雄安站大跨弧形拉索玻璃幕墙施工技术研究

2022-09-30杨俊明

铁道建筑技术 2022年9期

杨俊明

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司山西太原 030024)

1 引言

建筑玻璃幕墙作为重要的围护和装饰性结构，其独特优美的造型具有强烈艺术感，玻璃的高通透性也使空间开阔，使之成为当代一种新型墙体。国内学者对此进行了一系列研究，如宋秋芝等[1]分析了我国玻璃幕墙发展现状及趋势；杨华等[2]研究了双层玻璃幕墙对办公建筑室内光环境及能耗的影响；万成龙等[3]对平行拉索式点支承既有玻璃幕墙安全进行了评估分析；陈晨等[4]对拉索玻璃幕墙连接件抗倾覆性能的影响因素进行了分析；刘正权等[5]对点支式玻璃幕墙张拉索杆支承体系自振特性参数进行了分析；王禹等[6]分析了点式安装玻璃幕墙在火灾中的破裂行为；何京波等[7]基于动测法对隐框玻璃幕墙硅酮结构胶粘结强度的检测方法进行了研究；岳丽婕等[8]对弹簧装置在玻璃幕墙支承结构中的应用进行了研究；董英等[9]对呼吸蓄能式玻璃幕墙进行了研究与设计；彭德坤等[10]论述了大扭转双向曲面玻璃幕墙设计与施工；郭志强[11]对外倾阶梯式悬挑玻璃幕墙的施工技术进行了研究。持续的研究使得玻璃幕墙在近几十年来获得了长足的发展，已成为当前建筑物外墙装饰中的新潮流。针对目前高铁站房上采用大跨弧形拉索玻璃幕墙较少的情况，本文结合雄安高铁站房工程，对其西立面大跨弧形拉索玻璃幕墙进行施工技术研究，相关经验可为类似工程提供借鉴。

2 工程概况及重难点分析

2.1 工程概况

雄安站是一座站城一体化(TOD)设计的高铁站[12]，铁路站场总规模11台19线，站房建筑面积47.52万m2，其西面正中入口为一个竖直面大跨弧形拉索玻璃幕墙(竖向单索)，玻璃面为平面南北弧形曲面布置。拉索与玻璃面之间采用不锈钢夹具连接，竖向拉索下端固定在地面混凝土梁或钢结构门斗钢结构上，上端拉索固定在曲形钢梁上(见图1)。幕墙最大竖向直线距离为25.4 m，最大水平直线跨度为126 m。玻璃幕墙外弧形布置，弧形半径279 m；水平弧形布置单索结构在横向不便张拉，使用单方向张拉，形成单索帷幕，共42列，间距3 m，拉索为直径43 mm的Z型闭合索；玻璃为12＋12Ar＋12钢化中空双银LOW-E玻璃(超白)，主要玻璃分隔尺寸为3 000 mm×1 500 mm(宽×高)；垂直索结构同时承受垂直荷载和水平荷载，玻璃起横向稳定的作用。

图1 雄安高铁站房拉索玻璃幕墙示意

2.2 重难点分析

(1)工期紧、任务重。雄安站整个工期从2018年12月6日开工，2020年12月16日竣工，总工期741 d；而索拉幕墙的施工工期为2020年8月至10月；在工期如此紧迫的情况下，现场多种工序要同时进行，施工设备众多，完成其西立面大跨弧形拉索玻璃幕墙施工，任务重。

(2)由于工期紧，要提高拉索玻璃幕墙的安装效率，其施工设备的选取尤为重要。

(3)大跨弧形拉索的张拉顺序及拉索幕墙形状控制是难点。

(4)由于是大跨弧形拉索玻璃幕墙，玻璃的安装顺序、安装质量控制也很重要。

3 拉索玻璃幕墙施工关键技术

3.1 施工设备的选取

由于工期紧张，传统吊篮安装方式不用满足要求，因此，本工程拉索、玻璃幕墙的安装选用高空曲臂车(见图2)、汽车吊、卷扬机进行拉索玻璃幕墙施工。拉索张拉机具:ϕ43 mm不锈钢拉索采用“油压泵＋传感器”设备来张拉；安装完成后内力测定机具为拉索预紧测力器。

图2 拉索玻璃幕墙安装用的高空曲臂车

3.2 施工流程

施工准备→测量放线→牛腿安装→拉索地锚安装→驳接座焊接→拉索的安装及张拉调整→玻璃夹具安装→玻璃安装→拼缝注胶→幕墙整体清洁。

3.3 拉索安装与张拉

拉索及夹具均由专业厂家定制。拉索采用Z型闭合索，钢丝抗拉强度≥1 320 MPa，弹性模量为(1.3±0.1)×105MPa。支撑杆采用316材质不锈钢加工而成。夹具由不锈钢铸件熔铸后机加工而成，其材质为CD3 MN不锈钢。

