《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》是中國建築股份有限公司、泛華建設集團有限公司完成的建築類施工工法，完成人是彭明祥、譚利華、陳代義、彭煥中、孫在久。該工法適用於大型公共建築異形單元式玻璃幕牆鋼格構施工。
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》主要的工法特點是：利用有限元模擬分析應力變化較傳統的一次性載入模擬分析恆載對結構應力變化作用，減少了分析誤差，並對現場關鍵部位施工進行了有效的監測和控制，提高了安裝精確度。
2011年9月30日，《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法
- 工法編號：GJEJGF178-2010
- 完成單位：中國建築股份有限公司、泛華建設集團有限公司
- 主要完成人：彭明祥、譚利華、陳代義、彭煥中、孫在久
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
單元式幕牆是當今建築幕牆領域最具普及價值和發展優勢的幕牆形式，常規單元式幕牆只要工廠生產能滿足要求，現場安裝不存在問題。隨著城市標誌性建築越來越高、造型越來越奇特，不規則單元式幕牆安裝技術難度增加，尤其是在塔吊吊裝盲區內安裝凹凸變形內外傾斜的單元式幕牆，施工難度更大更複雜。CCTV新主樓高度234米，兩座雙向傾斜6度的鋼結構塔樓內側均為塔吊吊裝盲區。全部幕牆面積約12萬平方米，盲區範圍內的幕牆面積約5萬平方米。支撐單元式幕牆的框架龍骨是“菱形鋼格構”，若干個不規則玻璃幕懸掛於菱形鋼格構上形成堅固獨立的單元（下圖），每單元菱形鋼格構邊緣累積結構位移，並將力傳遞到槽形主體鋼結構承受結構總體位移。由於菱形鋼格構安裝是幕牆施工的基礎，幕牆立面定位依賴於鋼格構的交點，因此解決菱形鋼格構的施工問題就能解決後期玻璃幕施工的問題。由於菱形鋼格構與主樓結構同步施工，施工過程中菱形鋼格構還會隨主體結構變形而變形，其次是菱形鋼格構與主體結構相距過近，操作空間狹小，作業平台難以搭設，屬於臨邊作業危險性大；再則是構件數量多，吊裝量大，單根龍骨長細比大，剛度小，容易變形，每根構件外包保溫層及裝飾鋼板，吊裝作業十分困難。因此，中國建築股份有限公司與泛華建設集團有限公司項目技術人員利用沉降監測計算出鋼格構後期變形值作為格構放樣的預偏值解決鋼格構的定位放樣；通過塔吊散件吊裝、高空組拼方式解決明區鋼格構安裝；通過塔吊吊起牽引式平衡吊具加活動吊車方式解決盲區鋼格構安裝；通過有限元模擬分析計算出應力變化值以控制菱形鋼格構安裝過程質量；既解決了菱形鋼格構與主體結構共用塔吊交叉施工的難題，又解決了盲區吊裝和構件變形控制的難題，對超高層異形玻璃幕牆施工具有借鑑意義。並總結形成了《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》。
單元式幕牆效果圖
工法特點
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的工法特點是：
一、牽引式平衡吊具和活動吊車的設計使用，合理地協調交叉施工用起重設備，保障工期進度。
二、利用鋼格構後期變形值作為格構安裝預偏值，並隨時進行校正，保證格構安裝質量滿足設計要求。
三、利用有限元模擬分析應力變化較傳統的一次性載入模擬分析恆載對結構應力變化作用，減少了分析誤差，並對現場關鍵部位施工進行了有效的監測和控制，提高了安裝精確度。
操作原理
適用範圍
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》適用於大型公共建築異形單元式玻璃幕牆鋼格構施工。
工藝原理
