50m高底部销接的幕墙钢柱施工技术*
苏建华
（广州建筑股份有限公司，广东广州510030）
[摘要】结合广州市电视台新址工程50m高底部销接的钢柱结构，提出了一系列提高钢柱安装精度的施工措施，同措施，并且对施工过程的钢柱位置变化进行了监测.实践证明，与搭设多排内排栅作为施工平台相比，该工程所采 时对钢柱安装过程中在水平风荷载作用下的受力情况进行了验算，然后给出了钢柱在高空临边作业时的安全技术取的技术措施造价更低、施工速度更快，同时保证了施工的质量和安全，经济效益和社会效益显著.
[关键词]幕墙；钢柱；安装；验算：监测
[中图分类号]TU767 [文献标识码]A
[文章编号]1002-8498（2013）15-0057-04
ConstructionTechnologyof50-meter-high Steel Column withBottomPin-joint
Su Jianhua
(Gusngzhou Municipal Constraction Group Co. Lad. Guangzhou Guangdong 510030 China)
Abstract; According to the 50-meter-high steel columns with bottom pin-joint in new Guangzhou TVStation a series of construction measures are put forward to increase the columns assembling accuracy.the column construction towards border and the monitoring of the column position are also introduced. It And bearing capacity during the columns construction is checked. Then technical snfety measures duringauug smou-gnu qim uueduoo sau aous a sjuouoo aom are sansea pouogum u eq saoudbars scheme. Construction quality and safety are ensured with superior economic and social benefits.
Key words;curtain walls; steel columns; installation; calculation; monitoring
1工程概况
广州市电视台新址工程总建筑面积约30万m，包括1栋22层东塔楼，1栋22层西塔楼，2层裙楼和2层地下室，建筑总高度为97.75m，其中采光顶最高点为100.05m.从塔楼11层楼板边缘到22 层楼顶，组成11层以上的幕墙整体双排柱立面结构，结构整体在平面内呈L形（见图1）.幕墙钢结构的构件均为钢管构件，总重约1900t，外围表面积约8500m²，钢柱主截面为$351×16，采用Q345B钢材，高度约50m，属于高柔结构.幕墙柱的底部均为销接，在屋面桁架安装完成之前，幕瑞柱自 身是非稳定体系，抵抗水平荷载能力很弱，如何保证幕墙柱的安装精度和施工安全是工程的重点.
图111层塔楼以上幕墙柱分布示意Fig. 1 Curtain wall beams layout above11 layer of tower building
土建主塔楼和幕墙钢结构同时施工，突出主塔楼结构为主线，混摄土结构和钢结构协调同步进行，相互配合、穿插.特别注意协调好与混凝土塔楼相连接的幕墙柱安装时机和塔楼结构外脚手架 搭设与拆除时机.东、西塔楼上2个小塔楼同时施工，相差1层形成流水.根据塔式起重机吊装能力以及施工验算，幕墙钢柱在竖向2层为1段，共6段（见表1），安装时间落后于速度较慢的小塔楼结构
2施工部署及施工措施
2.1施工部署
层2层，在平面上每个塔楼2个L形柱群同时施工. 端部幕墙柱先于中部幕墙柱施工（见图2），塔楼外脚手架搭设时应留出端部幕墙柱施工空位.
表1幕墙柱分段Table 1 Division of curtain wall columns
编号 标高范围/m 长度/ 质量/6 5 48.700 ~60.000 60. 000 ~67. 800 11.30 7.80 1.489 1.0284 3 75.600~83.400 67.800 ~75.600 7.80 7.80 1.028 1.0282 83. 400 ~ 91. 200 7.80 1.0281 91. 200 ~ 97. 870 6.67 8. 790
图3幕墙柱底部马板
Fig 3 Members at the bottom of curtain wall column
幕墙柱与塔楼结构的侧向连接（侧向连接为销轴连接）等.
3）幕墙柱系统共包括约3000个钢构件，如果逐个构件进行吊装不但费时而且难以控制安装精度.因此，预先研制出拼装胎架，将幕墙柱在楼面 拼装成三角单元，然后将三角单元整体吊装到位，再对幕墙柱水平杆进行散件补缺安装.这样做既利于保证三角单元的精度，也便于控制幕墙柱群的整体精度.
