高层建筑弧形幕墙格构钢结构施工技术

中航技易发研发中心工程的酒店外侧为弧形玻璃幕墙，幕墙结构骨架为91米高的弧形格构钢结构，其上方为扇形大跨度空间桁架，弧形幕墙钢结构采用大型汽车吊吊装和电动卷扬机吊装相结合的安装技术，既保证了安装效率，又节省了施工成本。施工前根据计算软件模拟吊装状态，确定吊装点位置、吊装点连接节点构造，确保相关结构安全。

1 工程概况

1.1 总体建筑概况

中航技易发研发中心工程总建筑面积151737.79m2，其中总部办公楼地上建筑面积41825.87 m2，商务酒店地上建筑面积38903.15 m2，裙房3地上建筑面积1814.35 m2，主体结构形式为钢筋混凝土框架结构，部分附属结构为钢结构。

1.2 弧形幕墙钢结构概况

弧形格构幕墙钢结构位于本工程酒店外侧，酒店和办公楼之间空间桁架的下方。钢结构与混凝土主体结构局部有连接，钢结构顶部距离空间桁架钢结构最小距离为440mm，弧形格构幕墙钢结构施工时，空间桁架已安装就位。

弧形幕墙钢结构安装位置为-6m至91.1m，安装总高度为97.1m。钢结构由圆管桁架结构和H型钢梁结构组成。圆管桁架结构由7根格构柱和之间桁架梁组成，1根钢柱为三肢格构柱，其余为两肢格构柱，柱底设置独立基础，安装标高从-6.000m至91.320m，与混凝土结构通过钢粱连接，钢柱顶部与上方的空间桁架无连接，柱截面为φ351×16，两肢距离为800mm和921mm。桁架梁为平面桁架结构，安装在格构柱之间，安装标高与主体混凝土楼层标高相同，主管截面为φ159×10，支撑杆件截面为φ83×7。桁架梁与格构柱均为焊接连接。

H型钢梁结构为悬挑结构，主体混凝土结构预设埋板，钢梁上部铺设压型钢板，钢梁最大截面为H500×200×10×16，安装标高与桁架梁相同。

2 工程重点和难点

2.1弧形幕墙钢结构安装时上部钢屋盖已安装完成，幕墙钢结构与上部屋盖结构净距小，最小位置只有440mm，安装幕墙钢结构上部杆件时利用钢屋盖作为受力点，钢屋盖、临时措施杆件和连接节点均需进行施工验算。

2.2格构弧形梁现场与钢柱牛腿对接焊接，对弧形梁的加工精度和牛腿安装精度要求高。

3 弧形幕墙钢结构的安装

安装方案采用150t汽车吊安装、卷扬机安装和倒链人工安装相结合的方案。

总体安装顺序：地脚螺栓安装第一节钢柱安装钢柱间桁架梁安装悬挑阳台梁安装下一节钢柱安装钢柱间桁架梁及悬挑阳台梁安装顺序安装钢柱及之间的杆件。

3.1 地脚螺栓安装

3.1.1地脚螺栓施工工艺：

地脚螺栓安装程序：测量放线 安装固定钢支架 稳固地脚螺栓 调校合格 浇注砼（土建单位施工） 初凝前复校 混凝土养护拆除固定支架。

3.1.2安装步骤如下：

第一步：在柱脚基础钢筋绑扎过程中，根据设计图纸测量放线，确定地脚螺栓安装位置和角度；

第二步：安装定位钢板和地脚螺栓，定位钢板顶标高为-6.000m；

第三步：利用定位支架把地脚螺栓群绑定整体，与基础钢筋上部可靠固定；

第四步：地脚螺栓安装就位和基础底板钢筋绑扎过程中用水准仪和全站仪控制钢柱中心位置、标高和安装角度。

3.2 钢柱安装

3.2.1格构柱分段安装，标高-6.000m至91.074m钢柱分为9段，标高-6.000m至23.425m钢柱分为三段，钢柱最大重量7.7t，最大长度为13.195m。

采用150t汽车吊、卷扬机和人工倒链安装。利用150t汽车吊安装5节钢柱，第6节至第9节钢柱利用卷扬机和倒链安装，第1节至第5节钢柱采用150t汽车吊直接安装，第6至第9节钢柱安装。

3.2.2在大屋盖合拢安装完成后进行安装。通过设置在屋架下弦的连接板作为受力支撑点，通过设置在21层上混凝土楼板上的卷扬机作为提升动力，下弦连接板连接动滑轮。具体安装步骤如下所示：