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的工藝原理敘述如下：
完成同層主體鋼結構焊接和該層混凝土面層後安裝菱形鋼格構，明區鋼格構主次龍骨安裝通過塔吊吊裝散件至設計位置穿螺栓擰緊固定；盲區鋼格構主龍骨吊裝通過塔吊吊起牽引式平衡吊具，調平吊具上活動滑車，將構件掛到吊具上起吊至設計位置穿螺栓擰緊固定，次龍骨和檁條通過安裝在樓層內的屋面吊吊裝構件至轉料平台，再通過推車和活動小車吊裝至設計位置安裝。先安裝棱形框即H型鋼主龍骨並校正準確擰緊螺栓固定在主體結構上，再開始框內豎向H型鋼次龍骨和橫向C形檁條，直至完成該單元菱形鋼格構安裝。
施工工藝
- 工藝流程
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的工藝流程見下圖。
工藝流程圖
- 操作要點
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的操作要點如下：
一、施工準備
1.安裝時機
雖然菱形鋼格構與主體結構同步施工，考慮到主體結構在施工中的變形會對格構菱形框產生影響。因此菱形鋼格構安裝時機分別如下圖，菱形框架H型鋼主龍骨是在主體鋼結構焊接完成，樓層混凝土面層施工完成之後進行。每4層為一個施工區，作業面最高為4層，完成3個區即12層菱形框架後才開始從最底層的菱形框架內安裝H型鋼次龍骨和C形檁條。H型鋼次龍骨和C形檁條的安裝時機與防火塗料施工重合，每8層為一個施工區，作業面最高4層，完成2個區即有16層的菱形鋼格構全部安裝完成後再開始從底層安裝單元板幕牆，幕牆安裝區也是8層為一個施工區，作業面最高4層。防火和封邊安裝時機是在幕牆施工完畢，移交前完成。
菱形鋼格構各構件安裝時機示意
2.控制網的建立
通過高精度全站儀內外控制網布設和聯測，用鋼絲線設定鋼格構交點中線控制定位（下圖）。
控制網建立
3.吊點設定
由於鋼格構構件表面塗料要求極高，且表面有3毫米的裝飾鋼板極易變形，若使用吊帶捆綁易使裝飾鋼板受損不易修復。受其影響，技術人員在鋼格構構件側面已有的連線板上新增吊耳作為吊點（下圖）。
吊耳設計
二、鋼格構單元安裝順序
單個菱形框架為一單元，從主樓明區開始向兩側順序安裝至盲區閉合（下圖1），同一單元內，先安裝菱形框架H型鋼主龍骨（最大截面為H1000×295×12×20毫米，重量260千克/米）；再安裝H型鋼豎向次龍骨（最大截面為HM200×150×4.5×6毫米，重量22千克/米），依據從上到下、從一邊向另一邊順序推進的原則安裝；最後安裝C形橫向檁條（最大截面為C200×160×50×3毫米，重量12千克/米），檁條採用從上到下、從中間向兩側展開的順序進行施工，安裝完成後進行整體校正，充分利用安裝間隙消除誤差（下圖2）。
三、明區鋼格構構件吊裝
通過塔吊直接吊裝鋼格構散件（下圖），吊裝作業時要使吊鉤與被吊物重心在一條鉛垂線上，並在起吊時用導鏈調出相應的角度，同時應設定留繩，便於菱形鋼格構的牽引、就位及避免在吊裝過程中的碰撞，散件就位後，應及時穿設螺栓，校正合格後擰緊螺栓，方可松鉤。
塔吊直接吊裝鋼格構散件
四、盲區鋼格構構件吊裝
1.首先用塔吊吊起牽引式平衡吊具並調平固定，保證吊具上活動滑車與吊鉤在同一鉛垂線上。
2.固定活動滑車，然後將鋼格構構件掛到牽引式平衡吊具上，隨即開始起吊（下圖）。
牽引式平衡吊具吊裝構件
3.起吊時牽引式平衡吊具上需掛設牽引繩，保證高空將滑車牽引至樓層。同時，鋼格構上也掛設好牽引繩，便於鋼結構的牽引就位，同時避免在吊裝過程中的碰撞。
4.安裝時，首先將牽引式平衡吊具擱置在安裝樓層的上方一層樓板上（下圖），並用導鏈及鋼絲繩加固。然後，作業人員上到引進軌道上，解開小車的固定裝置，將小車推向樓層，當構件接近樓層時，方可進行吊裝，就位過程中，利用小車上的捯鏈進行調解。該種方法充分利用塔吊解決了因主樓傾斜造成的構件吊裝無法一次性就位的問題，同時也有效地避開了混凝土爬模、安全圍護等阻礙，達到了安裝的目的。
