建筑幕墙钢结构施工技术的运用研究

朱晓宁 黄兆淑

(山东彩旺建设有限公司，山东 济南 250000)

大多数民用钢结构都使用墙系统实现外部立面效果。贴附墙材料-外部立面帷幕墙通常需要透过穿过外墙和建筑隔热层的钢元件连接到主体结构(钢梁或柱)。

1 钢结构在幕墙工程中的发展历程

钢结构在建筑幕墙工程中得到了广泛的应用，这是人们很久没有想到的。幕墙在中国建筑史上开始出现是在20世纪80年代左右，但从本质上讲，最初实施幕墙工程的不是建筑企业，而是飞机制造企业。当时，几乎所有的幕墙企业都属于飞机制造企业。他们所知道和熟悉的是铝合金建筑材料，而不是钢结构。当幕墙应用于酒店等设施的建设时，楼层高度一般在3～4m左右。此类设施使用铝合金材料可以完全满足建筑的受力程度要求，因此无需使用钢结构。最后，在20世纪90年代初，有关幕墙工程的法规终于将铝合金排除在外，开始使用钢结构，但这一决定在初期并未被业内大多数人所接受。因此，钢结构相关体系开始了新的创新和进一步完善的过程。经过长时间的探索和整改，从1996—1998年，广东的一些建筑开始在幕墙工程中采用钢结构。此外，经过多年和多次强台风，建筑物的状况一直很好。这也为钢结构在幕墙工程中的广泛应用奠定了基础。钢结构也具有实用性，事实证明其在幕墙工程中的优势。多年来，我国建立的钢结构幕墙在使用钢结构时从未出现过安全问题。许多地区的钢结构工程在多次强台风后甚至可以保持完整。几年来,相关的科研人员也一直在对钢构件在建筑幕墙施工中的运用情况进行不断分析、研究和实验,为实现极限的效果,大部分的支撑构件都是采用了柔性焊接的钢材构件,且在测试时的抗震规模也远远超出了国家所规定的设防强度。在这样的条件下,幕墙试块的最大位移就达到了七十分之一至五十分之一,而一般来说超过了这样的最大移动程度实际房子就应当坍塌了,而幕墙试件的所有钢结构都还可以维持下来,而这些实验结果也显示,在幕墙建筑中钢结构的应用,已经完全能够满足标准的强抗要求。

2 支撑钢结构在建筑幕墙中应用的常见形式

2.1 刚架结构形式

作为刚性结构的基本钢结构在墙中也很常见——现代工程机械幕墙。简单体系结构的最大优点是它可以用杆将金刚连接固定在里面，这样它的优点是更加刚性和抗变形性更强。但是，由于弯曲力在杆组合中的传输良好，节点结构变得更加复杂，质量要求也更高。

2.2 索杆结构形式

索杆构件中的支撑钢结构,指的是利用张拉施工法在索杆结构中施以预应力,以使构件产生一定强度和抵抗变形性能。因为他们所使用的索杆形状多变、结构轻盈、透明度好,且富有较高的美学表现力,所以也被广泛应用在了现代的建筑幕墙工程设计当中。但是,由于索杆构造形式上属于一类几何的非线性构造,其自身张应力对刚性结构的变响很大,所以设计与建造困难度都很大。

3 幕墙钢结构设计内容及要点

3.1 确定边界条件

首先考虑主构件梁上的结构，然后考虑主构件柱部分中的结构，最后考虑混凝土板上的结构。除了与主体构件的边界之外，幕墙钢构件通常是幕墙系统的主要支撑构件，但它们也具有与其顶部相关联的幕墙材料(例如铝、玻璃)的轮廓条件。由于建筑幕墙的外观特点，幕墙钢结构构件的外观造型应进行控制，不得干扰幕墙表皮。内外制作皮质钢结构墙体的三明治的特殊位置，设计要求往往非常严格，影响建筑外观和建筑空间尺度，这可以产生空间体积的作用不大，因此在皮质结构墙体中，根据建筑设计理论和相关建筑设计图纸，钢结构基本上是必要的，基于复杂的边界，将需要钢结构的设计体积，然后选择合理的结构布局形式来达到需要。

3.2 合理的埋件设计

总的来说，与幕墙钢结构预埋部分安装系统相比，主体有两个，第一个是前预埋部分，第二个是后预埋部分。总的来说，这两个嵌入部分的影响主要是混凝土结构和钢结构之间需要合理的联系。对于预埋钢件，重点是必须在钢板中钻孔，并在杆直径穿透后同时采用焊接方法。在混凝土按照相关设计规定，以及内部材料的粘结能力和对支撑的反应完成之前，还必须确定嵌入钢零件的位置。合理的强度，并由此确定嵌入的钢件能够承受相应支架的反作用力。同时，在这种情况下，要求还应保证与周围混凝土结构的连接距离间隔能够满足要求，对于那些较大的剪力储备，也必须严格测量相互之间的连接距离，必要时做一套特殊的切口扳手。与后埋件相比，主要是后锚固螺栓和化学夹。在这种情况下，首先必须确定后锚固螺栓使用一个化学锚固螺栓，并在此基础上，通过其外部结构接受的相对载荷，做出后锚固螺栓结构类型的合理选择,而由于后置锚栓一般都会在对水泥开始浇注和凝结的基石上经过开孔加工,所以,这也就会将对混凝土基础造成一定的冲击,另外,由于后锚栓与水泥间的黏结性也很有限制,所以,在这种基石上的外部负荷承载也相当小。

