单元滑移式异形玻璃采光顶施工技术

2022-04-13蓝建勋曾金亮

广东土木与建筑 2022年3期

蓝建勋，曾金亮

（广东省建筑装饰工程有限公司广州 510635）

0 引言

随着国家经济实力的增强，我国大型航站楼、体育场馆、展览馆等大跨度空间结构建筑得到了快速发展。这些大跨空间结构一般都设置了玻璃采光顶［1］，达到自然采光绿色节能的目的。但以往玻璃采光顶与大跨空间钢结构需搭设满堂脚手架分别先后安装，工期长、成本高、安全隐患大［2］。某游泳馆工程创新采用玻璃采光顶单元滑移式施工技术，安全高效，经济效益显著。

1 工程概况

某游泳馆工程（见图1）总建筑面积42 958.48 m2，地下1层，地上2层（局部3层），钢筋混凝土框架+钢结构，建筑物高23.5 m，钢结构的跨度为92.4 m。游泳馆屋顶为三角形玻璃采光顶，整体构成钻石状的水晶幕墙，棱角分明，错落有致，塑造出了整个建筑的独特形象与鲜明的个性；屋面水晶结构主框架由大跨空间钢结构杆件构成，共有98个大三角形，每个大三角形采光顶再由工字钢将各边9等分，形成81个小三角形，玻璃面板包括6TP+12A+6TP+1.14PVB+6TP 三层钢化夹胶中空LOW-E 玻璃（透明）约2 242 m2及8TP+0.76PVB+XIR+0.76PVB+8TP 钢化夹胶玻璃（浅绿）约18 985 m2。

图1 某游泳馆异形玻璃采光顶Fig.1 Special Shaped Glass Daylighting Roof of a Swimming Pool

2 单元滑移式异形玻璃采光顶施工难点

本工程为减少脚手架搭设，缩短施工工期，降低成本，屋面采光顶的安装采用三角钢架地面制作、单元组装，高空与主体大跨空间钢结构拼装和同步累积滑移的施工方案。

存在的主要施工难点：

⑴要有三维可调连接设计。由于异形采光顶构件制作、安装误差及大跨空间钢结构同步滑移、卸载变形等原因，单元玻璃采光顶同步滑移后位置会发生偏差，必须进行调整，所以采光顶与大跨空间钢结构之间要有三维可调连接设计［3］。

⑵采光顶体型复杂。

⑶悬挑钢结构与主体钢结构不能焊接。

3 单元式异形玻璃采光顶与主体钢结构可调连接结构设计

3.1 边檩与主体钢结构的连接设计

本系统边檩与主体钢结构的连接构造采用三维可调的固接支座形式连接［4］。该支座由φ203×8 钢管底座、φ180×10钢管连接杆件、6 mm厚箱型连接件、铸钢转接件组成（见图2），利用M18螺栓在φ203×8钢管上水平长孔内的移动调节左右偏差，利用M18安装螺栓在φ203×10 钢管上竖向长孔内的移动调节高低方向的偏差，调节到位后焊接固定。边檩通过25 mm 厚节点板和M30螺杆与铸钢转接件机械连接，通过锁紧螺母进行进出位置的调节，调节就位后将螺母锁紧定位。该连接构造可以实现支座位置的三维调节，以调整、修复采光顶与主体钢结构滑移造成的偏差，保证采光顶钢结构的安装精度。

图2 边檩与主体钢结构连接支座图Fig.2 Drawing of Connecting Support between Side Purlin and Main Steel Structure

3.2 主檩、次檩与主体钢结构的连接设计

由于主檩的跨度大，在吊装的过程中，主檩中部由重力产生的挠度较大［5］，所以在跨中选取一点或两点采用可调双向铰支座机械连接，可调双向铰支座是两端具有M64×3左、右旋螺纹调节轴，中间具有左、右旋φ83 螺纹调节套筒，通过φ22 销轴的连接的组件（见图3）。

图3 主檩和次檩与主体钢结构连接支座Fig.3 Connecting Support between Main Purlin and Secondary Purlin and Main Steel Structure

3.3 檩条之间的连接设计

主檩和次檩、主檩和边檩、边檩和次檩之间的连接均是采用焊接连接，通过焊接檩条组成钢结构体系，共同承受荷载的作用，以保持整个大三角形板块的平整性和稳定性（见图4）。

图4 主、次、边檩连接节点Fig.4 Connection Node of Main，Secondary andSide Purlins

4 单元滑移式采光顶施工方法

4.1 施工总流程

测量放线➝采光顶钢结构地面拼装➝与主体钢结构连接的支撑钢管组件安装➝三角钢架吊装就位➝边梁的、主梁安装➝三角钢架与主体钢结构用钢丝绳临时绑扎固定➝与主体钢构同步滑移➝三角钢架中间未安装的H 型钢安装➝三角钢架的调整→可调整支撑钢管满焊固定➝采光顶铝龙骨的安装➝采光顶玻璃面板安装➝采光顶注胶。

4.2 主要施工工艺

4.2.1 测量放线

为了精确测量支撑钢管组件的安装位置，采用计算机三维建模配合坐标仪［6］，计算出每个套筒调节件具体位置坐标，再利用全站仪现场测定各点具体位置。

4.2.2 支撑钢管组件安装

套筒调节件是幕墙与主体联接的重要结构件之一，安装质量好坏直接影响幕墙与主体结构联接功能及精度。

⑴套筒调节件位置确定后用万能角度仪及经纬仪辅助调整调节件角度，先进行同一钢结构上两端套筒调节件的安装，通过放线定位确定支点的位置，将支座φ203调节套管焊接在支点的位置上（见图5）。

