钢结构与幕墙的一体化施工

袁 鼎

上海市机械施工集团有限公司 上海 200072

随着我国城市建设的不断发展，高层办公楼层出不穷。现代高楼大多数为混凝土核心筒加钢结构外框架结构，外立面幕墙采用单元式板块，板块采用玻璃、铝板或者陶板等造型新颖的材质[1-2]。但是外框钢结构安装完成后，安装幕墙时还需要在原钢结构的基础上大量焊接转接件，不仅对已经形成的钢结构受力造成影响，同时也十分耗费时间及人工成本。

本文重点研究分析钢结构外框架及幕墙一体化施工工艺，使钢结构外框与外立面幕墙有更好的结合，为钢结构幕墙一体化的工程提供一些经验。

1 工程概况

新开发银行项目位于上海世博园A区A11-01地块，西邻高科西路、南至雪野路、北至国展路。主楼结构形式为混凝土核心筒＋外框钢结构，外立面幕墙A、B系统为单元玻璃板块，两侧为陶板面材装饰板，采用挂件形式安装，A1系统为框架玻璃幕墙，E系统为不锈钢蜂窝吊顶幕墙（图1）。

2 钢结构幕墙深化一体化

在钢结构与幕墙深化过程中，本项目并未像常规项目一样采取各自独立施工的方法，而是充分考虑了钢结构以及幕墙的相关性，在钢结构深化设计时便考虑了未来幕墙安装所需要的连接节点以及所需要预留的焊接位置，并将所有幕墙的深化节点反映在钢结构的模型上，从而能够对幕墙所需的点位进行更好的复核，同时也减少了幕墙现场二次焊接的工作量，所有钢结构的前期工作均在加工厂完成。

2.1 单元板块预留节点

在钢结构图纸深化时，即考虑后续幕墙单元板块安装所需要的转接件连接问题。由于结构成形后，对原结构进行焊接会产生应力，造成不利影响，因此，在外框钢梁深化时，同步安排幕墙专业深化单位进行单元板块的分隔深化以及相对应连接件的计算。

经过2个专业的融合，最后决定在钢梁上翼缘板的位置预留2个直径为18 mm的螺栓洞口，以便后续幕墙单元板块安装时连接所需要的挂件，避免对已经安装完成的钢结构进行焊接，对结构产生附加应力。

在钢梁上翼缘开孔，会对原钢结构截面造成削弱，因此在结构设计计算时，在每个开洞位置下方，腹板两侧的位置增加了加强劲板，使得原钢结构不会因为幕墙开孔造成影响，同时考虑每个单元板块挂件安装后的受力影响（图2）。

图1 新开发银行典型幕墙系统分布

图2 单元板块预留节点

2.2 一层大堂玻璃倒挂节点预留

除了单元板块处节点预留，主楼一层大堂、裙房还有许多框架玻璃幕墙同样也在钢梁上预留了连接节点。以本工程一层大堂9.00 m×1.15 m超高玻璃为例，在钢结构深化时，由于主楼大堂玻璃的位置在钢结构主梁下方投影线以外，因此在钢梁下翼缘处预焊一个挑出的小牛腿，牛腿下方预留连接螺栓孔。待幕墙安装时，将不锈钢挂件通过螺栓连接后将超高玻璃安装完成，不用因二次焊接而对玻璃造成影响。

2.3 蜂窝吊顶板节点预留

除了预留连接螺栓孔，现场还有许多E系统不锈钢蜂窝吊顶板区域，幕墙的蜂窝吊顶板安装前需要先焊接二次结构龙骨，此区域现场无法采用预留螺栓孔的操作，结构卸载后，任何在原结构上的额外焊接都会对结构造成应力和变形的影响。

鉴于以上原因，在钢结构深化设计时，幕墙深化单位提前进入配合，因为吊顶板的分隔在一开始深化时并不明确，所以幕墙单位根据以往项目的施工经验，提供了一个需要次龙骨定位的原则和大致点位，最后由钢结构深化单位在原来钢梁下翼缘位置下方提前预留了一个个钢结构的方形小盒子。这些小盒子作为龙骨焊接位置，以防龙骨直接焊接在原结构上造成原结构应力增加。同时在钢盒上方两侧也增加了加强劲板，以减少集中应力及焊接应力（图3）。

