拉索式双曲面玻璃幕墙建造技术

中建三局集团有限公司西北分公司 西安 710065

1 工程概况

新疆国际会展中心为新疆自治区地标性工程，该工程由展览中心和会议中心两部分组成，按中轴对称布局，长486 m，宽130.5 m，展馆采用大跨度张弦桁架，跨度108.5 m，为国内第三大跨度。会议中心椭球体明月造型设计为大悬挑桁架结构，建造难度和人员容纳规模居全国同类建筑前列。会议中心5层为独特的悬挑明月造型，是整体建筑造型灵魂所在之处，同时也是主要会议功能集中区域。为保证5层外部椭球体形状与内部良好的视觉景观效果，外围采用大面积拉索式双曲面点式玻璃幕墙，工程效果如图1所示。

图1 工程效果示意

2 深化设计方案

（a）为更好地发挥整体效果，须进行拉索单元划分及节点深化，根据圆弧段的尺寸，对观景窗椭圆钢管固定连接件按照4 000～4 500 mm不等的间距进行划分，并对节点进行深化设计（图2）。

图2 拉索单元深化示意

（b）建立三维模型进行弧度的确立以及与结构的自然过渡，通过专业软件进行玻璃下料工作，其单面394 块双曲玻璃无一相同尺寸，亦为下料的一大难点（图3）。

图3 观景窗轴测三维模型

（c）观景窗水平弧线长度约109 m，竖向弧线长度约28.2 m，为保证玻璃幕墙施工整体的安全性及曲面总体视觉景观效果，深化设计时，考虑利用拉索和调节胶缝的宽度来整体分解因荷载和温差等产生的变形。

3 拉索式双曲面玻璃幕墙施工[1-3]

拉索式双曲面玻璃幕墙采用钢立柱以及预应力双层钢拉索组建框架网格，拉索左右端固定在弧形钢构立柱上，上下通过地埋件或者耳板进行连接，钢索中接驳器根据弧形分割、曲面尺寸调节定位，拉索可以根据玻璃曲度进行调整，使曲面玻璃安装时四个角度能保证平衡受力，玻璃之间的缝隙和曲面过渡均匀，安装完毕后，缝隙处进行封胶处理，从而达到无障碍、通透的视觉效果。其施工流程主要为：测量定位→支承结构制作安装→索桁架安装→索桁架张拉→不锈钢接驳器的安装及调整→曲面玻璃安装→板块调节→紧固→注胶→清洗。

3.1 测量定位

按设计轴线及标高位置，分别测量屋面梁或支承钢梁、地锚、各楼层钢索水平撑杆的纵向轴线及标高，形成三维立体控制网，从而满足幕墙、支承结构、索桁架、接驳器定位的要求。

3.2 支承结构制作安装

3.2.1 拉索与立柱的形状

拉索上下部结构采用成品H形钢梁，立柱采用椭圆形钢管。

3.2.2 吊索及辅助设施的准备

在梁上（设计位置）设悬挂钢索的锚墩，根据钢索的空间位置计算出各种角度后与钢梁（其他梁）焊接成整体。

3.2.3 钢梁的起吊及固定

（a）钢梁起吊点设置：钢梁吊装采用固定吊孔耳板直接焊接在H形钢梁的上翼板上，耳板的壁厚、吊孔壁有效宽度及焊缝应经计算确定，并能承受自重和上下多次起吊的负荷需要，且吊装点直线距离应大于4 m。

（b）施工操作平台：为保证吊装钢梁与钢结构固定的可操作性及安全性，在每个吊装位设置2 个简易吊装挂篮平台，自行制作。分别用塔吊进行挂篮平台的移动和就位。

（c）起吊方法 ：钢梁的起吊采用现场塔吊起吊，采用水平起吊法，将钢索吊装绳扣拧出，穿入吊装孔内后拧紧，检查无误后，指挥人员起动吊装信号。将钢梁缓缓起吊，起吊到吊装位上方0.5～0.8 m 处停止。钢梁停止转动后，吊篮内的操作工人稳定钢梁，防止移动、窜位。

（d）固定：吊篮内操作工人通过对讲机与指挥人员协调下降动作，保持步调一致。使钢梁缓缓降至安装位，一名操作工人稳定钢梁，另一位操作工人准备一颗高强螺栓，当钢梁高强螺栓孔与屋面钢梁耳板孔径贯通一致时，迅速插入高强螺栓并将螺栓初步拧紧，防止钢梁窜位，并依次将全部高强螺栓穿好并初步拧紧。采用扭力矩扳手按照由两端向中间的顺序逐个将高强螺栓按初拧终拧分2 次拧紧。检查扭力矩表盘读数，数值应符合设计值方可停止拧螺母。

3.3 拉索结构的安装

3.3.1 竖横向拉索、连接端安装

按照先大面后转角的顺序利用电动卷扬机将拉索牵引到安装位置，牵引时绑扎点应保证锚具端部有一定的自由摆动量，上端固定于耳板上，下端固定于主体钢结构上（图4）。通过调紧索头进行轻微张拉，达到预紧要求，并及时调整拉索在空中的位置。安装过程中严格检查每根拉索的扭转和连接情况，防止拉索与节点扭转变形连接。

