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　　摘要：本文結(jié)合國際金融論壇(IFF)永久會址項目國際會議中心東立面主入口單層索網(wǎng)玻璃幕墻的施工案例情況，對其施工技術(shù)進行了簡單介紹，重點針對施工過程仿真分析、展索、掛索、分級張拉等工藝進行總結(jié)，供廣大幕墻工程技術(shù)人員參考。

　　關(guān)鍵詞：單層索網(wǎng);施工準(zhǔn)備;仿真分析;施工目標(biāo)狀態(tài);找形分析;展索;掛索;分級張拉;超張拉;施工監(jiān)測

　　1.引言

　　在當(dāng)代建筑行業(yè)，單層索網(wǎng)玻璃幕墻因其無玻璃邊框、無大型支撐結(jié)構(gòu)而深受建筑師的青睞，它輕盈通透，不僅讓人們視野開闊，而且增強了建筑內(nèi)外交融的美感，因而被廣泛運用到辦公樓大堂、會議中心、機場、會展等公共建筑的外立面。然而單層索網(wǎng)玻璃幕墻的支撐結(jié)構(gòu)由柔性鋼索構(gòu)成，其與傳統(tǒng)幕墻結(jié)構(gòu)相比具有受力復(fù)雜、現(xiàn)場張拉力大、施工難度高等特點。本文結(jié)合國際金融論壇(IFF)永久會址項目國際會議中心東立面主入口單層索網(wǎng)玻璃幕墻的施工案例情況，重點對柔性結(jié)構(gòu)邊界的索網(wǎng)施工仿真分析、展索、掛索、分級張拉等工藝進行分析和總結(jié)，供廣大幕墻工程技術(shù)人員參考。

　　2.項目概況

　　國際金融論壇(IFF)永久會址項目選址于明珠灣起步區(qū)橫瀝島尖東側(cè)，是大灣區(qū)建設(shè)的標(biāo)志性工程。該項目主要包含國際會議中心、國際會議服務(wù)酒店、政要公館三個部分，總用地面積約20萬平方米，總建筑面積約25萬平方米。項目立足于南沙獨特的自然要素與地域文脈，以木棉花開、鴻翔海絲為設(shè)計概念，體現(xiàn)花城之美;建筑線條飄逸飛揚，如鯤鵬展翼，有振翅欲飛之力，寓意國際金融論壇(IFF)永久會址助力南沙新區(qū)建設(shè)騰飛發(fā)展，在粵港澳大灣區(qū)發(fā)展中發(fā)揮示范性作用，面向世界，面向未來。，其中國際會議中心建筑面積約15.1萬平方米，具備一個3000平方米的主會場，3000平方米的宴會廳，兩個1600平方米的多功能廳、數(shù)十個中小型會議室及約1.3萬平方米的專業(yè)展廳。主要幕墻包括PTFE膜及內(nèi)側(cè)玻璃幕墻、大跨度Y形柱框架玻璃幕墻、大跨度單層索網(wǎng)幕墻、UHPC幕墻、采光頂等。

　　3.索網(wǎng)概述

　　本項目國際會議中心東立面的主入口采用單層索網(wǎng)幕墻，幕墻安裝在托桁架與A字柱形成的門框結(jié)構(gòu)中。主入口單層索網(wǎng)幕墻從頂部往下向內(nèi)部傾斜的同時寬度縮減，平面形狀為一內(nèi)傾的梯形，下部寬39m，上部寬40m，兩側(cè)高39m。

　　單層索網(wǎng)玻璃幕墻的橫向索和豎向索呈正交網(wǎng)狀布置，典型分格尺寸寬為2m，高為3m。其中豎向拉索為主受力索，上端錨固在托桁架下弦，下端錨固于地面預(yù)埋件;橫向拉索為穩(wěn)定索，兩端錨固于A字柱。托桁架弦桿和腹桿截面分別φ700x40和φ351x25，A字柱截面為□1300x1300x40x40。入口門斗的梁截面為鋼管混凝土梁□800x800x40x40，柱截面為鋼管混凝土柱□800x500x40x40,以及箱型柱截面□600x200x20x20。橫向穩(wěn)定索采用1300級316不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）φ45拉索，豎向承重索采用1300級316不銹鋼φ65拉索。豎向拉索的索力為950kN,橫向拉索的索力為320kN。

