大型玻璃幕墙构件可移动分离式吊装施工方法探究

刘长坤 （合肥城建投资控股有限公司，安徽 合肥 230601）

0 引言

随着社会的不断进步，经济水平和人类文明的不断提升，建筑行业的发展势头迅猛，高层建筑及公共建筑逐渐普及，玻璃幕墙项目施工日益增多，并且呈现出一种注重外观异形和超大结构的发展趋势。大型玻璃幕墙作为现代建筑的一项重要的外形结构具有非常显著的应用特点。在我国，很多超高层建筑和普通公共建筑中，普遍存在使用大型玻璃幕墙结构来营造建筑个性和使用空间的情况。但是，与普通墙体结构相比，大型玻璃幕墙的建造过程存在很多技术难点，对施工方法的要求和工艺水平的要求也非常苛刻，所以大型玻璃幕墙的施工方法将是制约玻璃幕墙发展的重要因素之一，需要有效地解决大型幕墙的施工方法，才可以有效地达到其建筑效果。

1 工程概况

某大型工程，总建筑面积为46.31万m²，其中地上建筑面积为29.71万m²，地下室建筑面积为16.60万m²，包括建设研发、办公、商业配套、员工宿舍、开闭所等和地下建设设备用房、人防设施及机动车库等。地下2层，地上最高22层，建筑最高高度99.65m。其中A7#楼自2018年10月开工，2020年9月完成幕墙施工，其构件式玻璃幕墙最大板块为2.8m×3m，自重为300kg。

2 施工难点分析

①本工程建筑功能较多，各个专业较为复杂，参与承包单位多，施工范围狭小，交叉作业较多，吊装和施工作业面较为拥挤，必须从下到上逐层施工，必须充分利用垂直空间和水平空间同时作业，提高楼层施工空间利用率，可大大加快施工安装的进度，缩短工期。在玻璃幕墙的吊装施工过程中因现场空间限制，大型玻璃幕墙在吊运的过程中容易发生安全事故，应在吊装施工过程中加强安全控制，减少安全隐患。

②本项目建筑高度最高99m，构件式玻璃幕墙最大板块为2.8m×3m，自重为300kg，吊装作业空间高，受外在风力等自然因素影响较大，工作效率低下。

3 方法特点

①施工效率高。支承单元系统活动吊杆与动力单元系统分离设置，工作面移位仅需调整活动吊杆位置即可，大大降低了吊装设备同层水平移位工作量及难度系数，缩短了准备工作时间，操作便捷，加快了施工进度。

②安全性高。采用BIM技术和有限元分析方法，建立吊装系统三维模型，模拟工况分析，优化构件系统并输出节点大样，现场加工、拼装，提高安装精度、保证结构安全可靠。机械设备投入少，人员操作难度低，安全风险小。

③经济效益较明显。相比传统的施工方法，本施工方法吊装设备加工、制作成本低，安装费用少，可多次周转使用。

4 适用范围

本施工方法适用于工业与民用建筑中屋面设计构架梁结构的建筑外立面大型玻璃幕墙吊装作业施工及其他大型构件吊装作业施工。

5 工艺原理

首先，采用BIM技术建立吊装系统实体模型，模拟架设位置、安装固定方式等，提高方案实施可行性；其次，利用有限元分析计算支承单元可靠性，优化构件规格选型。通过深化设计，输出节点大样，现场加工、拼装，提高操作精度、保证结构安全可靠；然后，支承与动力单元系统分离，借助滑轮导向单元系统，实现活动吊杆支承系统随玻璃幕墙吊装点位进行快捷合理移位；最后，动力系统设置定型化底座，与屋面构架牢靠固定，通过牵引钢丝绳，平稳起吊电子吸盘，完成玻璃幕墙吊装工作。

