大懸挑鋼結(jié)構(gòu)上超大鋁拉網(wǎng)板塊裝配式應(yīng)用技術(shù)分析

溫華庭，劉艷，黃慶祥，楊友富，趙曉龍

（中建深圳裝飾有限公司，廣東 深圳 518003）

1 引言

在現(xiàn)代的建筑幕墻中，裝配式幕墻的應(yīng)用越來越普遍，特別是在一些超大懸挑的結(jié)構(gòu)中， 常規(guī)的施工措施已經(jīng)難以施工，裝配式結(jié)構(gòu)的應(yīng)用就發(fā)揮了它的巨大優(yōu)勢(shì)。 本文主要分享某工程如何在寬18.9 m、長83 m、高40 m 這種大懸挑鋼結(jié)構(gòu)上安裝超大鋁拉網(wǎng)吊頂板塊。

2 大懸挑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)量監(jiān)測(cè)分析

2.1 施工前對(duì)大懸挑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析

在方案設(shè)計(jì)的過程中， 深化設(shè)計(jì)組針對(duì)項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)的沉降情況與建筑設(shè)計(jì)院的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行進(jìn)一步溝通， 考慮到鋼結(jié)構(gòu)的加工、安裝、運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)的焊接等工作會(huì)使鋼結(jié)構(gòu)有一定的變形沉降，因此，建筑設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)大懸挑鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，做出如下設(shè)計(jì)處理：（1）4 層及5 層懸挑部分采用（拉桿）伸臂桁架+ 外圍腰桁架結(jié)構(gòu)形式；（2）鋼結(jié)構(gòu)部分樓板采用鋼筋桁架樓承板；（3）鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)建模計(jì)算，適當(dāng)增加一定的結(jié)構(gòu)起拱。

2.2 施工前對(duì)大懸挑鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)分析

在方案確定過程中，測(cè)量小組對(duì)項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行同步測(cè)量，并記錄大懸挑鋼梁有關(guān)的沉降值。 經(jīng)數(shù)個(gè)月的數(shù)據(jù)觀測(cè)及數(shù)據(jù)分析可知，懸挑大鋼梁的沉降數(shù)據(jù)并不大（普遍在50 mm），對(duì)比建筑設(shè)計(jì)院提供的數(shù)據(jù)可知， 整體的沉降基本都符合設(shè)計(jì)要求[1]。 后續(xù)在垂直方向的調(diào)節(jié)量裝配式方案應(yīng)可以滿足結(jié)構(gòu)偏差的要求。

3 鋁拉網(wǎng)吊頂裝配式方案的設(shè)計(jì)

3.1 原施工圖框架式鋁拉網(wǎng)吊頂方案的設(shè)計(jì)分析

原招標(biāo)方案鋁拉網(wǎng)吊頂中， 采用常規(guī)框架式幕墻安裝方法，經(jīng)過分析有如下缺點(diǎn)。

1）從招標(biāo)方案豎剖節(jié)點(diǎn)中可以看出，鋁拉網(wǎng)吊頂系統(tǒng)的安裝順序是先焊接12#槽鋼支座，然后安裝鋁拉網(wǎng)吊頂?shù)闹鼾埞牵来魏附訖M梁，最后安裝面板鋁拉網(wǎng)。 此鋁拉網(wǎng)吊頂系統(tǒng)中支座和主體的連接，以及主龍骨與橫梁的連接，都是通過焊接實(shí)現(xiàn)的。 這種零散的施工工序，以及大面積的仰焊焊接難度非常大。

2）部分吊頂結(jié)構(gòu)主體建筑標(biāo)高為40 m，全部為懸挑區(qū)域，吊頂正下方為首層樓板。 若采用滿堂腳手架，操作危險(xiǎn)，且搭設(shè)量大，會(huì)影響后期其他的專業(yè)施工。

綜上所述， 鋁拉網(wǎng)框架系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的安裝加工來說非常煩瑣復(fù)雜。

