大跨度高位铝板幕墙半装配式施工技术

赖颂英 张 鹏 陈 之 黄 俊

中国建筑第二工程局有限公司华南分公司 广东 深圳 518048

1 工程概况

横琴口岸及综合交通枢纽开发工程位于珠海市横琴新区，工程建设用地34.5 hm2，总建筑面积1 310 000 m2，包含口岸通关、口岸配套、综合交通枢纽、综合配套服务区、酒店、办公、公寓、商业等单位工程。其中通关大厅主体工程地下3层，地上4层，在通关大厅主体建筑东段、西段两侧分别设有一门头，即东侧门头、西侧门头，门头建筑造型是口岸通关旅客出入口标志（图1）。

东侧门头水平跨度90 m，宽度46 m，竖向结构总高度40.8 m，竖向结构为钢筋混凝土剪力墙，屋面水平结构为钢管桁架。西侧门头水平跨度90 m，宽度22.0～30.5 m，竖向结构总高度40.8 m，竖向结构和屋面水平结构均为钢管桁架结构。东侧、西侧门头外部采用铝板幕墙装饰，幕墙为框架式铝单板结构，由钢通、铝通框架与厚3 mm铝单板组成，幕墙整体与钢结构桁架刚接（图2）。

图1 东、西侧门头钢结构桁架示意

图2 东、西侧门头铝板幕墙效果

2 铝板幕墙施工方案选定

东、西侧门头下方区域为通关建筑出入口及部分前广场地下室顶板结构，门头钢结构和铝板幕墙施工时，其下方正在进行室外结构、装修及机电等专业施工，多专业交叉施工，现场情况复杂，安全保障难度大。此外，该工程工期非常紧张，铝板幕墙安装最大高度超过40 m，若采用常规施工方法，在东、西侧门头钢结构施工完毕后，按部就班地搭设满堂架，再进行铝板幕墙安装，不仅妨碍门头下方其他专业工程施工，无法满足工期要求，而且措施费用高昂[1-3]。

另外，东、西侧门头采用大跨度异形管桁架结构形式，门头钢结构横断面为三角异形，整个水平结构由6榀0～4 m不等高的桁架及桁架间的连系杆件构成，铝板幕墙安装基面并非规则的平面结构。设计图纸中只提供了各铝板幕墙单元板块的尺寸和位置要求，钢结构桁架安装完成后铝板幕墙会跟随其一同下挠，导致铝板幕墙出现平面上高低不平、缝隙过大、密闭性差等一系列问题。这些问题需要在铝板幕墙深化设计和安装方法中予以考虑并解决，以保证铝板幕墙安装完成后平整美观，缝隙大小均匀。

为加快铝板幕墙安装速度，保证铝板幕墙安装质量，同时保证其他专业可插入施工，本工程决定采用半装配式幕墙施工技术。前期准备阶段拿到施工图纸后，根据铝板结构形式将5～10块铝板作为一个整体铝板单元板块，铝板单元板块包括胎架和铝板2个部分，在加工厂内对其进行拼装，完成之后将其运送至场内。在钢结构桁架上定位放线确定三维可调支座安装位置，在钢结构桁架吊装前将三维可调支座安装完成。钢结构吊装完成之后，安装辅助设备卷扬机及手拉葫芦，利用50 t汽车吊与卷扬机相互配合吊装铝板幕墙单元板块，吊到既定位置后使用φ20 mm钢丝绳临时固定。在钢结构桁架下挠完成后，调整三维可调支座角度，再利用手拉葫芦调节铝板幕墙至平整面，将铝板幕墙与三维可调支座、三维可调支座与钢结构桁架圆管进行焊接固定。最后对铝板幕墙进行打胶填缝、清洁。

3 三维可调支座

由于钢结构桁架的下挠是不可避免的，且需要在钢结构桁架吊装完毕后一段时间方能完成下挠变形。铝板幕墙单元板块如何能与结构桁架做到协调变形是一个难点。经项目部技术攻关，设计出一种可以调节铝板幕墙与钢结构之间协调变形的装置——三维可调支座（图3）。该支座的研发是本项目铝板幕墙顺利安装的关键。

图3 三维可调支座示意

三维可调支座采用双U形M16螺杆套在钢结构桁架圆管连接件位置，圆管下使用与圆管同曲率的圆弧钢板配合25#槽钢，槽钢开圆弧口并与圆弧钢板焊接，圆弧钢板两端需超出槽钢壁不小于20 mm距离作为焊接位置。槽钢端部四角开直径18 mm圆孔，双U形M16螺杆从圆孔内穿过，使用螺母固定，螺杆伸出圆弧孔距离不得小于150 mm。槽钢中部垂直焊接150 mm×150 mm×10 mm钢板，钢板与槽钢焊接时需增加与钢板同厚度的加劲肋2道。钢板中线开宽度25 mm、长度200 mm长孔，使用M20螺栓与铝板幕墙单元板块栓接，铝板幕墙单元板块吊装至相应位置后使用φ20 mm钢丝绳悬挂，待钢结构桁架下挠完成后，将U形螺杆放松，三维可调支座可以左右调整，调整至需要角度后做永久固定。槽钢下钢板开长孔可以使铝板幕墙单元板块上下移动，移动到既定位置后使用M20螺栓固定。螺栓垫片使用开22 mm圆孔的100 mm×100 mm×10 mm钢板，最后将螺栓、垫片与钢板、钢方通焊接做永久固定，并撤掉悬挂铝板幕墙单元板块的钢丝绳。

