超高层建筑幕墙钢结构安装施工技术研究

李 凌 云

（中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆 400037）

0 引言

近年来，我国城市基础设施建设日益完善，各类超高层、大型公共建筑不断涌现。随着我国超高层建筑规模的逐渐扩大，以钢结构为支撑体系的建筑幕墙受到了广泛应用。钢结构具有结构稳定、装配化程度高等优点，其承载能力与变形能力可以满足幕墙外围面板结构的受力需求，因此钢结构支撑体系在我国建筑幕墙工程项目中的应用已成为一种趋势。

幕墙是建筑工程施工技术不断发展的产物，是将技术与艺术融为一体的建筑外围护结构，随着我国对建筑美学、建筑功能等因素的追求，幕墙钢结构支撑体系跨度越来越大，建造形态越来越新颖，对钢结构安装施工技术与工艺的要求也越来越严格。但在建筑幕墙钢结构安装施工中仍存在一定技术问题。基于此，本文开展超高层建筑幕墙钢结构安装施工技术研究，以期为推动我国超高层建筑幕墙的健康发展提供实践依据。

1 工程概况

重庆市某大型商场工程项目，包括商业区与办公区两部分，总建筑面积约8.4 万m2。该商场规划高度为168 m，地上52 层，地下3 层为停车场，该商场工程项目为一类超高层建筑，设计使用年限为60年。在商场建筑的外立面主要有金属门窗系统与玻璃幕墙系统两个外装饰系统，其中幕墙为曲面异形玻璃幕墙，设计使用年限为20 年，其幕墙支撑钢结构形式为钢柱。本工程的主要施工难点为商业区大跨度、大倾斜曲面异形玻璃幕墙的安装。为满足异形幕墙的造型与受力需求，本工程选用具有承载力高、变形小、稳定性强等特性的钢结构作为支撑体系，同时采用预埋件的形式将钢结构的高强度材料（如钢索、钢绳等）与建筑混凝土结构连接，以提升幕墙造型的适应性并降低幕墙施工难度。

2 超高层建筑幕墙钢结构安装施工

2.1 测量放线

由于超高层建筑幕墙结构安装施工工艺较为复杂，所以在正式施工前需要做好施工准备工作[1]。首先在现代化、专业化的工厂流水线上加工制作本工程使用的钢结构构件，并在严格的质量管理与控制下完成钢材进场工作，在检查完到场的钢材后，开始进行测量放线工作[2]。由于本工程中幕墙造型为不规则结构，所以测量放线工作是关键环节，对整体钢结构安装施工质量控制至关重要。本文主要采取平面测量控制网结合极坐标测量定位的方法完成钢结构安装测量放线工作，即在逐级建立符合施工要求的安装控制网后，通过极坐标法进行测量定位，在进行测量放线施工过程中，需要严格控制每一个环节的测量误差，只有测量精度符合要求后才能进行下一道工序。一般情况下，在布设幕墙钢结构测控网时，需要将其与建筑工程原始测量控制网相交，以防止幕墙钢结构测控网收口位置发生交叉冲突，在建立测区控制网时，需要确定测量控制点（见图1）。

图1 幕墙钢结构测量控制点布置示意图

如图1 所示，点A，B，C，D 为超高层建筑工程承包方所提供的测点，点1，2，3，4 为本文布置的测点。在超高层建筑幕墙钢结构安装施工现场，按照图1 位置选择平稳且牢固的地面，建设观测墩，并进行保护。然后结合工程的实际情况，在施工过程中将布置的测控点逐步向上引测，从而成立测区控制网[3]。最后，在超高层建筑幕墙钢结构安装施工过程中，根据测控网进行钢结构体系的测量放线，及时记录测量数据，如果发现误差较大，需要及时采取措施对钢结构进行局部调整，以保障幕墙钢结构的安装施工质量。

2.2 钢构件吊装

由于本工程中应用的钢结构整体规模较大，所以本次施工中将钢结构分为多个部分，进行分次吊装[4]，吊装至指定位置后再将构件节点连接在一起，以避免钢结构体系在吊装过程中发生安全事故。在进行幕墙钢构件吊装施工时，需要在设计图纸与工程精准测量数据的基础上展开[5]，由于幕墙钢构件重量较大，本次施工采用100 t 汽车吊进行吊装施工。由于钢管柱的刚性较好，本次施工采用两点起吊法，即在钢管柱的两端设置吊点，便于起吊与校正（见图2）。