图4 拉索调节固定

3.3.2 拉索预紧、初拉

目测观察各组件基本对位后，对拉索进行预紧，预紧过程中拉杆连接组件应处于自由活动状态下，全部就位后对拉索进行初拉。

3.3.3 拉索张拉

（a）张拉的顺序：先对中间竖索进行张拉，再对已张拉完毕的竖索两侧的竖索进行张拉，依次向左右两侧进行张拉。

（b）竖索的张拉方法：采用特制牵引工装与拉索端张拉锚具可靠连接，用液压穿心式千斤顶牵引拉索，应力达到设计要求后调整拉索可调索头间距，将索头固定于下端固定耳板上。保证连接件连接可靠，如有角度或尺寸偏差应采取必要的调整措施。张拉完成设计应力后停止工作，待24 h后拧紧结构梁上的连接件组件。

（c）横索的张拉：将不锈钢索和索夹固定于结构柱耳板上。横索、调节锚固索头作为一整体进行张拉。张拉时利用同位器对千斤顶群均匀施压。拉索初拉24 h后，对索网结构进行复核检查。

3.4 接驳器的安装与调整

接驳件的位置调整校核到安装要求后，将接驳器的后座套套在钢索或钢管上，拧紧不锈钢螺钉，使接驳器初定。根据水平分格测量基准点将接驳器调整至水平，成一条线位（图5）。

3.5 双曲面玻璃安装

（a）根据编号，将检查完好无损的玻璃匀速送到安装位置，当玻璃到位时，脚手架上人员应尽早抓住吸盘，控制稳定玻璃，当上部有防撞槽时，让上部先入防撞槽；当下部有防撞槽时，将玻璃慢慢放入槽中。

图5 接驳器安装固定

（b）玻璃安装好后，应调整玻璃上下、左右、前后的缝隙大小，拧紧平锥扣件，将玻璃固定住。待全部调整完毕后，应进行整体立面平整度的检查。玻璃安装及安装后实物效果，见图6。

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图6 玻璃安装及安装后实物效果示意

3.6 幕墙注胶

一个区间内的玻璃板块全部安装完成后，统一进行硅酮耐候胶嵌缝密封。先将注胶面进行清洁，并在玻璃边缘与胶缝平行贴保护胶纸，然后按照先水平后竖直分格施工进行玻璃注胶，注胶时需由内外两侧施工人员配合施工。

3.7 幕墙清洗

表面修饰好后，清除玻璃和构件上的黏附物。待玻璃密封胶完全固化后，清洁内外玻璃，做好防护标志。

4 施工技术措施[4,5]

4.1 支撑及拉索结构安装技术措施

（a）梁上设置锚墩时应注意主梁在幕墙自重、钢索预应力等作用下产生的挠度，予以反向变形预调。

（b）施工吊装挂篮直接吊挂在主体钢结构上，挂篮外径尺寸为宽1 m，长 1.5 m，挂篮高1.2 m。三边围护高2 m。在结构梁上设置生命绳，采用专用夹具与操作工人安全带系在一起，生命绳的长度加安全带的长度能保证操作工人施工操作回旋半径的长度。

（c）所有拉索进场前应在加工厂进行预拉以消除非弹性（塑性）的拉伸。

（d）拉索张拉前，对张拉过程进行模拟计算分析，并根据分析结果采用分级张拉、钢梁位移监控与千斤顶拉力双控的张拉施工工艺。索力监测选用压力传感器测试。张拉通常分5 级进行，依次为：20%、40%、60%、80%、100%；张拉时对每点张拉都应进行张拉力和伸长量控制，并监控钢梁控制点的变形，及时对拉索张拉过程进行调整，以确保其满足设计要求。各次张拉的力距值严格按设计值施加，且必须用扭力扳手完成。

（e）安装接驳器后，为保证玻璃能顺利安装到接驳件上，应对爪件位置控制点测量校核，采用激光水平仪从水准基点上引出，射到每个驳爪上，检测水平位置。安装接驳器、调整偏差是点支式接驳玻璃幕墙工程的重中之重。

4.2 玻璃安装技术措施

（a）玻璃编号要本着既有利于安装识别，又要有利于加工装箱的原则进行，宜采用分区、分面和规格进行编号。安装前应仔细核对玻璃编号，并检查玻璃是否出现损坏。

（b）玻璃吊装入槽就位后用泡沫填充棒固定住玻璃，防止玻璃在槽内摆动造成意外破裂。

（c）玻璃注胶前，玻璃与钢槽之间的缝隙用相应的泡沫棒塞紧，注意平直，留净高5 mm注胶厚度。

（d）注胶时，先根据胶缝的大小切开玻璃胶相应斜口，注胶要保持均匀，操作顺序一般是：竖向胶缝，由上向下；横向胶缝，由左往右。

（e）注胶时按玻璃板块先水平后竖直分格施工。遇到新、旧胶缝相接的位置，需要将旧胶缝端部切除，以免影响胶道融合的紧密程度。每一道胶缝注胶完成后，立即将胶缝刮平，然后撕除保护胶纸。

5 结语

在本工程屋面观景天窗玻璃幕墙施工中首次采用该施工方案，根据现场特有的明月悬挑结构，利用原有的钢构实体，根据现场的施工特点，采取悬挂与支撑相结合的安装方法，同时也总结出一套切实可行的实施工艺，达到了良好的效果，可为同类施工提供良好的借鉴作用。