3.3 支撑钢结构在建筑幕墙中应用的参数计算

1)强度验算。强度试验算法是在负荷能力有限的条件下对建筑结构刚度的评估，计算时应适当考虑工作条件和环境的影响。设计值必须采用最不利的值；2)稳定的计算。通常应通过《钢结构设计规范》来实现结构构件的稳定性计算,它具体可分为二个部分进行分析,一部分是总体稳定性分析,一部分是局部稳定性分析。若整体构造比较复杂,则还可使用相关软件,利用几何或非线性屈曲进行分析。

3.4 降低太阳辐射负荷强度

为减少太阳辅辐射负荷强度对幕墙产生的不良影响,可以通过在幕墙表层使用高强度的反射镀膜材料,使得幕墙隔热效率到达了相应的规范要求,从而能够在相应程度上提升了钢构幕墙的隔热效率,从而实现了墙体保温节电的目的。

3.5 减少热损失

为了降低高层钢结构建筑节能幕墙的电导率，必须采取措施，根据总传热减少总热负荷损失，这也是缩小总温差的重要手段。为了减少热负荷损失，可以对不同的墙结构(幕墙)使用不同的建筑材质，也可以通过修改方向来设计墙结构(幕墙)。

3.6 在幕墙上应用镀膜钢化玻璃

目前，玻璃幕墙仍是中国大型建筑建设的重要组成部分。尽管玻璃幕墙比幕墙的主要构件(幕墙)具有某些优势，但其导热系数较低在某种程度上限制了墙构件(建筑幕墙)的能耗。虽然可以使用6mm+9a+6mm空心内嵌幕墙有效降低传统幕墙结构的传热系数，但可以降低传统幕墙的能耗，以实现节能目标。

4 建筑幕墙钢结构施工技术的运用研究

在钢构件设计及幕墙施工推进过程中,本工程项目并没有象常规工程项目那样采用各自单独施工的方式,但是由于充分考虑了钢结构工程与幕墙结构工程设计之间的相互关联性,在钢结构工程推进方案设计时便充分考虑了未来幕墙结构施工时所必须的衔接节点及其所必须预留的焊接地点,并把整个幕墙结构工程设计的推进节点都体现在了钢结构的模型上,这样就可以对幕墙结构设计所需要的位置做出了最好的复核,同时也降低了幕墙结构工程设计现场二次焊接的工程量,整个钢构的设计前期工作全部都在加工场进行。

4.1 重视施工前的准备工作

在对节能型幕墙进行施工前,就必须进行全面的准备工作,可以为节能型幕墙的安装奠定牢固的技术基础。首先,相关的工作人员必须提前对节能型建筑目前的建设情况做好掌握。特别是针对于施工现场的建设状况,还必须做好详细的勘察,以便准备好设计合理的建筑幕墙。其次在对幕墙进行工程设计完成以后,也即完成了幕墙的施工任务以前,就必须到原材料交易市场上对幕墙的原材料进行仔细的选择。随着建材行业在近些年来发展突飞猛进,而相关的建筑原材料市场为谋取最大利润也是良莠不齐。因此相应的建筑幕墙原材料采集人员也必须要经过精心筛选。第三层面,相关的工作人员也必须在建筑施工前后对硅铜结构做出必要的检测。因此,硅铜结构对整体幕墙的建筑施工有着非常关键的意义。影响着整体幕墙的建筑品质。第四层面,就是必须在开始建筑施工以前,要对整体项目目前的施工周期,做出全面的计划。在建设期限和必要的施工节点都明确以后,各个部门就可以更好地进行相应的管理工作。第五个方面,相关的监理机关必须在施工前对幕墙施工的图纸和实际的施工进行细致的勘察,保证没有其他不适配的问题。

4.2 幕墙施工技术要点

在幕墙建筑施工的过程当中,必须重视一些相应的技术要求。首先是由于理论与实践上的差距。虽然目前相关建筑技术已经是一种相对精细化的流程了,但在建筑设计过程当中或者在最后建筑施工的过程当中,却总是出现了一定难以避免的误差。因此相应的建筑工程人员就必须在发现问题的时候,及时做出适当的调整处理。以避免幕墙与实际建筑物体之间存在一些明显的误差甚至是间隙,影响建筑物总体的品质,或者其隔热防风的功效。此外在现代的施工设计及其相应的实际操作过程中,通常都能够运用到网络甚至是其他的互联网技术手段进行操作,能够有效减少很多差错,从而提高了建筑施工的精确度,所以我们需要合理运用先进的网络技术手段,来进一步增强幕墙建筑施工技术的能力优势。