構件就位示意
五、H型次龍骨和C形檁條安裝
由於次龍骨和檁條重量小、數量多，長細比大、剛度小、變形難控制，不宜採用大型塔吊吊裝散件，若散件地面拼裝後整體吊裝又因構件過長（次龍骨和檁條組成單元後尺寸可達16米×24米，如下圖1）不宜就位。故採用吊帶捆綁散件，利用安裝在樓層內的屋面吊（下圖2）吊裝構件至轉料平台，再通過推車將散件運至樓層各個邊緣，通過上一樓層的活動小車（下圖3）和導鏈將構件推出樓層至設計位置安裝（下圖4）。
六、利用有限元分析監測菱形鋼格構施工
央視主樓在施工中的受力狀態與最終受力狀態是不同的，施工順序和載入順序對主樓結構受力變形有明顯的影響。按照常規採用一次性載入模擬分析恆載對結構的影響有較大的誤差。因此，該工程採用可分段分析結構受力變化的SAP200有限元模擬軟體跟蹤分析施工過程中的結構受力變化，確保這種變化對結構的影響在設計範圍允許之內。
1.有限元模擬分析原理
有限元模擬分析是一種分階段變剛度分析方法，根據結構階段性荷載的增加或減少分析出施工過程對結構的變形影響，以調整施工順序和載入順序使之合理，以校正傾斜塔樓的內力分布。
2.分析後採取的措施
對部分已安裝的菱形鋼格構進行有限元分析，監測能否適應主體結構變形以及對主體結構變形的影響，根據分析結論調整施工快慢節奏或者調整待安裝菱形鋼格構的安裝預調值，工廠構件加工預調值等措施，保障工程整體施工質量。
七、幕牆施工
該工程單元式幕牆安裝方法大體同常規做法，不再贅述。
材料設備
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》所用的材料及設備明細如下：
一、主要吊裝設備（下表）。
序號 | 設備名稱 | 型號規格 | 數量 |
1 | 懸臂起重機 | QTW-630 | 2台 |
2 | 轉運平台 | 3米×5米 | 2台 |
3 | 活動安裝吊車 | JM1.6T | 14套 |
4 | 龍門吊 | / | 2套 |
5 | 翻轉車 | / | 8套 |
6 | 卷揚機 | / | 14台 |
二、主要檢測設備（下表）。
序號 | 設備名稱 | 型號規格 | 數量 |
1 | 全站儀 | / | 1台 |
2 | 經緯儀 | 2" | 2台 |
3 | 水準儀 | 2" | 8台 |
三、主要材料（下表）。
序號 | 材料名稱 | 型號規格 |
1 | H型鋼主龍骨 | 最大截面為H1000×295×12×20毫米，重量260千克/米 |
2 | H型鋼次龍骨 | 最大截面為HM200×150×4.5×6毫米，重量22千克/米 |
3 | C型鋼檁條 | 最大截面為C200×160×50×3毫米，重量12千克/米 |
質量控制
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的質量控制要求如下：
一、編制菱形鋼格構安裝施工方案
施工前，應制定專項吊裝方案保證安裝順序有組織地進行，方案內容涉及：構件的起吊地點、垂直運輸、樓層內水平運輸方法和吊具設計構件吊裝順序及調整、定位固定等方法和措施；玻璃幕安裝與鋼格構安裝銜接注意事項等內容。
二、菱形鋼格構吊裝前質量控制
1、構建運輸和吊裝前，須認真對構件質量進行複查驗收，填寫相應工程資料。
2、構件製作質量應滿足設計要求，並應符合《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205-2001有關內容。
3、構件安裝前驗檢查主體結構質量和平整度，確定軸線位置、測量校正、高強螺栓尺寸和位置。
三、菱形鋼格構吊裝的質量要求