Fig. 2 Installation sequence of curtain wall columns 图2募墙柱的整体安装顺序
考虑到幕墙柱与土建塔楼结构埋件连接方式以及幕墙柱2层1节的分段形式，幕墙柱安装开始时间落后于土建塔楼结构2个结构层，如11~13层幕墙柱安装需待土建塔楼13层结构完成后方可开始，在塔楼结构完成15层时同时完成第1节幕墙柱 结构安装工作，开始第2节幕墙柱安装，以此形成流水施工.在每层的幕墙柱中，先安装与混土结构连接的幕墙柱，然后逐步往前推进安装，完成1福，连接1福.
4）由于幕墙柱群为高柔结构，幕墙柱自身还是工人员操作平台，做好相应的安全技术措施，确保 空间不稳定结构体系，因此施工前一定要搭设好施施工安全.
3施工过程验算
3.1幕墙钢柱底部马板焊缝验算
1）受力分析
幕墙柱群分别于15层（66.550m）即第2段幕墙柱以及19层（82.150m）即第4段幕墙柱处各加了2道水平钢桁架.因此，幕墙柱底部马板出现的最不利受力情况就是在吊装完第1段和第2段且水平钢桁架还没有设置之前.
2.2施工措施
由于幕墙钢柱为高柔结构且底部销接，因此为了保证幕墙钢柱的安装精度和施工安全，施工中采取了以下措施.
以第1段和第2段焊接完成的幕墙柱为例，幕墙柱长约20m，幕墙柱底部标高约为50.000m.柱底采用了4块马板，全部为双面焊接，焊缝高12mm，长150mm（见图3），焊条采用E50.假设第1段和第2段幕墙柱完成后，钢柱所承受的风荷载全部由马板焊缝承担.
1）由于幕墙柱结构为几何可变体系，因此在第1节幕墙柱安装过程中，将幕墙柱脚的马板（见图 3）与11层埋件进行临时焊接固定，使幕墙柱柱脚与楼面呈刚接状态，以保证幕墙柱的稳定性.
2）幕墙柱结构面外刚度非常小，施工过程中如果受到面外荷载作用时极容易失稳.然而，设计方在设计时并没有考虑这种施工状态下的计算. 因此，幕墙柱在安装过程中必须采取增加结构平面外稳定性的措施，包括每2层幕墙柱安装完成后，在L形幕墙柱群长边设置2道角钢桁架支撑，使幕墙柱群与塔楼结构有一个水平方向的刚性约束；安装
2）幕墙柱风荷载计算
根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012和《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003：
(1)
工程为C类地面，幕墙柱底部（柱脚）标高
在风荷载作用下产生的水平力由垫板与结构楼板连接处的螺栓群承担.在吊完第4段幕墙柱，而第 2层水平钢桁架（位于第19层）未施工之前，此时幕墙柱在风荷载作用下产生的水平力仅通过第1层支撑（位于第15层）位于楼板的螺栓群承担.这里不考虑底部马板、缆风绳等其他支承条件，设置了水平支撑后的幕墙柱，其结构体系可简化为如图5所 示的结构.
50.000m，此时μ =1.25，β =1；幕墙柱顶部（第1 2 段的顶部）标高70.000m，此时μ，=1.45，β =1.283.根据文献[3]第5.3.2条，基本风压w.=1.0kN/m².
对于圆形截面构筑物，根据文献[2]第7.3.1表面光滑，μ wgd=1.45×1×0.351²=0.18> 条，应取整体计算时的风荷载体形系数.幕墙圆柱351
因此，在50m处：
= 1 ×0.6 ×1.25 ×1 =0.75kN/m²（2)
在70m处：
w、= 1.283 × 0.6 × 1.45 × 1 = 1. 12kN/m²
(3)
幕墙柱直径为351mm，将幕墙柱视为长20m的悬臂梁构件，其底部和上部的分布荷载分别为9=0. 75 × 0. 351 = 0. 263kN/m 9 = 1. 12 × 0. 351 = 0.393kN/m，荷载计算如图4所示.
图51道水平支撑幕墙柱结构受力简图Fig. 5 Curtain wall column loadswith one horizontal support
2）幕墙柱在风荷载作用下的水平力计算幕墙柱高约35m（第1~4段），通过计算可求得最大 水平剪力为13.91kN.幕墙柱群的长边方向有钢柱25根，因此幕墙柱群水平荷载F=13.91×25=347.75kN.
3）支撑桁架螺栓抗剪承载力验算2道水平支撑的每个螺栓承受的剪应力：
Fig 4 Loadings calculation 图4荷载计算
支撑螺栓抗剪承载力满足要求.
