大悬挑钢结构上超大铝拉网板块装配式应用技术分析

温华庭，刘艳，黄庆祥，杨友富，赵晓龙

（中建深圳装饰有限公司，广东 深圳 518003）

1 引言

在现代的建筑幕墙中，装配式幕墙的应用越来越普遍，特别是在一些超大悬挑的结构中， 常规的施工措施已经难以施工，装配式结构的应用就发挥了它的巨大优势。 本文主要分享某工程如何在宽18.9 m、长83 m、高40 m 这种大悬挑钢结构上安装超大铝拉网吊顶板块。

2 大悬挑钢结构设计和测量监测分析

2.1 施工前对大悬挑钢结构的设计分析

在方案设计的过程中， 深化设计组针对项目主体结构的沉降情况与建筑设计院的项目负责人进行进一步沟通， 考虑到钢结构的加工、安装、运输以及现场的焊接等工作会使钢结构有一定的变形沉降，因此，建筑设计人员在设计大悬挑钢结构时，做出如下设计处理：（1）4 层及5 层悬挑部分采用（拉杆）伸臂桁架+ 外围腰桁架结构形式；（2）钢结构部分楼板采用钢筋桁架楼承板；（3）钢结构根据结构建模计算，适当增加一定的结构起拱。

2.2 施工前对大悬挑钢结构的实测分析

在方案确定过程中，测量小组对项目主体结构进行同步测量，并记录大悬挑钢梁有关的沉降值。 经数个月的数据观测及数据分析可知，悬挑大钢梁的沉降数据并不大（普遍在50 mm），对比建筑设计院提供的数据可知， 整体的沉降基本都符合设计要求[1]。 后续在垂直方向的调节量装配式方案应可以满足结构偏差的要求。

3 铝拉网吊顶装配式方案的设计

3.1 原施工图框架式铝拉网吊顶方案的设计分析

原招标方案铝拉网吊顶中， 采用常规框架式幕墙安装方法，经过分析有如下缺点。

1）从招标方案竖剖节点中可以看出，铝拉网吊顶系统的安装顺序是先焊接12#槽钢支座，然后安装铝拉网吊顶的主龙骨，依次焊接横梁，最后安装面板铝拉网。 此铝拉网吊顶系统中支座和主体的连接，以及主龙骨与横梁的连接，都是通过焊接实现的。 这种零散的施工工序，以及大面积的仰焊焊接难度非常大。

2）部分吊顶结构主体建筑标高为40 m，全部为悬挑区域，吊顶正下方为首层楼板。 若采用满堂脚手架，操作危险，且搭设量大，会影响后期其他的专业施工。

综上所述， 铝拉网框架系统对现场的安装加工来说非常烦琐复杂。

3.2 铝拉网吊顶装配式初步方案深化设计分析

在深化过程中，为了解决以上几个问题，设计人员将铝拉网吊顶系统优化成装配式方案一（见图1）。深化后的方案相比于原方案具有如下优点：（1）解决了之前框架安装的脚手架，以及其他低效措施的安装， 同时不影响后期与其他专业施工的交叉作业；（2）将铝拉网以及吊顶龙骨组装成整体板块，大量减少了现场空中焊接动火的情况， 降低了现场安装施工的安全隐患；（3）将铝拉网以及吊顶龙骨组装成整体板块，不仅更加有利于控制骨架和板块的变形， 也极大地提高了现场的安装工效。

为保证加工精度、安装质量、节约工期，针对铝拉网吊顶装配初步方案组织各方（项目管理部、劳务班组、技术管理部、设计部等）进行评审，总结出铝拉网吊顶装配初步方案还存在以下缺点：（1）铝拉网吊顶装配式初步方案支座没有设置合理的防跳装置，10 mm 钢耳板和10 mm 折弯钢板地台码焊接之间的焊缝作用有限；（2）大部分铝拉网板块质量都在400 kg 左右， 耳板插接调整有极大的难度， 导致现场板块安装效率较低；（3）铝拉网吊顶龙骨上的斜撑影响外观视觉效果。

3.3 铝拉网吊顶装配式方案的最终方案设计分析

针对以上铝拉网吊顶装配初步设计方案中存在的缺点，设计人员调整方案， 将铝拉网吊顶装配式初步方案优化成铝拉网吊顶装配式最终方案。

通过两个方案对比，可以清楚地发现最终方案有以下优点：（1）取消了钢龙骨和支座之前的斜撑，从外立面看简洁、通透；（2）增加20 mm×10 mm 扁钢为支座上的防跳装置，以防止负风压时铝拉网板块滑出支座， 进一步加强了铝拉网吊顶板块掉落风险；（3）60 mm×40 mm×4 mm 的钢通挂件可以轻易地滑进5 mm 厚的折弯U 槽之间，减少了吊装安装的难度，加快了安装效率。

3.4 超大铝拉网的设计总结分析

3.4.1 铝拉网与幕墙结构框架固定，热应力无法释放产生变形

在季节温差较大地区，阳光照射热效很强，颜色较深的铝板升温较大。 不同温度下，铝拉网尺寸较大时便会出现较大的线性膨胀差。 如果幕墙板块结构没有做相应的释放，将铝拉网用螺钉固定在幕墙框架上的结构上，将造成铝拉网的热应力无法释放，迫使板面屈服，在空气作用下向外出现变形现象。 这种变形的形变量相当大的，特别在铝拉网里面的幕墙框架采用钢型材时， 因铝的热膨胀系数一般为钢的2倍，所以，同尺寸铝材在相同温差下产生的伸缩量为钢材伸缩量的2 倍。

