干貨分享:異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法詳細解讀

2020年6月21日 評論

近年來,點式玻璃幕墻呈現出前所未有的蓬勃發展,究其原因在于其安裝方便,適應面廣,有利于建筑外立面造型的美感實現。與此同時,存在一些問題,例如造價偏高、不利于玻璃受力和變形等。而雙曲面球鉸夾具玻璃幕墻作為點式幕墻的一種,因其造型美觀、利于受力和變形,能夠消化安裝誤差和變形誤差,且易于建筑造型尤其是曲面建筑造型的表現,因此成為曲面幕墻造型的一種重要的解決方案。雙曲面球鉸夾具玻璃幕墻,依據點式幕墻玻璃變形的大撓度原理,使玻璃產生允許變形時玻璃應力大幅度降低,對于雙曲面幕墻、弧形、折線幕墻,等具有廣泛的適應性。

我公司在2014青島世界園藝博覽會植物館項目異形空間幕墻工程的施工中,通過對圓形雙曲面球鉸夾具幕墻施工技術的深入研究和實踐,提煉形成本工法,為同類工程的施工提供了借鑒、參考和指導。

2、工法特點

  • 2.0.1吸收變形。圓形雙曲面球鉸夾具幕墻駁接頭采用萬向球鉸連接,能夠讓駁接頭吸收玻璃隨風壓產生的變形,減小變形造成的應力集中,從而減少玻璃的應力變形。
  • 2.0.2 施工快捷,維修方便。雙曲面球鉸夾具幕墻無需安裝主次龍骨,由此,施工速度相對較快。另外,由于各種原因,幕墻拆卸更換或維修在所難免,雙曲面球鉸夾具幕墻安裝、拆卸維修方便,在更換維修時將不能影響幕墻的正常使用。
  • 2.0.3 可調節性強。圓形雙曲面球鉸夾具幕墻采用萬向球鉸連接,能夠吸收荷載對玻璃產生的變形,同時能夠通過調節球鉸夾具,消除土建施工的誤差及加工誤差。

3、適用范圍

本工法適用于:鋼結構幕墻尤其適用于曲面復雜造型復雜的建筑物,對其他復雜造型玻璃幕墻有參考價值。

4、工藝原理

4.0.1對心駁接頭降低玻璃變形時應力。對心駁接頭指駁接頭的轉動中心和玻璃厚度中心一致。駁接頭采用萬向球鉸連接的目的是為使駁接頭吸收玻璃隨風壓產生的變形,減少變形應力。采用對心結構使玻璃的變形中心(即中性層)—玻璃的厚度中心與駁接頭轉動中心一致。在同樣荷載作用下玻璃變形時應力最低。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
4.0.2駁接頭受重力的情況下減小扭矩。駁接頭固定玻璃處受力分析如圖4.0.2-1及圖4.0.2-2所示。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
M=G· e (式4.0.2-1)

其中,G為玻璃的重力;

N為螺桿球頭的支撐力;

e為偏心距離;

M為扭矩。

G=N,駁接頭的頭部受到力矩G· e,以反作用力方式作用在玻璃孔周圍,使玻璃孔周圍產生很大應力(這種應力在目前設計計算中一般無法給予考慮)。這種應力在玻璃受風荷載,結構變形等應力組合作用下會導致玻璃破壞。對心駁接頭,實現了駁接頭的轉動中心和玻璃厚度中心的一致(如圖4.0.2-3)。這樣偏心距e為零,附加扭矩T為零,降低了玻璃孔周圍的應力。

4.0.3 雙曲面球鉸夾具夾持玻璃的方式利于玻璃轉動,有效解決多塊玻璃不共面問題。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
球缺的平面部分貼合玻璃,球面部分貼合在夾具前后蓋上(如圖4.0.3-1)。玻璃內外兩個球缺連同中間夾持部分的玻璃厚度正好形成球體,球心接近玻璃厚度中心,玻璃可以發生自由變形(如圖4.0.3-2)。這樣每塊玻璃都可以繞各自的球心進行一定角度的轉動,即可解決相鄰六塊甚至共多塊玻璃不共面的問題(如圖4.0.3-3)