图3 吊顶龙骨预留焊接盒

3 钢结构幕墙施工一体化

3.1 现场预埋件安装

在结构安装过程中，有部分埋件位置由于幕墙的分隔没有在钢结构上，需要安装在土建混凝土梁上，这里涉及幕墙与土建的搭接。若采用后置式埋件，除连接不可靠外，因混凝土大梁的钢筋布置很密，现场打孔对混凝土结构也会造成不良影响，因此这部分埋件必须在土建混凝土施工前埋设（图4），即幕墙埋件设计要与土建施工配合。

3.2 转接件螺栓孔保护

在原外框钢结构梁上虽然预留了连接件安装的洞口位置，但是由于楼层上需要浇筑混凝土楼板，会把原来在钢梁上预留的连接件螺栓洞口堵住，这样深化预留的洞口也将起不到作用。因此，现场根据每个螺栓洞口，定制加工了一批钢盒子，在混凝土浇筑前放置在预留洞口位置（图5），待混凝土成形后将盒子从混凝土中抽出，使得后面幕墙在安装转接件时，不需要再重新凿除混凝土。

图4 混凝土现浇梁幕墙预埋件

图5 幕墙单元板块连接节点预留

在钢盒制作时，考虑到循环利用，在每个钢盒子上方开了2个螺栓洞口，在混凝土浇筑完成后，可以方便地通过这2个孔将钢盒子从混凝土中抽出。

3.3 塔冠钢龙骨安装

塔冠部分结构完成后，外侧有一部分钢龙骨。这部分钢龙骨不是主结构，如果单独安装，因其自身刚度较小，安装过程中容易变形，且都是在墙外施工，操作工人危险性大。因此，将该部分钢龙骨直接在地面上与原钢结构焊接完成后整体吊装（图6），从而减少了构件变形和幕墙二次结构安装的时间，同时也减少了高空作业的工作量，保证了进度和安全。

图6 塔冠幕墙钢龙骨与结构整体安装

3.4 幕墙防火隔断角钢安装

在钢梁下翼缘位置有幕墙的防火隔断，需要安装角钢通长连接，以达到层间防火隔断的目的。现场由于外框梁安装完成后，上方的角钢安装需要用移动脚手架，操作十分困难，因此现场在吊装前，由钢结构班组优先在地面上焊接完成防火隔断角钢，省去了在上面安装的措施费，同时也减少了高空作业，保证了现场安全。

4 钢结构幕墙同步复核

在钢结构施工过程中，除了自身对外框梁进行复核，幕墙单位的测量也开始进场对原先预留的节点标高和定位进行复核，确保深化后的所有节点位置无误，同样也可以针对施工过程中存在的误差进行调整。

先根据设计院提供的荷载进行受力分析，分析整体结构的外框梁挠度（图7）。

图7 外框梁挠度分析

理论数据出来之后，幕墙专业首先根据理论数据的挠度情况，对幕墙单元板块转接件齿板的高度进行调整，使其满足绝大多数的板块安装。但是就算有了理论数据，现场还是会存在安装误差，因此需在现场对整栋大楼的外框钢结构进行实测实量。

根据实测结果，再将个别转接件单独深化，使得整个单元板块可以有条不紊地进行安装而不影响工期。

5 结语

随着城市不断的建设，高楼大厦多数采用混凝土核心筒及钢结构外框梁等形式，外立面幕墙也大多是单元板块形式，对其品质以及工期的要求越来越严格，如何使结构与外立面能有效地结合将会是一个新的研究方向。本文重点讨论了钢结构幕墙一体化的措施，从深化设计、结构复核到最后现场施工，都体现了钢结构幕墙一体化的优势，在以后的项目中，会有更多的钢结构幕墙一体化工程，也会有更多优化的节点、更有效的施工措施以及更快的中国速度。