单向单索式弧形拉索幕墙施工关键技术

王世宁 刘峥 王斌

摘要： 随着我国建筑行业的飞速发展，幕墙在各类公共建筑中的应用越来越广泛。作为一种新兴的幕墙结构形式，单向单索式弧形拉索幕墙凭借自身施工方便、外形美观等优势得到了诸多工程设计师的青睐，如何提高幕墙施工质量也成为了工程建设单位所面临的一项重大课题。因此，为了进一步提高单向单索式弧形拉索幕墙施工质量，本文结合工程实例，对施工中所涉及的关键技术进行详细探讨，以此来为日后此类工程的施工提供借鉴和参考。

Abstract： With the rapid development of construction industry in China， the curtain wall is more and more widely used in all kinds of public buildings. As a new form of curtain wall structure， one-way single cable-type curved cable curtain wall has been favored by many engineering designers with convenient construction， beautiful appearance and other advantages. How to improve the quality of curtain wall construction has also become a major issue facing the engineering unit. Therefore， in order to further improve the construction quality of one-way single cable-type curtain cable curtain wall， this paper discusses the key technologies involved in the construction with reference to engineering examples， in order to provide reference for future construction of such projects.

关键词： 单向单索；弧形拉索；幕墙施工；关键技术

Key words： one way single cable；curved cable；curtain wall construction；key technology

中图分类号：TU767 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）01-0137-03

0 引言

所谓拉索式幕墙，主要指的是利用玻璃间的胶缝将钢索巧妙隐藏起来，用玻璃夹具和穿钉取代幕墙边框，以此来增强建筑整体美观性和空间感觉的一种施工技术。拉索式幕墙施工涉及诸多环节，其中，测量放样、拉索预应力张拉调节、索力监测和幕墙玻璃选择及安装等环节均会对施工质量造成影响。所以，施工单位需要对上述关键技术给予高度重视，保质保量的完成各项施工作业，确保整体施工质量满足需求。

1 工程概述

府恒隆广场位于沈阳市国家级金融商贸开发区内，是集休闲、娱乐、餐饮为一体的购物中心，工程于2007年4月投入建设，2012年9月28日竣工。为了满足工程建设需求，在对外墙结构进行选择的时候，工程设计者采用的是索网幕墙，不仅轻盈美观，而且通透性好。建设中，整个幕墙以单向索结构为主，整体结构分为两部分，即南庭和北庭，其中，南庭施工所需拉索数量为27根，北庭施工所需拉索30根，拉索材质均为不锈钢，规格为直径60mm，最小破断拉力为2374.32kN。拉索为一端固定、一端调节，水平间距2100mm，玻璃采用双层钢化中空玻璃。（如图1所示）

与其他类型的幕墙结构不同，单向索幕墙的柔性支承结构若想抵抗幕墙风荷载和自重，就必须对拉索施加预张力。本工程施工中所采用的拉索直径和拉索张拉力都相对较大，在同类工程中是比较罕见的。因此，若想从根本上提高工程单向索幕墙施工质量，工程设计部门和监理部门就要明确施工和监理重点，结合工程实际情况，制定切实可行的施工方案，确保单向索幕墙关键技术的施工都能够满足要求，促进施工质量的提升。

2 工程结构设计与选型

2.1 拉索构建选型

就整个拉索幕墙系统的组成来看，主要包括4部分，即拉索杆件、拉索钢绞线、索夹具和幕墙玻璃。每一个组成部分的施工都直接影响着整个系统性能的提升和运行的稳定性。其中，拉索杆件主要由竖直端部的可调固定杆件组成，其功能是通过固定杆件的调节对拉索进行预应力加载。本工程所选用的拉索杆件不锈钢圆棒直径为32mm，具有可调节性，钢棒的允许偏差为L±75，即钢棒的可调长度最短为L-75，最长为L+75。以此来作为可调固定杆件完成对拉索的预应力加载。拉索钢绞线的选择主要以不锈钢钢绞线为主，结合工程建设需求，本工程采用的是ASTM A276 S31600。作为替代幕墙边框的构建，玻璃夹具的选型十分重要。为了避免玻璃板块内在施工中出现附加弯矩，在对设备进行选择的时候，需要充分考虑玻璃的翘曲效应，确保夹具可以随着玻璃的施工变形产生三维旋转，出于对此方面的考虑，本工程选用的是夹持式球铰玻璃夹具，此类玻璃夹具与传统玻璃夹具相比，不仅穿孔数量少、施工便捷，而且与玻璃连接处的密封性较高，有利于进一步提高施工质量。而对于幕墙玻璃的选择，则采用的是双层钢化中空玻璃，玻璃厚度21mm，由于玻璃开孔质量与玻璃安装具有直接联系，所以，开孔误差必须进行严格控制，本工程所设置的误差为0-0.5mm，对于钻孔后的倒角尺寸，则应控制在1.0mm以内。

