一种大悬挑钢结构-玻璃幕墙结构的一体化施工方法与流程

本发明涉及建筑工程，具体为一种大悬挑钢结构-玻璃幕墙结构的一体化施工方法。

背景技术：

1、钢结构主体的玻璃幕墙围护系统，其主要作用是为了防止结构主体受到环境因素侵蚀，同时提高建筑的整体外观效果。由于该系统自身的诸多优点得到建筑师的青睐。然而围护系统所选材料轻盈、美观、高透光率的外形特点，导致其材质的力学特性相对较差，在结构中通常不分担主体结构荷载。随着钢结构技术的发展与进步，玻璃幕墙围护系统在大悬挑结构中的应用逐渐增多，成为一种新颖的组合形式。然而在悬挑钢结构与围护系统安装过程中，由于围护系统安装顺序后于钢结构主体安装，上述施工顺序使得玻璃幕墙围护系统的安装类似于主结构悬挑端逐步施加荷载的过程，又由于大悬挑结构悬挑端对玻璃幕墙围护体系结构自重荷载较为敏感，因此在玻璃幕墙围护系统结构安装时，主结构悬挑端竖向位移随围护系统安装逐步增加，从而造成悬挑结构固定端已经安装完成的围护体系结构承受较大的位移荷载，改变玻璃幕墙结构外观甚至造成幕墙玻璃的爆裂。为解决上述问题，本专利提出了一种新型的玻璃幕墙围护体系的安装方法，通过大悬挑主结构预变形的方式，将围护系统结构安装过程中自重作用下所产生的竖向位移通过调节装置释放，并随围护系统安装逐步卸载调节装置，实现玻璃幕墙围护结构与主结构的变形协调。巧妙解决了大悬挑结构玻璃幕墙围护系统结构安装过程中存在的问题：1、由于围护结构逐步安装的施工方式，主结构固定端所承受的位移荷载在围护结构自重荷载作用下逐步增加，从而造成结构的破坏；2、常规围护结构施工方法中预留大量的合拢缝，围护体系整体成型较差；3、围护体系安装过程中需安排专职人员对钢结构悬挑端竖向位移进行实时监测，耗费大量的人力、物力。

技术实现思路

1、本发明为解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种大悬挑钢结构-玻璃幕墙结构的一体化施工方法。

2、为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种大悬挑钢结构-玻璃幕墙结构的一体化施工方法，包括以下步骤：

3、第一步，结合悬挑钢结构的结构形式，对玻璃幕墙结构进行施工分区，并进行编号；

4、第二步，利用数值仿真计算的方法，计算出在既定施工分区施工顺序的安装方案下，幕墙施工分区内悬挑钢结构的位移值；

5、第三步，选取玻璃幕墙结构分区内钢结构主体内部关键点位，并提取关键点位的位移si，钢结构主体内部关键点，即为对应玻璃幕墙结构分区内预变形拉力的施加位置；所述关键点位选取需保证同编号幕墙分区内关键点位沿结构对称轴对称，其目的在于保证结构预变形拉力对称施加；

6、第四步，在数值模型中关键点位施加试验荷载值fn，通过数值计算得到各关键点位移值sn后即可求取悬挑结构刚度k，悬挑结构刚度，可通过多次施加试验荷载的方式分别计算结构刚度kn值，并取其平均值；

7、第五步，通过上述第四步中所求关键点位对应结构刚度kn值，根据式si×kn＝fi，其中si值为关键点施工模拟过程中分区内各个关键点位对应的位移值，即可求出各关键点产生si位移所需要的预变形拉力值fi，将结构所需预变形拉力值fi施加到结构分区内关键点位，进行数值计算即可得到各关键点位产生的位移值sfi，当所求各关键点位移值满足判别准则，(|sfi-si|/si)≤3％，时即认为所求fi即为结构预变形所需拉力值；当结构在预变形拉力值fi作用下，所产生的位移值不满足判别准则时，需对结构刚度进行修正，当时sfi-si＞0，即所求预变形拉力值fi偏大即刚度偏大，因此，其中即为关键带点位试验荷载值fn的平均值；当sfi-si＜0时，即所求预变形值fi偏小即刚度偏小，因此，