步骤一：利用卷扬机将构件提升至第5节柱钢柱平台位置附近，连接钢柱顶部倒链。钢柱顶部倒链连接至混凝土柱楼层根部位置；

步骤二：继续提升，高于安装标高500mm时，停止提升，连接钢柱底部倒链。底部倒链拉结至下节钢柱顶部位置；

步骤三：缓慢下落，同时底部倒链拉紧，使钢柱底部逐渐接近安装位置；

步骤四：下落同时调整钢柱顶部倒链和卷扬机钢丝绳，使钢柱缓慢就位。

3，2，2.1吊装点设置

吊点设置在大屋盖结构下弦杆件上，所有吊点位置距离弧形幕墙钢结构外皮距离均为2m，便于工人操作和钢柱水平移位。

3.2.2.2吊点位置

吊点采用抱箍与大屋盖下弦杆件连接，用4根M30的螺杆连接两块25mm钢板，螺杆两端均设置2个螺母，防止螺母松动。如下图所示：

3.2.2.3抱箍计算

根据抱箍尺寸，参照《钢结构设计手册》，钢板按照两边支撑板设计，

考虑一定的安全储备，板厚选用25mm。

底板承载力验算：

设计值为295N/mm2，安全系数为2.32倍。

锚杆规格选取：考虑安全储备及螺栓受力不均匀情况，按照单根螺栓承受全部吊装重量来考虑，最大拉力为2X9=18t=180KN，剪力按照最不利的情况考虑，最大剪力为90KN。

选取10.9s级M30螺栓，承载力核算：

均满足使用要求。

抱箍在经过项目部及监理单位验收合格后再进行吊装。

3.3 弧形梁安装

梁悬挑采用150t汽车吊安装和倒链安装相结合的安装方案。安装方法与格构柱安装相同。

3.4 卷扬机及滑车设置

钢柱吊装采用卷扬机加双轮滑车或单滑车的形式，滑车最大吊重为20t。卷扬机规格选择：

3.4.1三肢柱：

钢柱最大重量为7.5t；

钢丝绳重量：采用双轮滑车，有效绳数为3。提升高度为100m，钢丝绳规格为21.5mm，钢丝绳总长为350m，钢丝绳重量为350×200/100=700Kg；

滑车重量为150Kg；

总计重量约为9t。

跑绳拉力计算：采用双轮滑车，有效绳数为3，总重量为9t。

跑绳拉力S=0.41Q=0.41×9=3.69t；

3.4.2两肢柱：

钢柱最大重量为5t；

钢丝绳重量：采用双轮滑车，有效绳数为2。提升高度为100m，钢丝绳规格为21.5mm，钢丝绳总长为250m，钢丝绳重量为250×200/100=500Kg；

滑车重量为150Kg；

总计重量约为6t。

3.4.3跑绳拉力计算：采用单轮滑车，有效绳数为2，总重量为7t。跑绳拉力S=0.59Q=0.59×6=3.54t；选用5t卷扬机，满足吊装要求。

卷扬机型号为5t慢速卷扬机。设置6台卷扬机在21层混凝土楼板上，利用塔吊和人工倒运至安装位置。

3.5 卷扬机及导向滑轮与混凝土楼板连接

卷扬机及导向滑轮与混凝土梁及混凝土板采用化学锚栓连接，卷扬机底座与混凝土楼板采用4组4M12化学锚栓连接，导向滑轮与混凝土梁采用4个M20化学锚栓连接。为保证化学锚栓均匀受力，所有化学锚栓位置设置钢垫板，垫板厚度为16mm，孔径比螺栓大2mm，垫板与预埋件围焊，焊缝尺寸为12mm。卷扬机与混凝土楼板连接如下图所示：

导向滑轮与混凝土梁连接节点如下图所示：

化学锚栓计算如下：

M12锚栓单个设计拉力17.6KN，平均抗剪力为28KN，每个卷扬机16根锚栓总设计剪力448KN，卷扬机实际最大剪力为50KN（按照最大绳拉力考虑），安全系数8.96倍。

M20锚栓单个设计拉力51.5KN，平均抗剪力为76KN，每个4根锚栓总设计拉力为260，剪力304KN，导向滑轮实际最大剪力为36.9KN（按照1倍跑绳拉力考虑），最大拉力为73.8KN（按照2倍跑绳拉力考虑），安全系数4.1倍。

化学锚栓施工完成后，按规范要求进行现场拉拔试验。

4 施工现场管理

4.1 构件进场后进行构件验收，保证构件加工满足现场安装要求；

4.2 吊车吊装过程中设置警戒区域，非作业人员进行进入此区域；

4.3 卷扬机吊装前应对卷扬机、钢丝绳、抱箍、卷扬机固定点和倒滑轮固定进行验收，验收合格后再进行吊装。吊装过程中派专人对上述部位进行巡检，发现问题立即停止吊装。

5 结束语

中航技易发研发中心酒店外侧弧形玻璃幕墙钢结构施工根据现场实际情况，因地制宜，用两种安装方案相结合的方式很好地体现了技术措施的先进性、合理性、安全性和经济性，同时为幕墙实现外观的建筑效果提供了保证，降低了工程成本，缩短了工期。

（作者单位：中国新兴建设开发总公司）

【中图分类号】TV391

【文献标识码】B

【文章编号】1671-3362（2016）11-0058-04