　　4.施工準(zhǔn)備

　　預(yù)應(yīng)力鋼索施工專業(yè)化程度很高，前期需要大量的準(zhǔn)備工作，包括深化設(shè)計方案、施工過程仿真分析、施工工器具設(shè)計、施工方案編制、與其他單位技術(shù)配合等。因索產(chǎn)品是在工廠加工的成品運至現(xiàn)場，一旦前期準(zhǔn)備工作出現(xiàn)偏差將嚴(yán)重影響工程施工質(zhì)量、進度和安全，故前期技術(shù)準(zhǔn)備工作是索結(jié)構(gòu)施工的核心環(huán)節(jié)，尤其是施工過程仿真分析，以下僅針對施工過程分析進行介紹，其余不再贅述。

　　施工過程仿真分析是通過計算機有限元仿真技術(shù)，提前將整個施工過程進行“預(yù)演”，了解各個施工階段結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)以及施工過程結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)對結(jié)構(gòu)最后成型狀態(tài)的影響，為制定滿足設(shè)計意圖、安全經(jīng)濟的施工方案提供指導(dǎo)。

　　4.1 施工目標(biāo)狀態(tài)

　　本項目的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點鮮明，索網(wǎng)幕墻上部的屋蓋鋼桁架結(jié)構(gòu)跨度超過40m，兩側(cè)為高大的A型柱，相較于錨固在混凝土主體結(jié)構(gòu)（詞條“主體結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）之間的索網(wǎng)幕墻有較大差異，邊界的剛度較柔，變形很大。且本項目幕墻面自然前傾5度，改變了垂直面索網(wǎng)幕墻的形態(tài)，受力狀態(tài)相對更復(fù)雜。為了保證索幕墻在完工狀態(tài)的建筑立面效果，保證璃幕墻完工狀態(tài)橫平豎直，即要求橫向玻璃膠縫和豎向玻璃膠縫均應(yīng)與建筑立面設(shè)計要求保持一致，而不應(yīng)該出現(xiàn)彎扭或者曲線下垂效果，以此作為施工終態(tài)的目標(biāo)狀態(tài)。要達到此狀態(tài)，對結(jié)構(gòu)設(shè)計和索結(jié)構(gòu)施工提出了較高的要求。

　　根據(jù)設(shè)計初始態(tài)要求，索網(wǎng)幕墻的最終目標(biāo)狀態(tài)包含了索力和位形兩個主要的目標(biāo)。所有橫索張拉完畢索力控制在320kN;所有豎索張拉完畢索力控制在950kN;對位形的要求，考慮到建筑立面的效果，所有的玻璃在安裝完畢后保證橫平豎直，由于整個索網(wǎng)前傾5°，索網(wǎng)面外不可避免也會有一定變形。

　　4.2 主體結(jié)構(gòu)屋蓋影響分析

　　結(jié)合主體鋼結(jié)構(gòu)整體模型，充分考慮整體結(jié)構(gòu)與索網(wǎng)的協(xié)同工作，以及主體結(jié)構(gòu)屋蓋的卸載對索網(wǎng)邊界的變形影響，需要進行屋面施工過程不同階段的位移分析，主要為吊裝屋面鋼結(jié)構(gòu)、拆除屋面胎架、非采光頂區(qū)域屋面安裝、采光頂區(qū)域屋面安裝階段位移分析。索施工前，屋面恒載作用下頂部桁架跨中已經(jīng)有-18mm的豎向變形。

　　4.3 施工過程找形分析

　　根據(jù)索網(wǎng)施工過程，分析掛索預(yù)緊、一級張拉、二級張拉、三級張拉、安裝完玻璃位移，并對索夾進行設(shè)計目標(biāo)狀態(tài)和找形后狀態(tài)對比，張拉施工結(jié)束安裝完玻璃所有拉索需達到橫平豎直的結(jié)果。

　　4.4 關(guān)鍵工況索力分析

　　根據(jù)施工過程找形分析的結(jié)果，張拉施工安裝完玻璃所有的拉索索力滿足設(shè)計要求，最終橫索索力范圍316~328kN，豎索索力范圍934~1040kN。其中三級張拉完畢狀態(tài)對應(yīng)設(shè)計初始態(tài)，索力結(jié)果基本一致。