3.2 鋁拉網(wǎng)吊頂裝配式初步方案深化設(shè)計(jì)分析

在深化過程中，為了解決以上幾個(gè)問題，設(shè)計(jì)人員將鋁拉網(wǎng)吊頂系統(tǒng)優(yōu)化成裝配式方案一（見圖1）。深化后的方案相比于原方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）解決了之前框架安裝的腳手架，以及其他低效措施的安裝， 同時(shí)不影響后期與其他專業(yè)施工的交叉作業(yè)；（2）將鋁拉網(wǎng)以及吊頂龍骨組裝成整體板塊，大量減少了現(xiàn)場(chǎng)空中焊接動(dòng)火的情況， 降低了現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的安全隱患；（3）將鋁拉網(wǎng)以及吊頂龍骨組裝成整體板塊，不僅更加有利于控制骨架和板塊的變形， 也極大地提高了現(xiàn)場(chǎng)的安裝工效。

為保證加工精度、安裝質(zhì)量、節(jié)約工期，針對(duì)鋁拉網(wǎng)吊頂裝配初步方案組織各方（項(xiàng)目管理部、勞務(wù)班組、技術(shù)管理部、設(shè)計(jì)部等）進(jìn)行評(píng)審，總結(jié)出鋁拉網(wǎng)吊頂裝配初步方案還存在以下缺點(diǎn)：（1）鋁拉網(wǎng)吊頂裝配式初步方案支座沒有設(shè)置合理的防跳裝置，10 mm 鋼耳板和10 mm 折彎鋼板地臺(tái)碼焊接之間的焊縫作用有限；（2）大部分鋁拉網(wǎng)板塊質(zhì)量都在400 kg 左右， 耳板插接調(diào)整有極大的難度， 導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)板塊安裝效率較低；（3）鋁拉網(wǎng)吊頂龍骨上的斜撐影響外觀視覺效果。

3.3 鋁拉網(wǎng)吊頂裝配式方案的最終方案設(shè)計(jì)分析

針對(duì)以上鋁拉網(wǎng)吊頂裝配初步設(shè)計(jì)方案中存在的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員調(diào)整方案， 將鋁拉網(wǎng)吊頂裝配式初步方案優(yōu)化成鋁拉網(wǎng)吊頂裝配式最終方案。

通過兩個(gè)方案對(duì)比，可以清楚地發(fā)現(xiàn)最終方案有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）取消了鋼龍骨和支座之前的斜撐，從外立面看簡潔、通透；（2）增加20 mm×10 mm 扁鋼為支座上的防跳裝置，以防止負(fù)風(fēng)壓時(shí)鋁拉網(wǎng)板塊滑出支座， 進(jìn)一步加強(qiáng)了鋁拉網(wǎng)吊頂板塊掉落風(fēng)險(xiǎn)；（3）60 mm×40 mm×4 mm 的鋼通掛件可以輕易地滑進(jìn)5 mm 厚的折彎U 槽之間，減少了吊裝安裝的難度，加快了安裝效率。

3.4 超大鋁拉網(wǎng)的設(shè)計(jì)總結(jié)分析

3.4.1 鋁拉網(wǎng)與幕墻結(jié)構(gòu)框架固定，熱應(yīng)力無法釋放產(chǎn)生變形

在季節(jié)溫差較大地區(qū)，陽光照射熱效很強(qiáng)，顏色較深的鋁板升溫較大。 不同溫度下，鋁拉網(wǎng)尺寸較大時(shí)便會(huì)出現(xiàn)較大的線性膨脹差。 如果幕墻板塊結(jié)構(gòu)沒有做相應(yīng)的釋放，將鋁拉網(wǎng)用螺釘固定在幕墻框架上的結(jié)構(gòu)上，將造成鋁拉網(wǎng)的熱應(yīng)力無法釋放，迫使板面屈服，在空氣作用下向外出現(xiàn)變形現(xiàn)象。 這種變形的形變量相當(dāng)大的，特別在鋁拉網(wǎng)里面的幕墻框架采用鋼型材時(shí)， 因鋁的熱膨脹系數(shù)一般為鋼的2倍，所以，同尺寸鋁材在相同溫差下產(chǎn)生的伸縮量為鋼材伸縮量的2 倍。