4.3 控制预埋件施工质量

第一,为提高预埋件与主构件连接处的强度,当对二者实施联接时,所用的水泥强度要在C20之上。在钢筋预埋件浇筑过程中可能会出现一定的偏移问题,要避免钢筋预埋件偏移问题的发生,首先需要通过钢筋对预埋件安装做出合理定位。第二,在砼浇筑现场施工的整个过程中,施工人员必须针对混凝土的情况做出严格分析,并对其做出仔细观测,一旦在建筑施工流程中发生了偏移,就要及时采用相应措施修正偏移,以确保砼浇筑质量。第三，浇注钢预埋件时，不要使用加工过的钢板作为锚栓，要选择合格的热轧钢板直径。锚固杆直径大于20cm时，必须用穿孔盲板焊接。如果锚杆直径小于20cm，锚杆可采用压力弧焊方法焊接。在焊接操作中，你通常不能在l型和井型同时固定钢棒。此外，模具必须有效连接，焊接过程中可以使用手动连接。请注意，手工焊接时，焊接宽度应大于6mm。第四，如果工人在预埋件装配过程中需要进行一定的抗氧化工作，那么预埋件的焊接面可以通过热镀锌工艺进行有效处理，并保证热镀锌层厚度在40cm以上。最后，在连接和浇筑建筑幕墙的砌体部分时，还必须将钢筋混凝土加到两部分的主体构件上一起，以保证连接部分的结构强度。

4.4 提高人员安全意识

由于设计墙钢构件(建筑幕墙)时存在固有的安全风险，在设计墙钢构件(建筑幕墙)时，轻微的疏忽可能会引起安全问题，并直接影响到整体设计效率和墙钢构件的安全水平因此，必须向参与建造幕墙钢构件的所有工程师提供有效的技术培训，以帮助他们迅速熟悉施工过程和相应的施工技术，并在施工过程中适当管理潜在的安全风险，从而确保建筑幕墙钢构件的施工安全和工程质量具有重要意义。同时,还要求有关人员在作好所有的安全防范工作以后开展建筑幕墙钢构件工程建设,从而使得建筑施工安全与工程的整体建设管理水平提高。

4.5 人员岗位职责

认真履行项目工程管理职责,对意外情况和质量问题负责。制定了各项施工的质量,安全以及工期管理和文明施工的技术保障措施,并负责落实。对项目各项管理人员进行监督和教育。建设项目主要技术责任人加强对建设项目施工技术标准与质量检验管理的工作,并对其工作能力与服务质量负责。对建筑施工过程的技术监督管理与控制,对由于建筑工程技术控制问题造成的不合格工程承担直接责任。实施工程控制专业知识培训教学和人员专业技能训练,标准化作业过程,确保操作人员的安全和工程的质量。质检员制订各项质量规划,并配合管理组织执行,积极搜集各项关于质量管理的合理化意见,及时反映各项信息,整合信息并提出合理化建议。认真进行对本工程项目的质量检验、监测、品质管理,搜集管理产品质量文档,并组织了产品质量管理体系和产品质量参考资料的编写,专人负责到石材生产厂家及矿山抓质量,防止原材料的不合格品进入施工现场并防止石料的色差。物料员要对到场的物料做好清点与合理的堆放,作好保温防潮的工作,要管理好到场物料,对物品的使用状况有清楚的记载,避免浪费行为,按时准确地对所用的物料做好购买和供应。搞好了产品质量服务管理工作,对新购买来的原材料进行了检验,如有不合格产品进行及时有效的处理。按照现场时间,可以确定材料分段、分批的进行时间,保证正常的施工所需的材料工具。预算实施一个严格的计划，并控制每次施工所需的材料数量。承担施工过程，由于所有或更多部门计划招标工程设计中的结构变化。严格控制设备材料消耗，避免材料浪费。预算特殊情况下所预留的流动资金,以确保正常的施工。生产班组长主管班级的生产安全等全面管理工作,对本班级的质量和工程进度管理。做好对本小组工程质量、安全、工期、文明工地的具体管理工作和思想教育工作。在管理工作中要求本组职工做好施工操作规程,遵守公司的各项规章制度。要求本组工作人员仔细地严格执行质量控制程序,并作好原始笔录。施工队伍必须是到工地进行技术知道检查的队伍,施工员必须认真执行施工单位的规章制度和各项施工标准,并按时向班组完成对工作进度和重大安全隐患的汇报。并能有一定的处理突发问题的能力。

5 结语

总的来说，对于墙-建筑幕墙，钢结构的应用需要在相应的施工过程中得到加强，以确保墙-建筑幕墙和钢结构之间的粘结力，从而提高墙-建筑幕墙的建筑质量和稳定性。