　　4.5 關(guān)鍵工況邊界結(jié)構(gòu)變形分析

　　根據(jù)施工過程找形分析的結(jié)果，頂部的懸鏈線形桁架在張拉過程中豎向變形從施工前-18mm逐步發(fā)展到-88mm，反應(yīng)出邊界較柔，這么大的變形對拉索下料有非常大的影響，必須要根據(jù)施工過程的結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場復(fù)測來確定拉索索長。

　　5.施工工藝

　　索網(wǎng)施工工藝包括現(xiàn)場復(fù)測和放線、拉索下料、進場準(zhǔn)備、搭設(shè)平臺、展索、掛索、分級張拉、安裝夾具、安裝玻璃等，張拉過程中需進行張拉監(jiān)測，自掛索開始至玻璃安裝完成需由第三方監(jiān)測單位對主體結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測。上述除展索、掛索、分級張拉外，其他工藝與普通幕墻施工大同小異，以下僅針對展索、掛索、分級張拉進行介紹，其余不再贅述。

　　5.1 展索

　　展索的目的主要釋放索內(nèi)殘余應(yīng)力，拉索運輸?shù)浆F(xiàn)場后，展開拉索的盤圈直徑不小于拉索直徑的30倍，即本工程最大索直徑為65mm，盤圈直徑不小于2.0m。根據(jù)現(xiàn)場場地布置要求，在入口大門正下方擺放拉索，保證拉索在安裝過程中避開障礙物，同時保證拉索順利放開并安裝，最后將所有拉索放置與成形后對應(yīng)位置豎向投影位置處。展索時將索盤吊至展索盤上并將索頭解開，用卷揚機牽引索頭，為防止索體在移動過程中與地面接觸，索頭用軟性材料包住，在沿放索方向鋪設(shè)展索小車，以保證索體不與地面接觸，拉索每隔兩米間距宜布置方木用來擱置拉索，盡量保護拉索，避免與地面摩擦。再將鋼索在幕墻所在位置正下方附近的地面上慢慢展開。在放索過程中，因索盤繞產(chǎn)生的彈性和牽引產(chǎn)生的偏心力，索開盤時產(chǎn)生加速，導(dǎo)致彈開散盤，易危及工人安全，因此開盤時注意防止崩盤。

　　5.2 掛索

　　本項目拉索幕墻自然前傾5°，綜合考慮拉索索夾拉索的關(guān)系，橫索在內(nèi)，豎索在外，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，擬從下往上逐根安裝橫向拉索，待橫索安裝完畢再從左往右逐根安裝豎向拉索。

　　5.2.1 橫索安裝與就位

　　橫索選用Ф45的不銹鋼拉索，單根長度約為40米，單根重量最大約為700kg,利用兩臺卷揚機通過A柱頂部懸掛的滑輪吊裝，上人操作平臺采用高空車，跨中采用50噸吊車輔助吊裝，待拉索到了指定位置，高空車上的工人通過吊帶及葫蘆將索頭牽引到連接耳板附近，校準(zhǔn)后完成銷接。索頭螺桿牽引就位時需要將錨杯順著連接耳板插入，不得磕碰螺桿螺紋。拉索提升過程中需要采用木扁擔(dān)保護拉索，如下圖12所示：

　　5.2.2 豎向幕墻拉索安裝

　　豎向幕墻拉索的安裝：豎向拉索選用Ф65的不銹鋼拉索，單根長度約為39米，單根重量最大約為1.2噸，利用卷揚機提升拉索至待安裝位置，高空車上人安裝拉索如下圖13所示：

　　5.3 分級張拉

　　本工程特點為平面和立面均為不規(guī)則結(jié)構(gòu)，為最大限度降低幕墻索預(yù)應(yīng)力施加對結(jié)構(gòu)的影響，且與整體計算模型相吻合，本方案擬定采用先張拉橫索和豎索，然后再進行玻璃夾具的安裝，該方案的優(yōu)點是張拉結(jié)果與設(shè)計要求的設(shè)計索力吻合度較高，可以較好的減少主體結(jié)構(gòu)施工偏差帶來的不利影響。另外，為降低索預(yù)應(yīng)力施加對周邊結(jié)構(gòu)或構(gòu)件造成較大突變，本方案擬定張拉施工從剛度較大的區(qū)域逐漸向剛度較小區(qū)域發(fā)展，且張拉過程盡量均勻。