3.4.2 板塊沒有附框和加強(qiáng)筋，在風(fēng)壓和空氣張力下出現(xiàn)變形

如果業(yè)主為了節(jié)約成本，同時(shí)建筑師為了追求視覺效果，鋁拉網(wǎng)的附框、 加強(qiáng)筋一律不用，會(huì)將鋁拉網(wǎng)折成后，直接用螺釘或者鉚釘固定框架上，幕墻的板塊如果是大分格的話，鋁拉網(wǎng)強(qiáng)度根本就不夠， 板塊在正負(fù)風(fēng)壓作用下會(huì)產(chǎn)生向里、向外的疲勞性撓度變形，使板面尺寸增長[2]。 板塊在空氣張力作用下造成了向外變形。

3.4.3 面板與邊肋裝配時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力變形

鋁拉網(wǎng)擠壓成型以后，和附框焊接固定， 沒有有效控制焊縫的間距，焊接加熱時(shí)，焊縫及其附近區(qū)域?qū)a(chǎn)生壓縮塑性變形， 冷卻時(shí)壓縮塑性變形區(qū)要收縮。 如果這種收縮能充分進(jìn)行，則焊接殘余變形大，焊接殘余應(yīng)力?。蝗暨@種收縮不能充分進(jìn)行，則焊接殘余變形小，而焊接殘余應(yīng)力大，這樣就會(huì)導(dǎo)致鋁拉網(wǎng)局部變形。

4 鋁拉網(wǎng)吊頂裝配式施工

4.1 裝配板塊的合理劃分解決了吊裝和運(yùn)輸問題

此項(xiàng)目的吊頂懸挑寬18.9 m、懸挑長83 m、懸挑高40 m，在此空間中施工措施很多，可以選擇滿堂腳手架、高空車等。但就本項(xiàng)目而言，最主要的問題是工期特別短，吊頂上部分位置的鋼結(jié)構(gòu)完成后，需馬上做結(jié)構(gòu)樓板，留給幕墻吊頂施工時(shí)間不多，對(duì)于3 000 m2的吊頂體量來說，難度非常大。

將工作盡量提前、減少安裝時(shí)間是此項(xiàng)目設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 裝配式設(shè)計(jì)、整體吊裝是一個(gè)可行的方案，而且利用汽車吊或軌道吊進(jìn)行安裝，可以降低對(duì)施工措施的依賴，大大降低了措施費(fèi)，縮短了施工工期。 經(jīng)過3 次大方案的調(diào)整、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物樣板的反復(fù)比對(duì)，完成了整套裝配式設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 其中，板塊劃分是一個(gè)關(guān)鍵問題，需要考慮以下因素：（1）板塊要盡可能的大，以實(shí)現(xiàn)大面積的一次性安裝，但是又不能太大，要考慮現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地的運(yùn)輸限制和吊裝的便捷性；（2） 板塊的掛點(diǎn)要控制在4~6個(gè)，少了不穩(wěn)，多了誤差太大，難以掛裝；（3）板塊之間的縫隙只有10 mm，需要考慮安裝過程中的碰撞問題；（4）加工好的板塊的存儲(chǔ)問題.

