长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法及结构与流程

1.本发明涉及幕墙建筑相关技术领域，具体为长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法及结构。


背景技术：

2.目前，对于结构形式为钢筋混凝土剪力墙核心筒，周围楼屋面采用钢木组合结构悬挑于核心筒，屋面采用轻型结构，玻璃幕墙安装在钢木结构悬挑端处的建筑形式，玻璃的安装一般为玻璃上部通过不锈钢夹具与结构连接，下部通过点式驳接爪与结构连接。钢木结构屋面层与楼面层挠度变化不同、同一楼层不同部位挠度值也不同给幕墙观感和质量带来的问题，会导致幕墙玻璃在安装完成后玻璃下口会呈现中间高，两头低的不平整情况，钢木悬挑结构端部的竖向变形会导致玻璃四点打孔部位处的爪件相对位置发生变化，使玻璃受挤压产生不均匀应力，从而导致玻璃发生破损，针对上述问题，提出了本技术。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法及结构，用于解决长悬挑钢木构变形条件下，幕墙玻璃安装的平整问题以及安装后易出现破损的问题。
4.本发明是通过以下技术方案来实现的。
5.本发明的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，包括如下步骤：
6.s1：获取钢结构变形值；
7.采用钢结构静载试验方法得到具体的变形值，在钢结构梁端进行集中荷载的重量加载，重量加载持续至设定时间后，测量钢结构的挠度值；
8.s2：安装幕墙玻璃固定结构；
9.幕墙玻璃上部：将幕墙玻璃固定角码从两端到中间采取预起拱措施，起拱后呈现为端部高、中间低，起拱高度根据钢结构静载试验数据确定；
10.幕墙玻璃下部：采用点式固定，将固定组件安装在滑轨系统上，使固定组件可在竖直方向上进行滑动；
11.s3：安装幕墙玻璃。
12.进一步地，所述步骤s3中，幕墙玻璃的安装顺序为先安装相对的两侧，每一侧在安装时，预留转角部位玻璃，由两侧向中间安装。
13.进一步地，所述步骤s2中，幕墙玻璃固定角码的起拱措施具体为：将通长钢加码根据玻璃尺寸断开后，根据起拱高度进行安装。
14.进一步地，所述步骤s2中，起拱高度大于钢结构挠度最大值。
15.进一步地，所述步骤s1中，钢结构静载试验分为若干次加载，每次加载由中间向两侧加载。
16.进一步地，所述步骤s1中，钢结构静载试验加载分三级加载，分别为加载至30％、
60％、100％，除最后一级加载外，加载结束持荷时间为10min-15min，持荷结束后进行读数，最后一级加载持荷时间为1h以上，且每隔15min测量一次构件变形数据，直到变形值最后不再明显增加为止。
17.进一步地，所述步骤s1中，除施加集中荷载外，还施压线荷载。
18.进一步地，钢结构静载试验中，重量加载采用重物悬挂方式加载。
19.进一步地，所述步骤s1仅在全部侧面中半数的相邻的侧面进行，本实施例中水阁截面为四面体，仅需对相邻的两个侧面进行，如为六面体，则在相邻的三个侧面进行。
20.长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装结构，基于上述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，包括上部固定骨架、玻璃上部连接件、滑轨组件和玻璃下部连接件，所述上部固定骨架包括固定角码，所述固定角码利用上述的安装方法进行预起拱，幕墙玻璃上部通过玻璃上部连接件与固定角码连接，所述玻璃下部连接件与所述滑轨组件连接，幕墙玻璃下部与所述玻璃下部连接件连接。
21.本发明的有益效果：