图2 钢柱吊点示意图

当钢柱吊装前期工作准备就绪，需要先进行试吊，即在钢柱吊起1.5 m 时停止，此时对吊具与钢柱的稳定性进行检测，确保安全后继续进行钢柱吊装。吊装至设计位置时，需要对钢柱进行校正。在钢柱放下后，通过底板螺母来调整钢柱的标高，确保钢柱安装误差控制在2 mm 以内，同时在吊车不松钩的情况下，调整钢柱底板与控制轴线对齐，并通过缆风绳矫正法，对钢柱垂直度进行校正，确保钢柱吊装无误后，开始进行钢梁的吊装施工[6]。在吊装钢梁之前，需要在地面将钢梁整体结构拼装起来，检验无误后开始空中吊装。本次施工主要采用专用扁担吊装钢梁，采用两点起吊法，在钢梁结构上绑扎钢丝绳，确保钢梁与吊车之间锁死，避免发生施工事故。在钢梁吊装至空中时，以先下层梁后上层梁的顺序进行安装，并在钢梁就位后采用撬棍进行校正，在校正钢梁孔位时，需要确保不会影响钢柱的垂直度。最后，在超高层建筑幕墙钢结构全部吊装完毕后，需要进行整体校验，一是对钢柱垂直度进行校验，要求钢柱垂直度的误差控制在8 mm 以内，如果垂直度不符合施工要求，需要通过调平螺母的方式对钢柱进行调整，在调平螺母过程中为避免影响钢结构整体的稳定性，调节幅度不可过大；二是对钢梁弯曲度进行校验，钢梁的弯曲度误差需要控制在5 mm 以内，如果弯曲度不符合施工要求，可以通过倒链的方法进行校正[7]。通过检验钢构件吊装的准确性与紧密性，从而保障超高层建筑幕墙钢结构安装施工的质量。

2.3 节点连接

由于本次施工采用的幕墙钢结构由多个钢构件组成，所以在钢构件吊装结束后，需要对整个钢结构进行节点连接[8]，防止后续施工时出现触点钢结构散架等问题，从而影响幕墙施工效果。针对钢结构与建筑主体结构剪力墙的连接，为提升钢结构的连接质量，采用如图3 所示的预制构件连接法。

图3 与主体建筑连接示意图

在建筑的主体结构剪力墙中预埋预制构件，通过螺母与钢柱连接在一起，从而将幕墙钢结构所产生的自重荷载均匀传递至主体结构墙上，具有较为稳定的固定效果。针对钢柱之间的连接，每两个分段钢柱之间都设有连接钢柱，与钢筋牢固焊接在一起，所以在钢柱开孔后需要将套筒与钢筋紧密焊接在一起，套接在钢柱上，且控制插入钢柱底座的钢筋长度为1 cm 左右。在钢柱安装斜梁时，如果斜梁安装位置在钢筋短板区间，需要采用焊接的形式进行牢固连接，如果斜梁截面较小，可以适当调整斜梁的角度，控制其与钢柱之间相互绕开[9]。针对钢结构的各基础结构节点之间的连接[10]，为提升钢结构整体安装效果，需要采用焊接的方式进行连接，本文综合考虑钢结构节点连接效果与经济效益等因素，决定采用手工电弧焊的焊接方式，该焊接方式可以最大限度地缩短幕墙钢结构各基础结构节点之间的距离，进而保障幕墙钢结构节点的连接质量。如果在钢结构节点连接施工过程中发生问题，施工人员必须结合实际情况，及时采取相应措施来优化节点连接技术，从而提升幕墙钢结构安装施工效果。与此同时，在超高层建筑幕墙钢结构节点连接过程中，某些节点需要采用螺栓进行连接[11]，此时需要考虑螺栓的强度与使用性能，选择与幕墙钢结构安装施工相符的高强度螺栓，以提升螺栓的整体作用效果，进而提升超高层建筑幕墙钢结构的整体稳定性。