图1 工艺原理图

6 施工工艺流程及操作要点

6.1 工艺流程

吊装装置系统深化设计→支撑单元系统拼装→动力单元系统拼装→导向单元系统拼装→系统调试→联合验收→吊装。

6.2 操作要点

6.2.1 吊装装置系统深化设计

采用SketchUp软件建立吊装系统三维模型，利用Midas软件有限元分析方法进行模拟工况分析，优化构件系统并输出节点大样。

6.2.2 支承单元系统拼装

图2 吊装装置系统构件深化设计三维图

支承单元系统支架采用100×100×5钢方管，方管之间部分焊接，部分采用φ16×160高强螺栓铰接，焊接部分焊缝焊脚高度≥6mm，钢质材质采用Q235，前部最大悬挑距离0.9m，悬挑杆底部采用80×60×4方管支撑。整体钢架左右两边采用80×60×4方管斜向固定。

6.2.3 动力单元系统拼装

动力单元系统由电动卷扬机和型钢固定支座组成，与支承单元系统分离式设置。卷扬机底座每侧采用4根φ12×110螺栓与12#槽钢连接，平放于屋面板上。底座四角焊接竖向槽钢形成钢框柱，与构架梁通过M8膨胀螺栓固定，限制卷扬机竖向位移。钢框柱之间设置斜撑，提高整体稳定性。卷扬机底座水平向增设附框，与构架柱抱接或与女儿墙螺栓固定，限制卷扬机水平移动。

6.2.4 导向单元系统拼装

导向单元系统主要由定滑轮、卡箍构成，实现活动吊杆支承系统随玻璃幕墙吊装点位进行快捷合理移位。根据构架梁尺寸，采用130×50×4钢方管拼装成矩形卡箍。卡箍上部焊接，下部采用螺栓连接与结构梁卡固，利用膨胀螺栓和角码将卡箍与梁底或梁侧固定，防止侧移。定滑轮通过钢丝绳与卡箍栓接，作为支撑单元系统与动力系统受力导向中转。

6.2.5 系统调试

吊装装置系统安装完毕后，在正式吊装玻璃幕墙之前进行试吊工作。吊物可选取1.2倍等重物，吊离地面1m左右。观察支撑单元、动力单元、导向单元系统各构件是否正常运作，有无发生滑移、变形等情况，确保系统运行良好。

6.2.6 联合验收

经调试合格后，由各参建方现场联合验收，并做好检查记录。

6.2.7 吊装

电子吸盘吸附大型玻璃幕墙构件，缓慢提升，同时下方工作人员牵引柔性长绳防止玻璃幕墙碰撞建筑立面，吊篮随着玻璃幕墙构件的提升而同步上升，过程中人员可对玻璃幕墙构件位置进行调整，避免摆动过大受损。

7 施工效益

分离式可移动吊装装置周转率较高，多种规格型号小型构件快速组装，且构件零部件本身在幕墙施工现场便于就地取材，提高了钢材等资源利用率，具有较好的节能效益。加工快捷、拼装灵活，无需大型机具设备，产生噪音小，改善了施工环境，有积极的环保效益。该工法实现了高效完成任务的目标，既缩短了工期，又保证了安装质量。同时为现场安全文明施工、节能降耗等提供了前提保障，有利于推动建筑业施工新技术发展，具有一定的借鉴价值，创造了良好的社会效益。

BIM技术结合有限元分析，提高深化设计精度及可靠度。技术先行，现场制作安装。精心调试，加大每个环节检查力度，确保生产安全。快速平稳吊装，及时排查问题，保证了工程的施工安全、质量与进度。大型玻璃幕墙构件可移动分离式吊装施工方法的应用，改变了传统的吊装方法，提出吊装装置分离可移动式新思路，使用安全便捷，取得了良好的经济效益和社会效益，该创新做法得到了各参建单位的一致好评，也为大型构件吊装施工提供了相应的施工经验。

8 结语

本施工法利用BIM技术和有限元分析辅助大型玻璃幕墙吊装施工，深化设计，精确吊装设备构件尺寸规格，明确复杂节点。支承单元与动力单元系统分离，利用滑轮导向单元系统，实现吊装支承系统随玻璃幕墙吊装点位进行快捷合理移位。与传统施工方法相比，具有操作更便捷，施工更安全可靠、成本更低廉等特点，具有一定的推广价值。结合玻璃吊装用的吊杆钢架结构、幕墙施工用的吊臂装置、吊装钢架设计方法、大板块玻璃吊装等施工方法，为以后大型玻璃幕墙构件和相关结构构件吊装施工提供一种新的作业方法。