3）马板焊缝验算
3.3全部支撑桁架的螺栓抗剪验算
幕墙柱底采用了4块马板，全部为双面焊接，焊缝高12mm，长150mm，焊条采用E50，结构底部弯矩69.93kNm，则有（*）：
1）受力分析6段幕墙柱全部安装完毕后，幕墙柱在风荷载作用下产生的水平力由2层、4道支撑桁架的螺栓群承担，计算简图如图6所示.
墙柱高约50m，通过计算可求得最大水平剪力为 2）幕墙柱在风荷载作用下的水平力计算幕24.38kN.幕墙柱群的长边方向有钢柱25根，因此幕墙柱群水平荷载：
焊缝强度满足要求.
同理可验算焊缝的剪应力及弯剪共同作用下的折算应力.
承受的剪应力： 3）支撑桁架螺栓抗剪承载力验算每个螺栓
3.2仅有第1道水平钢桁架时螺栓抗剪验算
1）受力分析幕墙柱群分别于15层和19层共设置了2层、4道水平钢桁架.钢桁架一端与幕墙柱直接焊接，另一端搁在结构楼板上.最终幕墙柱
53. 9N/mm² <[f] = 140N/mm² 图62道水平支撑幕墙柱结构受力简图Fig. 6 Curtain wall column loads withtwo horizontal supports 抗剪承载力满足要求. 4安全技术措施 4.1幕墙柱三角单元高空操作平台的搭设 工程的幕墙柱从塔楼11层楼板到22层楼顶的50m高度内无任何楼板结构，且幕墙柱每2个结构层才吊装1段，所以幕墙柱的施工安装为高空临边作业，必须做好幕墙柱施工的安全技术措施.对于典型幕墙柱三角组合单元，操作平台及 临边防护安全绳平面布置如下：将用于搭设操作平台的钢管用吊篮运输到幕墙组三角单元拼装处，由3个三角形操作区域组成（如图7所示，即每个三角区内均有1根幕墙柱），并用以当前安装幕墙柱单元与上部单元柱顶、柱脚对接就位后的焊接操作平台. 图7幕墙柱三角单元操作平台立体示意Fig. 7Triangular unit operating platform of curtain wall column 腹杆、钢管和踏板组成.由幕墙柱之间的水平杆和 临时操作平台由幕墙柱三角单元的水平杆、斜斜腹杆作为支座，钢管搭放在这些杆件上，然后在钢管上铺设路步板，即形成了操作平台. 4.2幕墙柱三角单元之间走道的搭设 待2福幕墙柱三角单元安装完成并安装好2福 之间的水平杆和斜腹杆后，铺设跳板作为临时走 道.走道的铺设方法为：将跳板搁在2福三角单元已经做好的操作平台的钢管上，跳板用钢丝绳绑扎在已挂接好的钢管上固定，部分区域套绳绑扎在斜腹杆上固定（见图8）. 图8慕墙柱三角单元之间走道搭设示意Fig. 8Aisle of the triangular units forcurtain wall column 4.3防护网和兜底网的设置 在每节幕墙柱的操作平台及走道下拉设防护系数，解决高空邻边施工的安全性问题. 网和兜底网，进一步提高施工人员高空作业的安全 5施工监控 由于中庭幕墙柱要直接外挂幕墙玻璃，设计精度要求非常高.在安装过程中，采用全站仪对幕墙柱的安装位置进行测量校正.预先在监测幕墙柱 上布置反光片，并注意避免后续施工测点视线被遗挡.然后在每个阶段对测点进行空间坐标监测，以确保安装施工过程中的精度满足设计和规范要求. 经测量，现场实际施工中，钢结构竖向轴线偏差最大为5.83mm，同一立柱间水平杆件两端标高 偏差最大为3mm，偏差符合规范要求. 6结语 目前该工程的幕墙钢柱已经全部安装完成.该工程在施工过程中所采用的各项技术措施与搭设多排的内排栅作为施工操作平台相比，造价更低、施工速度更快，同时保证了施工的质量和安全， 经济效益和社会效益显著. 参考文献： [1]张荣山.特种钢结构设计与施工[M].北京：中国建筑工业出[2]中国建筑科学研究院.GB50009-2012建筑结构荷载规范 版社 2004.[3]中国建筑科学研究院，JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规 [S].北京：中国建筑工业出版社，2012.范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.[4]梁启智，王仕统，林道勤，钢结构[M].广东：华南理工大学出[5]北京钢铁设计研究总院，CB50017-2003钢结构设计规范 版社，1999.[S].北京：中国计划出版社，2003.[6]治金工业部建筑研究总院，GB50205-2001钢结构工程施工 质量验收规范[S].北京：中国计划出版社，2002.