2.4 防腐涂装

在安装固定后，需要对钢结构进行防腐涂装，以延长钢结构体系的使用寿命[12]。在涂装之前，需要对钢结构的安装连接情况进行详细检查，如果钢构件存在铁锈、焊缝药皮、油污等杂物，会影响涂装质量，需要对钢结构外部进行清理。清理后开始正式进行防腐涂装施工[13]，施工采用的防腐材料为奶黄醇酸调和漆，为保障涂装效果，避免防腐材料在后续应用过程中发生脱落等现象，本文采用多次涂刷的方式进行防腐材料的涂装，且每一次的防腐材料黏度与稠度保持均匀一致。防腐涂装过程中，采用喷漆枪进行涂刷施工，便于控制防腐材料的涂刷厚度。在涂刷第一层防腐材料时，采用从上至下的方式进行涂刷，控制涂刷方向保持一致，且接槎整齐。当第一层防腐材料完全干燥后，以同样的方法涂刷第二次防腐材料，避免出现油漆流坠、发皱等现象。在涂刷第二层防腐材料时，其涂刷方向需与第一层方向保持垂直，且涂刷厚度均匀一致。涂刷结束后，需在防腐材料外部对钢构件进行编号[14]，如果是重大构件需要注明重心位置及定位编号，至此本次超高层建筑幕墙钢结构安装施工结束。

3 施工监测

为了确保在超高层建筑幕墙钢结构安装施工过程中，钢构件的力学性能满足幕墙施工安全需求，必须进行严格的施工监测，从而掌握钢结构应力的变化情况。在布置监测点时需要遵循如下原则：综合考虑幕墙钢结构安装施工的经济性与现实性来选择监测点的布设位置，且布置的监测点不能对钢结构造成压力；根据杆件受力模式确定是否需要以对称的方式来布置监测点，如果仅受轴力作用的杆件只布设一个监测点即可，如果受轴力与弯矩双重作用的杆件需要在其两侧对称布设监测点；监测点布设的位置需要在杆件受力最大处，同时避开焊接等区域。本文主要从钢结构应力变化及形变两个方面进行施工监测，其中应力的监测需要采用由敏感元件组成的振弦式传感器来实现，该传感器所测量出的频率变化即可转换为钢结构的应力应变值，对本次施工监测的应力数据进行处理统计，由于数据量较大，本文仅提取部分具有代表性的监测结果（见图4）。

图4 幕墙钢结构应力变化监测结果

从图4 可知，随着施工工期的不断推进，幕墙钢结构应力呈缓慢上升状态，但图4 所示的4 个监测点的应力最终均稳定在一个固定值，其中钢结构最大的应力为48 MPa，由此可见，本次超高层建筑幕墙钢结构安装过程中，钢结构应力的整体变化相对平稳，满足施工要求。在进行超高层建筑幕墙钢结构的变形监测时，通过监测精度较高的全站仪来测量钢结构在X，Y，Z轴的位移变化，从而呈现出钢结构的几何变形情况，施工监测结果见表1。

表1 幕墙钢结构变形监测结果与理论值对比

由表1 可知，随着施工工期的增加，幕墙钢结构变形值不断增大，其中实测最大变形值为21.4 mm，出现在X轴。但是，在本次施工监测过程中，各监测点的实测变形值与理论值整体上没有过大的变化，最大相差仅为3.4 mm，可能是受监测仪器误差等因素的影响。综上，本次超高层建筑幕墙钢结构安装施工质量较好，钢结构应力与形变的变化情况在可控范围内。

4 结语

随着我国城市化进程不断加快，火车站、商场、剧院等超高层建筑建设规模逐渐增大，但是我国建筑领域对超高层建筑幕墙的应用还处于起步阶段。基于此，本文研究了超高层建筑幕墙钢结构安装施工技术，以理论分析的形式指导工程实践，并通过实际工程项目的施工监测，验证了本文所设计的幕墙钢结构安装施工技术的可行性与可靠性。但在实际超高层建筑幕墙钢结构安装施工中，应将安全作为首要考虑因素，今后将针对施工安全控制问题继续进行深入探讨，以期进一步推动我国建筑领域的可持续发展。