3.4.2 板块没有附框和加强筋，在风压和空气张力下出现变形

如果业主为了节约成本，同时建筑师为了追求视觉效果，铝拉网的附框、 加强筋一律不用，会将铝拉网折成后，直接用螺钉或者铆钉固定框架上，幕墙的板块如果是大分格的话，铝拉网强度根本就不够， 板块在正负风压作用下会产生向里、向外的疲劳性挠度变形，使板面尺寸增长[2]。 板块在空气张力作用下造成了向外变形。

3.4.3 面板与边肋装配时产生应力变形

铝拉网挤压成型以后，和附框焊接固定， 没有有效控制焊缝的间距，焊接加热时，焊缝及其附近区域将产生压缩塑性变形， 冷却时压缩塑性变形区要收缩。 如果这种收缩能充分进行，则焊接残余变形大，焊接残余应力小；若这种收缩不能充分进行，则焊接残余变形小，而焊接残余应力大，这样就会导致铝拉网局部变形。

4 铝拉网吊顶装配式施工

4.1 装配板块的合理划分解决了吊装和运输问题

此项目的吊顶悬挑宽18.9 m、悬挑长83 m、悬挑高40 m，在此空间中施工措施很多，可以选择满堂脚手架、高空车等。但就本项目而言，最主要的问题是工期特别短，吊顶上部分位置的钢结构完成后，需马上做结构楼板，留给幕墙吊顶施工时间不多，对于3 000 m2的吊顶体量来说，难度非常大。

将工作尽量提前、减少安装时间是此项目设计的关键。 装配式设计、整体吊装是一个可行的方案，而且利用汽车吊或轨道吊进行安装，可以降低对施工措施的依赖，大大降低了措施费，缩短了施工工期。 经过3 次大方案的调整、现场实物样板的反复比对，完成了整套装配式设计系统。 其中，板块划分是一个关键问题，需要考虑以下因素：（1）板块要尽可能的大，以实现大面积的一次性安装，但是又不能太大，要考虑现场场地的运输限制和吊装的便捷性；（2） 板块的挂点要控制在4~6个，少了不稳，多了误差太大，难以挂装；（3）板块之间的缝隙只有10 mm，需要考虑安装过程中的碰撞问题；（4）加工好的板块的存储问题.

设计人员经过反复放样、对比，确定主要尺寸为3 900 mm宽、长3 900 mm，最终形成了300 多个吊顶板块，且每块板块的质量在400 kg 以内。

4.2 挂接系统的三维调节解决钢结构网架变形问题

网架结构理论的下沉数据为100 mm， 实测数据可达到50 mm，再加上平面内的扭转现象，这些都会对板块的挂装产生极大的影响。 为了解决此问题，设计人员参考单元板块的挂接系统，设计了三维调节系统，同时利用预焊在结构上的加长牛腿实现高度方向±200 mm 的调节，从理论上解决了钢结构变形不可控的问题。

4.3 铝拉网装配式吊顶施工安装

1）在结构梁上每隔5 m 焊接1.2 m 高、50 mm×4 mm 方通，顶部开孔穿钢丝绳，用于后期作业人员挂安全带。

2）结构梁上搭设作业面，沿结构梁方向在H 型钢梁下翼缘铺设4 m 长、60 mm×4 mm 方通，间距2 m（居跨中），两端与结构焊接10 mm，保持牢固。 在方通上铺设2 m 钢跳板，两端及中间与方通用铁丝绑扎牢固； 最后铺设钢跳板走道的钢丝绳和兜网。

3）在走道上完成铝拉网装配式板块转接件的安装。

4）把1 t 卷扬机通过4-M10 mm×130 mm 化学螺栓固定在楼板上， 在120 mm×80 mm×5 mm 方通上（放置在结构梁上， 两端卡在焊接在结构梁的60 mm×60 mm×4 mm 方通上，60 mm×60 mm×4 mm 方通高度150 mm， 四边与结构焊接）用10 mm 钢丝绳绑扎定滑轮，将3.9 m×3.9 m 的吊顶通过卷扬机整体吊运至作业面进行安装。 吊装3.9 m×7.8 m 单元体，采用2 台1 t 卷扬机吊装。

5）在加工区把铝拉网和龙骨按图纸要求做成3.9 m×3.9 m或者3.9 m×7.8 m 的装配式板块。

6）在每一个吊顶单元体吊装点对应的楼板上钻孔，通过卷扬机整体吊装。

7）铝拉网板块吊装完成后，操作人员在上述的钢跳板走道上，通过对支座的三维调节来调整板块的平整度。

5 结语

装配式幕墙减少了人工参与以及劳动强度，保证了单体构件质量以及板块施工质量，从而提高了装配式幕墙的整体施工质量。 装配式支座和装配式幕墙的建造可以在两个地方同时进行，可以边现场施工安装，边在工厂或者加工区组装，相比传统的框架幕墙，工期会明显缩短，降低事故的发生率。装配式幕墙的施工现场施工人员更少， 安装过程相对简捷，现场安装工序少，难度系数少，事故发生率减低，能够满足快速建造的要求，但是需要周密详细地考虑每个施工步骤。 为了加快推进城市现代建筑幕墙产业化的发展，应明确与完善装配式建筑相关的技术标准体系，进一步分析装配式建筑幕墙的全面推广所带来的深刻变化，积极加强技术集成的推广及应用，建立的完整的生产标准、技术标准、管理标准、验收标准等。