　　5.3.1 張拉施工原則

　　張拉順序：豎向拉索從兩邊往中間張拉，橫向拉索從上往下張拉;對稱與同步張拉：豎索的空間位置分為10個張拉組，每一組內(nèi)的索同步張拉;橫索分為11個張拉組，每一組內(nèi)的索同步張拉。相鄰兩個張拉組的時間間隔約1.5~2h，兩個張拉級間隔時間為一天，保證整體結(jié)構(gòu)及連接節(jié)點受力變形到位，消除結(jié)構(gòu)的間隙。張拉分級：橫向拉索和豎向拉索分別分三級張拉，張拉級分別為30%、70%和100%;張拉條件：主體結(jié)構(gòu)幕墻框架主體構(gòu)件A柱、桁架和拉索節(jié)點安裝完成，主體結(jié)構(gòu)屋面安裝好，恒載到位后，節(jié)點連接焊縫探傷驗收等滿足要求后方可進行張拉施工。張拉過程中橫索撓度控制：最后一級張拉完成前進行玻璃夾具的安裝，將夾具螺栓（詞條“螺栓”由行業(yè)大百科提供）放松，讓橫索可以在夾具內(nèi)滑動，最后一級張拉完成后再擰緊夾具螺栓。

　　5.3.2 預(yù)應(yīng)力張拉施工

　　根據(jù)橫索和豎索的邊界情況及拉索兩頭調(diào)節(jié)端的情況，擬在地面一側(cè)張拉豎索，左側(cè)A柱設(shè)置張拉端，進行張拉施工，張拉點如圖15示意。其中橫索的張拉施工由于條件較差，需要吊車及高空車的配合，同時結(jié)合頂部桁架掛工裝索及吊帶，用于輔助安裝工裝及千斤頂設(shè)備。

　　工人通過高空車在張拉端就位，首先吊裝安裝反力架，位于拉索錨具外側(cè)，重量較小，直接可以套在錨具的耳板上固定;高空吊車將千斤頂和配套精鋼螺紋桿，吊裝到目標(biāo)張拉端，安裝過程中需注意千斤頂受力中心線和拉索軸線方向一致;再安裝油泵，注意油泵的出油口和進油口需按照油泵說明書上安裝;工裝設(shè)備安裝完成后，開始張拉，張拉之前需要標(biāo)記拉索大螺母的位置;開始加壓，加壓的過程必須保證兩臺千斤頂同步進行，避免受力不均勻，如何保證千斤頂同步進行，加壓的速度需緩慢，通常是1Mpa為一個步級。張拉過程中，通過擰緊大螺母來使拉索受力，考慮到小鋼棒轉(zhuǎn)動可能力矩不夠，需要采用對應(yīng)的扳手，大螺母始終保持和錨墊板在一起便可。張拉到設(shè)計要求力值后，測量結(jié)構(gòu)等變形情況，張拉結(jié)束。

　　5.3.3 預(yù)應(yīng)力損失及處理措施

　　張拉過程種預(yù)應(yīng)力損失產(chǎn)生主要原因如下：鋼索索體松弛;鋼索索體錨具回縮變形，主要是調(diào)節(jié)螺桿變形;油壓損失;節(jié)點摩擦使預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生損失。為保證張拉力達到設(shè)計要求，根據(jù)大量工程經(jīng)驗，實際張拉過程中，采取在理論張拉力基礎(chǔ)上超張拉5%進行控制。

　　6.施工過程監(jiān)測

　　通常預(yù)應(yīng)力拉索，是從確定的一個初始狀態(tài)開始的，習(xí)慣上是根據(jù)建筑要求和經(jīng)驗使結(jié)構(gòu)具備一定的初始剛度。但是僅此而獲得的結(jié)構(gòu)剛度是不夠的，這就必須對柔性的預(yù)應(yīng)力鋼索施加預(yù)應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)進一步獲得剛度，以便在荷載狀態(tài)對各種不同的荷載條件下結(jié)構(gòu)任何段鋼拉桿的任一單元均滿足強度要求及穩(wěn)定條件。本工程經(jīng)計算可得，預(yù)應(yīng)力拉索的張拉結(jié)構(gòu)位移控制可變因素多，故張拉施工過程中對結(jié)構(gòu)“力”的控制極為重要。