2.2 索拉力计算

上文提到，本工程幕墙结构为单向单索体系，这种结构体系对索拉力计算具有较高要求。一般来说，在对索拉力进行计算的时候，需要考虑以下几方面因素，即拉索高度、拉索间距、控制挠度、索夹具间距和索线膨胀系数。通常情况下，索顶端产生的拉力最大，加上温度荷载和地震荷载均会对索拉力造成影响，所以，控制好索顶端拉力至关重要。为了确保计算结构准确，索拉力计算还需对温度荷载和地震荷载充分考虑。但需要注意的是，由于温度荷载和地震荷载同时对索顶端拉力产生影响的概率很低，因此我们在索拉力计算的时候，只需分别计算温度荷载和地震荷载的最大值作为承载能力极限状态下的荷载组合即可。

本工程的拉索高度为7.2m，拉索间距和索夹具间距均为1.2m，控制挠度为144m，索线膨胀系数为1.8×10-5。

①最不利荷载组合类型。

根据以上数据，我们可以计算出两种不利荷载的组合类型，一种是1.0×恒载+1.0×预拉力+0.5×地震荷载；另一种是1.0×恒载+1.0×预拉力+1.0×风荷载+0.7×温度荷载。

②风荷载对拉索产生的内力。

对于水平均布荷载作用下，拉索的平衡方程如下：

Hw=■=■=75600N

③地震荷载对拉索产生的内力。

对于水平均布荷载作用下，拉索的平衡方程如下：

Hw=■=■=27648N

2.3 初选索

拉索的选择需要经过预选和终选两种环节。其中，索的预选需要以水平荷载作用产生的内力值为依据，本工程预选拉索的标准值取破断拉力，总安全系数为2.5。拉索预选完成后，结合工程实际情况进行拉索拉力和安全系数测验，若测验结果满足施工要求，那么就意味着拉索选取合格，若测验结果与要求存在偏差，则要进行拉索重选。预选合格后的拉索初步满足施工要求之后，就可以进行拉索终选。本工程采用的拉索材质均为不锈钢，规格为直径60mm，最小破断拉力为2374.32kN。

2.4 最不利荷载组合确定

最不利荷载组合的确定考虑两个方面的因素，即温度引起的应力和风荷载与温度荷载组合内力值。温度引起的内力计算公式为：NT=EAαΔT，带入数据得：NT=14406N。结合上文所计算出的风荷载和地震荷载对拉索产生的内力值，我们可以计算得出风荷载与温度荷载组合内力值为83866N。对比上述两项数据，当公式中其他数值相等的时候，如果前者大于后者，那么就说明将温度应力作为承载能力极限状态下最不利组合，这需要设计人员和施工人员对其给予高度重视，在设计与施工中，尽可能避免最不利组合出现。

3 单向单索式弧形拉索幕墙施工关键技术分析

单向单索式弧形拉索幕墙施工涉及了多个环节，依次为：测量放线、预埋件埋设、拉索及夹具进场检验、拉索预应力张拉、打胶、校核检验、玻璃安装、索夹具安装、玻璃胶缝试验和交工验收。其中，测量放线、预埋件埋设、拉索预应力张拉和玻璃安装均为施工关键技术，直接影响着幕墙施工的整体质量。只有明确这些施工关键技术，并且在工程设计与施工中对其给予高度重视，才能够从根本上保证施工设计方案的科学性和合理性，从而为施工质量的提升提供充足的保障。归纳起来，这些关键技术主要有以下几个方面：

3.1 测量放样及埋件埋设

测量放样、埋件埋设是幕墙施工的基础，一旦上述两个环节的施工出现问题，那么幕墙的质量必定会受到影响。在测量放样和埋件埋设施工过程中，施工人员需要根据幕墙的分割尺寸，首先对幕墙垂直面两端的支座位置进行确定，支座位置满足要求后，需要采用钢丝将两端钢支座连接起来，并进行校正、拉直，以此来作为日后施工所需的控制线。然后以同样的方式对支座垂直控制线进行连接，当支座垂直度调整到满足施工要求之后，用电焊将其与幕墙埋件焊接。此环节需要注意的是，钢支座的焊缝应该沿着钢支座边缘呈45°坡度满焊。钢支座焊接完成之后，需要对焊接表面进行清理，不得有过多灰尘和杂质，然后涂刷防锈漆来避免支座锈蚀。为了达到最佳防锈效果，防锈漆应刷两层为宜。做好支座防锈工作，可以大幅度延长支座的使用寿命，减少了日后工程维护工作量。预埋前必须涂两道环氧富锌防锈漆，同时控制好预埋件的定位误差，一般应控制在±10mm以内。