3.3.1 拉索安装

(1)利用预张拉设备及标记笔在竖向拉索上设置索夹安装位置的标识点。

(2)竖向拉索按照从左到右的顺序，对应拉索编号顺序。首先将拉索顶部端固定在纤维带上，采用吊车或者卷扬机设备将拉索提升至顶部牛腿，固定好上部过载保护装置，使用吊机吊装放索或专用放索盘放索，使其拉索成自由下垂状态后，固定下部拉索，安装好下部销轴。如此类推完成其他拉索安装，如图3所示。

图3 现场安装后的拉索

3.3.2 拉索张拉

(1)张拉思路

竖向拉索采用液压千斤顶张拉。张拉又分为3级，第1级张拉力为设定预应力值的50%，第2级为75%，第3级为100%，达到设计要求后锚固。各级张拉时间间隔不少于12 h。

(2)张拉模拟分析与张拉顺序

采用反向法模拟拉索的每一步张力控制值，通过模拟分析得出每一步控制点的坐标值以及竖向索的轴力值。根据仿真结果，对各级张拉工况下的节点位移和索内力进行控制。把竖向拉索从左到右编号为S1～S42号，张拉顺序示意如图4所示。

图4 拉索张拉顺序示意

张拉时采用单索一端张拉。为尽可能地保证固定拉索的钢梁在张拉过程中竖向均匀变形，减小单向拉索张拉时对另一方向拉索的影响，采用中间向两端对称间隔张拉的方式，具体张拉顺序如下:

①对S1、S13、S33拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

②对S3、S15、S35拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

③对S5、S17、S37拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

④对S7、S19、S39拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

⑤对S9、S21、S41拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

⑥对S11、S23拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

⑦对S25、S31拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

⑧对S27、S29拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

⑨对S2、S14、S34拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

⑩对S4、S16、S36拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

[11]对S6、S18、S38拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

[12]对S8、S20、S40拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

[13]对S10、S22、S42拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

[14]对S12、S24拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

[15]对S26、S28拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

[16]对S30、S32拉索同时进行第1级张拉并临时锚固。

按照以上顺序进行第2级张拉、第3级张拉。

每一步张拉顺序中都有两三根拉索，这意味着这两三根拉索同时张拉，通过间隔对称张拉可以更好地控制索网形状。

3.3.3 拉索幕墙形状控制

张拉由专人负责。每级张拉时，对拉索幕墙中控制点的变形进行测量，并及时调整拉索，以满足设计要求(注意门斗上部和落地位置的拉索达到不同对应保险丝破断荷载)。

张拉全部完成后，应对拉索幕墙的形状进行全面测量，确保其符合设计要求；否则，应调整竖向拉索的张拉力。

(1)测点布置

施工中选择6道竖向拉索作为索力监测对象，对应的拉索锚固点作为主体钢结构的位移监测对象，另外指定索网形状监测点，如图5所示。

图5 拉索索力监测点

(2)拉索监测

利用张拉设备对拉索索力进行检测。张拉完成后，对索力进行48 h监测，索力稳定即可。

(3)监测结果

对拉索索力和拉索幕墙形状的检测，得到了实测值，并与理论值进行比较，得知实测值与理论值基本吻合，则拉索幕墙形状满足设计要求。

3.4 玻璃幕墙安装

3.4.1 玻璃定制

拉索幕墙部位的玻璃型号为12＋12Ar＋12钢化LOW-E中空玻璃，标准尺寸为3 000 mm×1 500 mm(宽×高)，重量约350 kg；最大板块尺寸为3 000 mm×2 000 mm(宽×高)，重量约450 kg；加工采用先进数控技术，确保各玻璃板块精度。本工程定制玻璃由厂家生产后直接运至施工现场。

3.4.2 玻璃安装顺序

本玻璃幕墙为大跨度弧形结构，根据玻璃安装过程对拉索影响工况分析，确定玻璃的安装顺序为从下往上、从中间往两边安装，如图6所示，图中红色箭头表示玻璃由下往上安装，黄色箭头表示玻璃由中间往两边安装。

图6 玻璃安装顺序示意

3.4.3 玻璃安装

考虑到玻璃板块面积较大且重，为确保玻璃板块能安全快速的安装，采用2台高空曲臂车作为操作平台，汽车吊配合吊装。检查不锈钢夹具与玻璃之间的尺寸，要满足设计要求；细查夹具、不锈钢拉索、玻璃表面，其缺陷不超过规范要求。

吊运玻璃面板至待放入幕墙分格处，施工人员调整好玻璃位置，然后进行安装，保证玻璃四边缝隙及位置满足设计要求。

玻璃吊装采用布绑扎方式，顶部采用吊车或者卷扬机提升玻璃，玻璃与吊装挂钩之间采用手拉葫芦，用于安装调节玻璃进入不锈钢夹具槽口中。盖上不锈钢压板，拧紧压板螺栓。首层玻璃安装完成后，安装上面第二块玻璃时，该玻璃吊装到位后，下部进入夹具前，将下一块玻璃上部的2个夹具压板螺栓松掉一部分，留出玻璃入槽空隙。下放手拉葫芦，将上面第二块玻璃落在夹具槽口中，压紧夹具，同时拧紧四个角的夹具，完成第二块玻璃安装。重复上面步骤，完成上一块玻璃安装，如图7所示。