設(shè)計(jì)人員經(jīng)過反復(fù)放樣、對(duì)比，確定主要尺寸為3 900 mm寬、長3 900 mm，最終形成了300 多個(gè)吊頂板塊，且每塊板塊的質(zhì)量在400 kg 以內(nèi)。

4.2 掛接系統(tǒng)的三維調(diào)節(jié)解決鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架變形問題

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)理論的下沉數(shù)據(jù)為100 mm， 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可達(dá)到50 mm，再加上平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這些都會(huì)對(duì)板塊的掛裝產(chǎn)生極大的影響。 為了解決此問題，設(shè)計(jì)人員參考單元板塊的掛接系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)，同時(shí)利用預(yù)焊在結(jié)構(gòu)上的加長牛腿實(shí)現(xiàn)高度方向±200 mm 的調(diào)節(jié)，從理論上解決了鋼結(jié)構(gòu)變形不可控的問題。

4.3 鋁拉網(wǎng)裝配式吊頂施工安裝

1）在結(jié)構(gòu)梁上每隔5 m 焊接1.2 m 高、50 mm×4 mm 方通，頂部開孔穿鋼絲繩，用于后期作業(yè)人員掛安全帶。

2）結(jié)構(gòu)梁上搭設(shè)作業(yè)面，沿結(jié)構(gòu)梁方向在H 型鋼梁下翼緣鋪設(shè)4 m 長、60 mm×4 mm 方通，間距2 m（居跨中），兩端與結(jié)構(gòu)焊接10 mm，保持牢固。 在方通上鋪設(shè)2 m 鋼跳板，兩端及中間與方通用鐵絲綁扎牢固； 最后鋪設(shè)鋼跳板走道的鋼絲繩和兜網(wǎng)。

3）在走道上完成鋁拉網(wǎng)裝配式板塊轉(zhuǎn)接件的安裝。

4）把1 t 卷揚(yáng)機(jī)通過4-M10 mm×130 mm 化學(xué)螺栓固定在樓板上， 在120 mm×80 mm×5 mm 方通上（放置在結(jié)構(gòu)梁上， 兩端卡在焊接在結(jié)構(gòu)梁的60 mm×60 mm×4 mm 方通上，60 mm×60 mm×4 mm 方通高度150 mm， 四邊與結(jié)構(gòu)焊接）用10 mm 鋼絲繩綁扎定滑輪，將3.9 m×3.9 m 的吊頂通過卷揚(yáng)機(jī)整體吊運(yùn)至作業(yè)面進(jìn)行安裝。 吊裝3.9 m×7.8 m 單元體，采用2 臺(tái)1 t 卷揚(yáng)機(jī)吊裝。

5）在加工區(qū)把鋁拉網(wǎng)和龍骨按圖紙要求做成3.9 m×3.9 m或者3.9 m×7.8 m 的裝配式板塊。

6）在每一個(gè)吊頂單元體吊裝點(diǎn)對(duì)應(yīng)的樓板上鉆孔，通過卷揚(yáng)機(jī)整體吊裝。

7）鋁拉網(wǎng)板塊吊裝完成后，操作人員在上述的鋼跳板走道上，通過對(duì)支座的三維調(diào)節(jié)來調(diào)整板塊的平整度。

5 結(jié)語

裝配式幕墻減少了人工參與以及勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了單體構(gòu)件質(zhì)量以及板塊施工質(zhì)量，從而提高了裝配式幕墻的整體施工質(zhì)量。 裝配式支座和裝配式幕墻的建造可以在兩個(gè)地方同時(shí)進(jìn)行，可以邊現(xiàn)場(chǎng)施工安裝，邊在工廠或者加工區(qū)組裝，相比傳統(tǒng)的框架幕墻，工期會(huì)明顯縮短，降低事故的發(fā)生率。裝配式幕墻的施工現(xiàn)場(chǎng)施工人員更少， 安裝過程相對(duì)簡捷，現(xiàn)場(chǎng)安裝工序少，難度系數(shù)少，事故發(fā)生率減低，能夠滿足快速建造的要求，但是需要周密詳細(xì)地考慮每個(gè)施工步驟。 為了加快推進(jìn)城市現(xiàn)代建筑幕墻產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，應(yīng)明確與完善裝配式建筑相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)一步分析裝配式建筑幕墻的全面推廣所帶來的深刻變化，積極加強(qiáng)技術(shù)集成的推廣及應(yīng)用，建立的完整的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理標(biāo)準(zhǔn)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等。