3.2 拉索预应力张拉、调节

拉索的预张拉是保证拉索工作性能稳定的重要因素，其主要功能是消除拉索本身存在的不利非弹性应力，使拉索在使用过程中所产生的应力变化符合规定，以此来确保拉索的性能得以充分发挥。所以，每根拉索在投入使用之前，施工人员都要对其进行预张拉。具体工作的开展需要依靠带压力的千斤顶来完成，整个工作分三次完成，每根拉索的总张拉力为100%，第一次施加压力所完成的张拉力应控制在50%，第二次和第三次分别完成25%。为了保证拉索的工作性能不受到影响，每次张拉完成之后，拉索卸载的速度一定要缓慢，通常不能超过10kN/min。拉索支撑杆件及驳接系统进入施工场地时，需要向施工单位提供测试合格报告和材料质量保证书，以此来为施工质量的提升提供充足的保障。

3.3 预应力的控制与张拉

拉索这一材质在施加预应力之前属于柔性构件，且存在不规则性。但若要将其应用到工程建设中，就必须对其施工预应力，同时使其形成工程所需的形状，避免出现拉索在荷载作用力下产生的松弛现象。单向单索式弧形幕墙的整个施工体系实际上就是实现幕墙与建筑主体之间的有效连接，所以就要求拉索体系满足以下两个方面的要求：首先是要具备足够大的变形功能来承受外部荷载；其次要确保拉索体系变形之后，不会对工程结构的其他部件造成影响。

因此，在对拉索进行预应力控制与张拉时，需要按照以下步骤来进行操作，为了使拉索张拉力能够达到施工要求，对于拉索100%的张拉力，我们可以分三次进行操作：①第一次拉索张拉力要达到预应力的50%，张拉之前首先应将拉索固定好，然后利用液压传感器进行分段张拉，待张拉值满足要求后，需要对单索的变形情况进行逐一测量；②第一次张拉工作完成之后，就要开展第二次张拉工作，此阶段拉索张拉的预应力值应该在第一次张拉基础上提升25%，即达到预应力值得75%，张拉顺序与第一次张拉相同。③第三次张拉的预应力值应该达到100%，三次张拉都需做好数据记录工作。预应力的控制与张拉完成之后，工作人员需要对拉索进行内力测试，为了保证测试结果，测试时间应持续72h，还要对拉索拉力值进行校核和调整，误差应控制在±5%以内。除此之外，拉索张拉完成后，工作人员需逐根对拉索支撑结构的变形情况进行测量，确保其满足施工需求。

3.4 索力监测

索力监测也是单向单索式弧形拉索幕墙施工中的一项关键技术，索力监测工作主要依靠电子索张力仪完成。该设备利用力的分解原理，对拉索进行张力测试。当系统平衡时，T=2F×cos（a/2），其中，T和F分别为拉索的推力和设备的索拉力。监测过程需要安排两名工作人员，一名负责监测，另外一名负责记录，施工单位可以以索力监测数据为依据，对每根拉索的性能进行检测，确保其符合施工需求。

3.5 幕墙玻璃选择与安装

幕墙玻璃的选择与安装同样关乎整个工程的施工质量，单向单索式弧形拉索幕墙由于其结果存在一定的特殊性，所以玻璃的安装顺序应严格按照“由上至下，逐层进行”原则，同时在安装过程中，要根据施工具体情况，对玻璃进行随时调整。在调整过程中，要使用水平尺进行校核、纵横拉线，尽可能做到“横平、竖直、表面平、缝宽均匀”。只有这样，才能够确保玻璃安装满足施工要求，提高工程整体质量。

4 结语

拉索式幕墙在工程建筑中的应用不仅满足了设计者对建筑外观美观性的要求，而且大幅度提高了建筑整体的艺术效果。但由于单向单索式弧形拉索幕墙在国内的施工案例相对较少，在施工质量控制方面仍有很多需要注意的地方。所以，在未来的时间里，工程建设单位需要提高对施工关键技术的重视程度，并结合工程建设需求，制定科学、合理的施工方案和监理制度，以此来为幕墙施工质量的提升提供充足的保障。

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