图5 可调节支座安装示意图Fig.5 Installation Diagram of Adjustable Support

⑵待两端调节件临时固定后，拉水平控制线，水平线可选用细钢丝，同时用花篮螺栓收紧，保证钢丝的水平度使中部各调节件与两端调节件在同一直线上，并对中部各调节件进行临时固定安装（见图6）。

图6 可调节支座安装整体Fig.6 Overall Installation of Adjustable Support

⑶待同一主体钢结构上各套筒调节件安装好后，利用经纬仪及万能角度仪等仪器对其进行安装校核［7］。

⑷套筒调节件校核调整完毕后对其进行最后的满焊固定，焊接采用对称焊接方式，避免因局部过热产生扭曲变形。因焊接过程中焊缝部位防腐层被破坏，为此对该部位进行二次防腐处理，以保证该构件的耐腐性。

⑸铸钢转接件、箱型连接件与M160×3螺纹调节轴是预先加工好后在工厂焊接组成一整体，将其与支点位置调节套管连接。

4.2.3 三角形钢架的吊装

⑴钢构件地面拼装成形。先将工厂加工钢结构按编号顺序在平整地面拼装成三角钢架单元，三角形钢架作用在主体钢结构上的自重应控制在滑移设计荷载［8］内（见图7），三角形钢架的吊装及固定顺序按设计顺序先后安装（见图8）。

图7 滑移单元各构件单元自重示意图Fig.7 Schematic Diagram of Self Weight of Each Member Unit of Sliding Unit

图8 三角形钢架的吊装及固定顺序示意图Fig.8 Schematic Diagram of Hoisting and Fixing Sequence of Triangular Steel Frame

⑵边梁的吊装就位。三角形钢架整体吊装后，首先对三角形钢架的边梁进行安装，边梁以屋面坡度基本一致的角度起吊到支座上部时缓缓放下，人工辅助就位，待耳板位置与支座槽孔正对时慢慢放下，利用钢梁自重使其角度调整到支座面一致的角度，再进行插销安装（见图9）。

图9 三角形钢架边粱的吊装就位示意图Fig.9 Hoisting and Positioning Diagram of Triangular Steel Frame Side Beam

⑶主梁的吊装就位。主梁与主体钢结构的连接采用了双向铰支座和钢管套筒调节支座固定的方式进行（见图10）。首先，通过放线定位确定支点的位置，将支点位置的节点板焊接在主体钢结构上；同时在工厂将M57×4调节螺杆、φ68×4调节套管以及节点板焊接组成连接机构；其次将调节支座调节到最大调节量与主梁预先固定再进行整体吊装；再次，吊装就位时人工辅助就位将调节支座固定，此时暂不能松吊钩，待将套筒支座安装就位后再松吊钩。

图10 主梁与主体钢结构就位示意图Fig.10 Positioning Diagram of Main Beam and Main Steel Structure

⑷三角形钢架整体吊装就位（见图11）。

图11 三角形钢架吊装后整体示意图Fig.11 Overall Diagram of Triangular Steel Frame after Hoisting

4.2.4 单元玻璃采光顶钢架与主体钢构同步滑移

⑴经过结构受力计算，胎架上增加支撑，在每个单元的次结构增加重量不超过27 t 的情况下，可保证与主体钢结构安全同步滑移。

⑵钢结构高空拼装平台布置在结构的北侧（见图12），南北向从1轴～3轴，东西向从1/C轴～1/P轴间搭设拼装平台，尺寸约为26 m×65 m。

图12 三角形钢架与主体钢结构滑移示意图Fig.12 Slip Diagram of Triangular Steel Frame and Main Steel Structure

⑶ 主体钢结构完成每一单元的主钢结构吊装后，开始三角钢架吊装工作，安装完成此单元的三角钢架后才整体进行滑移，滑移到位后［9］，进行第二单元主钢结构的吊装工作，以此类推（见图13）。

图13 钢结构滑移分区示意图Fig.13 Schematic Diagram of Steel Structure Sliding Zone （mm）

4.2.5 三角钢架的调整、固定

主体钢结构已经经过其短轨道滑移到长轨道上，其第一次卸载已经完成。三角形钢架的调整固定就是将三角形刚加上的支座、套管、连接件、转接件按尺寸调整并完全固定，使采光顶的钢龙骨与主体钢结构的主屋架成为一个可靠连接的体系。

4.2.6 铝合金主龙骨的安装

铝合金主龙骨的安装是在主体钢结构第一榀钢架滑移到第四榀钢架的位置开始预安装，最后待主体钢结构滑移全部完成并完成整体卸载后再对铝合金主龙骨的体系做调整并完全固定。

4.2.7 面板安装顺序

玻璃面板包括6TP+12A+6TP+1.14PVB+6TP 三钢化夹胶中空LOW-E 玻璃（透明）及8TP+0.76PVB+XIR+0.76PVB+8TP 钢化玻璃［10］；首先对马道附近区域面板进行安装，再通过安装的面板作为平台对其余部位进行安装。本工程面板的安装通过在屋面上设置马道对面板材料进行运输和安装（见图14、图15）。