驳接结构体系,应保证驳接件位置的准确,一般允许偏差在+1mm,紧固拉索杆或调整尺寸偏差时,以单元控制的方法调整校核,以消除尺寸偏差,避免误差积累。
(7)安装驳接爪时,要保证安装位置公差在+1mm内。在玻璃重量作用下,若驳接系统有位移可用配重法进行调整。
6.3 玻璃安装
(1)先在安装平台上装配驳接头与玻璃,然后再与驳接爪进行安装。为确保驳接头处的气密性和水密性,应使用扭矩扳手,根据驳接系统的具体规格尺寸确定扭矩大小。按标准安装玻璃时,应始终保持玻璃悬挂在上部的两个驳接头上。
(2)现场粗装后调整上下左右的位置,保证玻璃水平偏差在允许范围内。
(3)玻璃全部调整完毕,应进行整体立面平整度的检查,确认无误后方可打胶。
(4)玻璃打胶注意事项:
① 打胶前用二甲苯或工业乙醇和干净的毛巾擦净玻璃及钢槽打胶的部位。
②驳接玻璃底部与钢槽的缝隙用泡沫胶条塞紧,保证平直,并预留8~12mm的打胶厚度。
③打胶前,在需打胶的部分粘贴保护胶纸,注意胶纸与胶缝要平直。
④打胶应持续均匀,一般是先打横向缝后打竖向缝。竖向胶缝宜自上而下进行,胶注满后,应检查里面是否有气泡、空心、断缝或夹有杂质,若有应及时处理。
⑤隔日打胶时,胶缝连接处应清理已打好的胶头,切除前次打胶的胶尾,以保证两次打胶的连接紧密。
⑥玻璃胶经修饰后,应迅速将玻璃上粘贴的胶带撤掉,玻璃胶固化后,应清洁内外玻璃,做好防护标志。◆
参考文献:
[1] 赵西安.建筑幕墙工程手册,中国建筑工业出版社,2002.
[2] 吕令毅,徐宁.点连接式玻璃幕墙的分析、设计、施工[M],东南大学出版社,2003.