8、其中即为关键带点位试验荷载值fn的平均值，综上迭代计算即可求取结构预变形拉力值fi；

9、第六步，根据所述玻璃幕墙施工分区内的所述关键点位，安装钢结构预变形措施，根据所述第五步中所得各个关键点位预变形拉力fi值，确定预变形措施的规格；

10、第七步，各玻璃幕墙施工分区内调节装置同时启动进行结构调节，待幕墙分区内部关键点位的竖向位移值等于关键点位si时，即认为实现钢结构主体的预变形；

11、第八步，随玻璃幕墙结构根据分区构件安装，对应分区内调节装置同步释放；

12、第九步，待所有玻璃幕墙施工分区完成后，调节装置预变形量释放完成。

13、进一步，第二步中玻璃幕墙施工分区的位移值si，即为所述玻璃幕墙施工分区内关键点位在预变形力作用下产生的理论位移值。

14、进一步，第五步中关键点位移值判别准则：(|sfi-si|/si)≤3％，可结合施工所需精度进行控制。

15、进一步，第六步中钢结构预变形措施包括牵引端头、钢绞线、调节装置、地锚，所述地锚与土建结构或底部基础连接，牵引端头整体通过钢绞线与调节装置相连，所述调节装置通过下部钢绞线与所述地锚相连，将预变形拉力最终传递至土建结构或底部基础上。

16、进一步，钢绞线可根据现场需求更换为钢丝绳及其它传力措施。

17、进一步，牵引端头、调节装置、地锚，均需根据预变形拉力值fi大小确定其对应规格。

18、进一步，主结构预变玻璃幕墙结构安装立面图施工流程如下：

19、(1)主结构完成所有施工步骤后，进入玻璃幕墙结构安装阶段；

20、(2)根据围护结构特征进行围护结构分区，并根据分区内对应的主结构进行关键点的选取；

21、(3)通过上述步骤五中预变形拉力计算方法，对玻璃幕墙施工分区内关键点所需的预变形拉力进行迭代计算，同时根据所计算关键点位调节值大小进行所述牵引端头、钢绞线、调节装置、地锚等相关措施的选取与计算，确定上述措施所对应的规格；

22、(4)安装调节相关措施，进行结构调节调整结构位形至恒载工况下的设计态，恒载工况下的设计态即在调节装置的作用下，使幕墙结构分区内的关键点位所产生的竖向位移值等于数值计算中所对应的竖向位移值si；

23、(5)针对大悬挑结构，沿结构固定端向悬挑段方向依次安装第一分区内玻璃幕墙结构，并逐步卸载调节装置；

24、(6)根据玻璃幕墙施工分区及安装顺序，依次安装玻璃幕墙结构并对应卸载分区内的调节装置；

25、(7)围护系统安装完毕，调节装置卸载拆除完毕。

26、综上所述，本发明方法特别适用于玻璃幕墙、金属屋面等对位移荷载特别敏感，需严格控制结构位移以减少质量问题的情况。解决了围护系统安装过程中，结构悬挑端随围护结构的逐步安装产生较大变形，造成已安装完成围护结构破坏的问题。通过悬挑钢结构预变形与玻璃幕墙安装相协同的施工方法，简化了大悬挑钢结构外部玻璃幕墙安装方法，保证玻璃幕墙整体外观的同时，减少常规施工方法下人员的投入，提高了经济性。本发明有以下有益效果：

27、(1)本发明通过大悬挑主结构预变形，实现了主结构围护系统的一体化安装，避免了由于围护体系安装(悬挑端荷载施加)悬挑端竖向位移逐步增大，造成结构固定端已安装围护系统结构的破坏；

28、(2)本发明所提悬挑结构预变形拉力计算方法，可准确计算出结构预变形所需预变形拉力及围护体系结构施工分区内关键点位的变形量，实现围护系统安装与主结构预变形拉力协同释放，保证了围护系统结构位形；

29、(3)本发明所提安装方法可实现围护系统结构施工连续作业，特别适用于玻璃幕墙及金属屋面类围护系统的安装，相较于常规施工方法，尤其是悬挑结构玻璃幕墙安装过程中预留大量的区域合拢缝的常规安装方式，本方法能够更好的保证玻璃幕墙外观效果；

30、(4)本发明所提结构预变形牵引体系，可结合实际需求灵活组合、重复利用，经济性较好；

31、(5)本发明形式简单，操作简便。