4 施工工艺

施工工艺流程主要包括5个步骤：铝板单元板块划分→三维可调支座安装→辅助设备安装→铝板单元板块吊装→单元板块调平。

4.1 铝板单元板块划分

需将若干块铝板拼装成一个整体的单元板块，板块过大可能会在吊装过程中产生变形，因此铝板幕墙单元板块划分是一个重要的环节。经过多次核算，得出了合适的板块大小。

以东侧门头为例，根据铝板幕墙结构形式，按照铝板幕墙框架结构相交位置进行划分，在铝单板内增加角铁加劲肋，如图4、图5所示。板块类别分为造型铝板、吊顶铝板，其中造型铝板分为3个单元板块，吊顶铝板分为13个单元板块。

4.2 三维可调支座安装

图4 单元板块划分

图5 单元板块示意

钢结构桁架在施工准备阶段需要将铝板幕墙整体荷载计算在内，先在理论上计算出钢结构桁架在加上铝板幕墙荷载之后的下挠曲线（图6），再根据此下挠曲线按照铝板幕墙施工图纸对三维可调支座位置进行调整，以此来减少后期铝板幕墙单元板块吊装完成后的调整。

图6 钢结构桁架下挠曲线

为满足铝板幕墙单元板块安装精度的要求，在钢结构桁架提升之前，利用全站仪、经纬仪定位出轴线，再根据轴线放出调整过的各个三维可调支座定位点，在钢结构桁架上做出标记，将所有三维可调支座安装到相应位置（图7）。因为后期钢结构桁架提升后三维可调支座还需根据钢结构桁架实际下挠曲线进行调整，所以此步骤中三维可调支座安装只需使用螺栓临时固定到钢结构桁架圆管上，保证三维可调支座在钢结构桁架提升过程中不发生晃动、位移即可。待钢结构桁架提升完成并卸载以后，再对三维可调支座进行一次检查，若有三维可调支座发生位移，则做出相应调整。

4.3 辅助设备安装

最重的铝板幕墙单元板块为1 069.82 kg，使用2 t卷扬机、2 t手拉葫芦进行安装。安装使用的主要配件包括120 mm×80 mm×5 mm钢方通、M16高强螺栓、2 t定滑轮、φ12 mm钢丝绳、φ16 mm钢丝绳、限位开关、φ48 mm×3.5 mm钢管等。首先把120 mm×80 mm×5 mm钢方通焊接在钢桁架上，然后把卷扬机用M20对穿螺杆固定在钢方通上，卷扬机后端采用φ16 mm安全钢丝绳与主体结构进行有效连接（图8），防止卷扬机整体掉落。

图7 三维可调支座安装模型

铝板吊顶吊装到待安装高度后通过2 t手拉葫芦进行轻微调整，2 t手拉葫芦通过绑带与钢结构桁架绑在一起（图9），可以随板块吊装位置移动。

图8 卷扬机安装示意

图9 手拉葫芦绑扎示意

4.4 铝板幕墙单元板块吊装

铝板幕墙单元板块通过汽车吊运输至待吊装部位正下方，铝板吊顶通过绑带U形环与卷扬机吊钩进行连接，卷扬机对铝板吊顶4个吊点进行同步吊装。吊装过程中注意铝板吊顶提升速度，防止铝板吊顶4个吊点因不同步造成的倾斜。铝板吊顶两侧设置牵引绳，减少风力对吊装的影响（图10、图11）。铝板吊顶吊装到待安装高度后使用φ20 mm钢丝绳拴在钢结构桁架之上，后期钢结构桁架下挠完成之后使用手拉葫芦调节与三维可调支座的连接；底部采用全站仪进行安装点位复核，确保铝板幕墙单元板块精度。吊装区域下方满拉安全兜网，吊装区域底部设置警示区域，警戒区域禁止行人随意穿行。

图11 铝板幕墙正面单元板块吊装

4.5 单元板块调平

铝板幕墙单元板块全部吊装完成，且钢结构桁架完全下挠稳定之后，根据钢结构桁架实际下挠曲线，使用仪器复测板块左右方向位移度。接着拧松U形螺杆端部螺母，调整三维可调支座左右方向角度。左右方向调整完成之后，利用手拉葫芦与钢丝绳吊起单元板块，使单元板块与三维可调支座达到一个似靠似不靠的状态（图12、图13）。下方利用全站仪定位，单元板块达到预定位置后马上与三维可调支座栓接。最后将连接位置进行补焊处理，单元板块之间打胶清洁。

图12 单元板块调平大样

5 结语

图13 三维可调支座调平原理

铝板幕墙半装配式安装是一项复杂的系统工程，影响安装质量、施工速度的因素有很多，三维可调支座是铝板幕墙安装精度控制最关键的构件，单元板块的划分是影响铝板幕墙安装速度的关键因素。在本项目实施过程中，通过三维可调支座协调变形与单元板块吊装相结合的铝板幕墙半装配式施工技术，降低了铝板幕墙安装过程中的施工难度，解决了钢结构桁架下挠导致的铝板幕墙整体变形问题，最终将铝板幕墙在钢结构桁架下挠过程中的变形量控制在±10 mm内，为铝板幕墙在限定时间内顺利完成施工提供了有效保障。经测算，21 000 m2铝板幕墙施工比传统搭设满堂架的安装方法可节约成本约160万元。