　　6.1 監(jiān)測原則

　　為滿足預(yù)應(yīng)力施工過程的需要，保證工程順利進行，施工監(jiān)測布點時采取以下原則：

　　索力監(jiān)測：以索力監(jiān)測為主，保證結(jié)構(gòu)張拉完成的結(jié)構(gòu)“力”與設(shè)計相符。

　　位移監(jiān)測：本工程位移響應(yīng)不敏感，位移監(jiān)測相對誤差較大，以位移監(jiān)測為輔，通過監(jiān)測結(jié)構(gòu)位移情況來驗證結(jié)構(gòu)“力”的變化趨勢情況。

　　6.2 位移監(jiān)測

　　本工程預(yù)應(yīng)力拉索的施工精度（詞條“精度”由行業(yè)大百科提供）直接影響到玻璃幕墻的安裝，而拉索的安裝位置取決于主體鋼結(jié)構(gòu)的安裝精度，主體鋼構(gòu)（詞條“鋼構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）、拉索和玻璃幕墻三者緊密的結(jié)合，前后互相影響較大，故對本工程的測量監(jiān)控技術(shù)要求較高。

　　拉索節(jié)點空間位置：本工程在索網(wǎng)均勻選取若干個區(qū)域，測量這區(qū)域的拉索節(jié)點，再放映到CAD圖紙上，通過實際放樣確定拉索的安裝精度是否與設(shè)計相吻合。通過監(jiān)控索夾處的三維坐標(biāo)，把現(xiàn)場放映回來的實測數(shù)據(jù)與圖紙上的CAD坐標(biāo)進行比較。可以知道這個節(jié)點的位移變化值，進而確定拉索的安裝與張拉精度。

　　張拉過程中監(jiān)控點位移控制：通過監(jiān)測索網(wǎng)節(jié)點在張拉施工過程最終的位移驗證索網(wǎng)索力的變化。

　　根據(jù)仿真分析，監(jiān)測點最終標(biāo)高數(shù)據(jù)如下：

　　最終的位形按照玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003的施工質(zhì)量要求控制：

　　6.3 索力監(jiān)測

　　直接在張拉千斤頂油泵上的壓力表直接讀出，這是施工過程中最直觀的讀數(shù)方法。鋼索結(jié)構(gòu)通常使用液壓千斤頂張拉，由于千斤頂張拉油缸的液壓和張拉力有直接關(guān)系，所以，只要測定張拉油缸的壓力就可以求得鋼索索力。

　　7.結(jié)語

　　索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形成過程即施工過程，索網(wǎng)在安裝過程中同時建立了預(yù)應(yīng)力并使結(jié)構(gòu)形成，若施工沒有控制好，其可能形成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)面目全非，甚至導(dǎo)致玻璃面板無法安裝。其施工過程中應(yīng)注意以下幾點：

　　1)前期技術(shù)準(zhǔn)備工作是索結(jié)構(gòu)施工的核心環(huán)節(jié)，重點做好施工過程仿真分析;

　　2)索的下料長度、索的下料狀態(tài)應(yīng)力在施工仿真分析中得到計算和控制，并結(jié)合現(xiàn)場復(fù)測尺寸進行修正;

　　3)施工方案確定好掛索順序、張拉順序、張拉分級及相應(yīng)索力控制，必須與設(shè)計的預(yù)應(yīng)力施加過程相一致，并嚴(yán)格按方案執(zhí)行;

　　4)控制預(yù)應(yīng)力施加過程的速率，保證整體結(jié)構(gòu)及連接節(jié)點受力變形與設(shè)計一致;

　　5)預(yù)應(yīng)力施加過程的監(jiān)控十分重要，施工中應(yīng)規(guī)定監(jiān)控索力和位移的指標(biāo)，同時監(jiān)控一些重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的“形”和“力”。

　　參考文獻：

　　[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)范：JGJ 80—2016[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

　　[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 257-2012—2012[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

作者單位：深圳市方大建科集團有限公司