5、工藝流程及操作要點

5.1 工藝流程

測量放線→基座焊接→防腐防火處理→掃描下料→球鉸夾具安裝→玻璃安裝→嵌縫打膠→變形監測。

5.2 操作要點

  • 5.2.1測量放線。根據設計要求進行放線確定點駁件位置。
  • 5.2.2基座焊接。根據放線確定的點駁件位置,將點駁件與預埋構件或者鋼結構焊接。
  • 5.2.3防腐防火處理。在每個基座焊接后,對焊縫處進行打磨,焊縫超聲檢測完畢后,對基座焊縫進行防腐防火處理。
  • 5.2.4掃描下料。采用三維掃描裝置進行測量下料并形成三維模型。根據所得的燭點的掃描坐標系值,采用計算機輔助設計的方式,建立三維模型,對每塊玻璃進行編號,并形成尺寸及規格料單,根據料單進行工廠加工。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
5.2.5安裝夾具。根據三維建模模型編號及在主體鋼結構上的測量放線,進行夾具安裝。首先安裝托盤,并調節托盤上的玻璃肋隔板以便于后續玻璃安裝。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
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5.2.6安裝玻璃。根據三維建模的編號及相關的設計文件進行玻璃安裝。安裝玻璃時,采用專用吸盤將玻璃吸住,然后吊裝抬升,到達安裝點。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
5.2.7嵌縫打膠。根據設計文件的要求進行密封打膠。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
5.2.8變形監測

采用無線檢測設施在重點的結構部位進行監測,并設置報警裝置,如變形超過允許范圍,及時維修處理,保證結構安全。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!

6、材料與設備

6.1材料

6.1.1圓形雙曲球鉸夾具、玻璃、燭棒、硅酮膠、焊條等。

6.2機具設備

本工法采用的機具設備包括:水準儀、全站儀、三維激光掃描儀、三維激光掃描儀配套軟件、塔尺、棱鏡、汽車吊、塔吊、數據儲存設備、計算機、膠槍、電焊機、打磨機、米尺等。

7、質量控制

7.1 規范與標準

  • 《工程測量規范》 GB50026
  • 《建筑工程施工質量驗收統一標準》 GB50300
  • 《玻璃幕墻工程質量檢驗標準》 JGJ/T139
  • 《金屬與石材幕墻工程技術規范》 JGJ133
  • 《建筑玻璃應用技術規范》 JGJ 113
  • 《玻璃幕墻工程技術規范》 JGJ102

7.2 質量控制措施

  • 7.2.1測量放線應當保證在規范及設計允許誤差范圍內。如果在管桁架結構上測量放線,應當保證相貫線交點即點駁件中心點。
  • 7.2.2材料控制。材料進場前嚴格落實材料“三檢”制度,進材料必須保證合格證和質量檢測報告等證明文件齊全,而且材料與報告一致。
  • 7.2.3點駁件焊接過程中,保證點駁件中心點即為鋼結構構件的相貫線點。而且對焊縫進行超聲波檢測,保證焊縫達到設計要求。
  • 7.2.4三維建模過程中須對材料進行編號,保證模型、料單及現場編碼統一,便于施工和管理。
  • 7.2.5安設燭點時,應將駐點插至點駁件底部,第一保證穩定、防脫落,第二可以保證燭棒與點駁件的切合度,提高掃描測量的精度。