1、針對構件材質和尺寸選擇事宜的吊裝方式，避免吊裝過程中造成構件變形及塗層脫落。脫落時應進行矯正和修補。
2、設計要求頂緊的節點，接觸面不應少於70%的緊貼面積，且邊緣最大間隙不應大於0.8毫米。
四、菱形鋼格構安裝允許偏差及檢驗方法
菱形鋼格構安裝允許偏差及檢驗方法應符合《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205-2001附錄E表格要求，項目質量部檢查鋼格構安裝質量合格後，再確定幕牆下一步安裝步驟。
安全措施
採用《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：
一、編制安全施工方案
編制菱形鋼格構安裝安全施工方案，落實安全生產制度，實施責任管理。
二、防止塔吊傾覆的措施
1、儘量避免塔吊超載吊裝，嚴禁在六級風的情況下進行吊裝作業。
2、要保證吊鉤對準構件的吊點落鉤，使構件垂直吊起，禁止斜吊。
三、防止高空墜落措施
1、鋼格構安裝屬臨邊作業，操作人員必須正確使用安全帶，並儘量避免在高處作業或起吊構件的正下方停留或通過。在現場設定吊裝禁區，防止與吊裝作業無關的人員入內。
2、高處操作人員不得隨意向下丟擲物件。
3、吊具起吊構件時，吊鉤上應有保險，應使各吊裝點的受力均勻，起吊過程應保持構件平穩，以減小動能和衝量。構件安裝完成後，必須檢查連線質量，確保全全後才能松鉤或拆除臨時固定工具。
環保措施
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的環保措施如下：
一、編制綠色施工方案
施工前應根據《綠色施工評價標準》進行綠色施工策劃，在鋼格構吊裝施工方案中制定綠色施工保障措施，內容應涵蓋“四節一環保”全部要求。
二、噪聲控制
採用先進的低噪聲設備進行施工，從聲源上降低噪聲；在比較固定的機械設備附近，修建臨時隔聲屏障，減少噪聲傳播。
三、土壤污染控制
定期機械保養，更換塔吊設備機油時下設接油壺，避免油污直接傾瀉在地面上。
四、節能措施
合理安排施工工序和施工進度，儘量做到施工機具資源共享。
效益分析
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的效益分析如下：
一、經濟效益
該工法安全可靠、便於操作，在不影響主體結構施工進度的前提下，利用多手段吊裝方案解決了盲區幕牆施工難題，同時利用先進的有限元分析進行施工質量的保駕護航，加快了施工進度，保證質量。
二、社會效益
央視主樓造型新穎、體量龐大、結構複雜，科技含量和施工難度空前。各類專項技術和施工工法已不再是簡單地按照國家標準規範對技術方案實施指導，而是在科技攻關中對關鍵性技術進行總結、研究和深入挖掘，對國家規範標準空白進行補充，社會意義和價值深遠重大。
套用實例
《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》的套用實例如下：
CCTV主樓建築面積472998平方米，主樓包括兩座雙向傾斜6度的鋼結構塔樓，1號塔樓F52，屋頂最高處標高237米；2號塔樓F46，屋頂最低處標高194米；F37層以上連線兩座斜塔樓懸臂結構最大外條距離75.165米，懸臂底面標高162.15米，裙樓F9，裙樓屋頂標高46.45米。全部立面採用“薄形玻璃幕”與不規則“菱形鋼格構”單元組合，主樓幕牆面積約12萬平方米，各種規格單元板塊約2.1萬塊。2006年9月開始幕牆施工，2008年6月完工，安裝幕牆斜結構1萬餘噸。施工現場實景照片如下圖1~下圖4。
榮譽表彰
2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》，以建質[2011]154號檔案公布，《傾斜單元式幕牆不規則菱形鋼格構安裝施工工法》被評定為中國國家二級工法。