8、安全措施

  • 8.0.1測量、安全、信號工、塔吊工、施工人員等必須持證上崗。
  • 8.0.2施工人員必須戴好安全帽,并系帽帶。嚴禁酒后作業及違章作業。在操作層設置安全平網,保證作業人員安全。
  • 8.0.3掃描工作過程中要安裝固定到位,并由專人檢查。
  • 8.0.4燭棒安裝屬于高空作業,操作人員佩戴安全帽并穿防滑鞋。
  • 8.0.5塔吊指揮人員應為專職的信號工且持證上崗。
  • 8.0.6立面維護幕墻的測量借助腳手架時,在腳手架上進行測量作業應佩戴安全帶。
  • 8.0.7焊接過程中應疏散下部人流,避免交叉作業,并在作業下方設置金屬制焊渣接斗,防止焊渣引起火災。
  • 8.0.8臨電管理。設置專職人員進行臨電管理,按照施工現場臨電使用規范進行管理和使用確保用電安全。

9、環保措施

  • 9.0.1腳手架搭設后應掛設密目網防止揚塵。
  • 9.0.2對裝運建筑材料的車輛,派專人負責清掃及沖洗,保證行駛途中不污梁道路和環境。
  • 9.0.3嚴格執行工程所在地有關運輸車輛管理的規定。
  • 9.0.4施工現場應做到整潔、衛生、活完料凈,廢棄垃圾應集中堆放、處理。

10、效益分析

10.1 經濟效益分析

以2014青島世界園藝博覽會植物館為例,綜合考慮質量控制、成本造價以及對工期的影響等三個方面,與目前常用的二種可行方案進行經濟分析。如采用非圓形雙曲面球鉸夾具幕墻,為了防止節點處玻璃因應力變形發生破裂,玻璃的厚度需比圓形雙曲面球鉸夾具幕墻增加約1/6,由此,材料費及運費增加約1/10。圓形雙曲面球鉸夾具幕墻整個植物館玻璃的費用(含運費)約7200萬,若采用非圓形雙曲面球鉸夾具幕墻,此項成本將增加約720萬。因此采用圓形雙曲面球鉸夾具幕墻對于材料成本的降低起到了決定性的作用,經濟效益顯著。

10.2 社會和環保效益

本工法即取得了可觀的經濟效益,又取得了良好的社會效益。得到了建設方、監理方、設計方以及質檢站的一致好評,鞏固了企業在社會上的良好形象。異形幕墻工程的施工完成受到建筑界各類人士關注,業內同行多次組織觀摩學習。尤其值得一提的是,通過三維掃描下料,可以大大降低工程事故的發生率,其隱形的安全效益也是巨大的。

11、工程實例

11.1 2014青島世界園藝博覽會植物館工程

11.1.1工程概況。2014青島世界園藝博覽會植物館工程位于青島市天水路以北,百果山森林公園內,占地面積2.44公頃,工程總造價2.93億。 本工程總建筑面積22749㎡其中地上建筑面積13522㎡,地下建筑面積9227㎡,是全亞洲最大的鋼結構植物館之一。建筑結構類型及層數:地上一層鋼結構,地下一層混凝土結構A館為暖溫帶植物展區,B館為竹藝展區,C館為溫帶植物展區,D館為海洋展區,是世界上唯一一座把海洋展區建在山區的建筑物。

11.1.2 施工情況。整個植物館分為四個館區,鋼結構為管桁架結構,總噸位只有約3000噸,拼裝桿件卻達到14000多根,而且所有桿件均為現場拼裝焊接,且焊縫總長度達到了17000米,相當于10000噸常規鋼結構工程的焊接量,植物館幕墻整體結構為玻璃幕墻,所有玻璃幕墻分割快造型均為不規則三角形,總計板數約12000塊。施工時間為2012年9月至2013年5月。

11.1.3應用效果。在施工過程中嚴格按照本工法中的工藝流程和質量要求進行施工,取得了良好的經濟、社會效益。場館幕墻的整體效果和施工速度得到了建設單位和監理單位的一致好評,取得了良好的社會效益。

異形曲面球鉸夾具玻璃幕墻施工工法!
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