22.本方案通过预先采用静载试验得到水阁钢木结构的实际变形值，通过玻璃上部不同位置不锈钢夹具的预起拱，使起拱高度抵消钢梁承受荷载后的变形值，消除因玻璃安装后结构变形导致的玻璃下口不平整问题；通过在玻璃下部固定位置引进滑轨系统，解决了因钢木结构竖向变形导致的玻璃破损问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
25.图1为本实施例中水阁整体结构示意图；
26.图2为传统玻璃幕墙上部连接结构示意图；
27.图3为传统玻璃幕墙下部连接结构示意图；
28.图4为水阁剖视图；
29.图5为水阁二楼平面图；
30.图6为角部钢梁截面图；
31.图7为悬挑钢梁截面图；
32.图8为非悬挑钢梁截面图；
33.图9为案例一分析结果图；
34.图10为案例二分析结果图；
35.图11为加载范围示意图；
36.图12为百分表布置范围示意图；
37.图13为加载荷载示意图；
38.图14为现场百分表布置示意图；
39.图15为水箱、百分表安装示意图；
40.图16为玻璃幕墙上部骨架图；
41.图17为固定角码断开加工示意图；
42.图18为玻璃幕墙下部安装结构示意图；
43.图19为玻璃幕墙安装后整体示意图。
具体实施方式
44.下面结合图1-19对本发明进行详细说明。
45.本实施例以杭州国家版本馆项目中的水阁为例。
46.水阁位于杭州国家版本馆北区东北侧，结构形式为钢筋混凝土剪力墙核心筒，周围楼屋面采用钢木组合结构悬挑于核心筒，屋面采用轻型结构，玻璃幕墙安装在钢木结构悬挑端处，整体结构如图1所示。
47.本方案通过理论计算，得出水阁钢木结构悬挑端最大竖向变形为48mm，在此情况下玻璃幕墙系统安装完成后存在玻璃破损风险，且无法保证外立面观感。为保证幕墙玻璃在安装过程中的质量控制和后续外观效果，预先采用静载试验得到水阁钢木结构的实际变形值，通过玻璃上部不同位置不锈钢夹具的预起拱，消除因玻璃安装后结构变形导致的玻璃下口不平整问题；通过在玻璃下部固定位置引进滑轨系统，解决了因钢木结构竖向变形导致的玻璃破损问题。
48.由于水阁结构体系特殊，幕墙形式为全玻璃幕墙与点式玻璃幕墙相结合，如图2、3，玻璃上部通过不锈钢夹具与结构连接，下部通过点式驳接爪与结构连接。钢木悬挑结构端部的竖向变形会导致玻璃四点打孔部位处的爪件相对位置发生变化，使玻璃受挤压产生不均匀应力，从而导致玻璃发生破损。
49.为了消除因钢木结构自由端的竖向变形给幕墙玻璃带来的不利影响，在施工前需得到具体的变形值，并根据变形值制定相应的施工技术方案克服其中的不利因素。
50.1水阁钢木结构计算
51.1.1分析对象
52.本次分析选取水阁中钢木构架部分，悬挑长度最大的楼面以及屋面作为分析对象如图4中标注200所圈范围。为简化分析模型，考虑到分析对象几何上为镜像对称，取分析对象四分之一角进行有限元分析，如图5中标注201所圈范围。
53.1.2模型参数
54.本次采用abaqus对模型进行有限元分析，钢梁采用q390钢。每根支承于核心筒剪力墙上的钢梁根部约束条件均定义为固定端。不同层之间钢梁焊接连接，模型里采用“tie”关系进行模拟。分析屋面层时屋面荷载考虑恒载2.0kn/m2，活载0.5kn/m2，折算为均布面荷载施加到第一层每根钢梁上表面；幕墙全部悬挂于屋面周圈钢梁上，荷载考虑1.5kn/m2，并将其折算为集中荷载7.37kn，施加于周边挑梁端部，同时材料自重，折算为等效均布面荷载的形式作用在每根钢梁上表面。分析楼面层时楼面荷载，恒载考虑2.0kn/m2，活载考虑4.0kn/m2，折算为均布面荷载施加到第一层每根钢梁上表面，材料自重，折算为等效均布面1/4荷载的形式作用在每根钢梁上表面，此层不考虑幕墙荷载。
55.1.3荷载导算
56.1.3.1屋面层
57.楼面荷载：考虑恒载2.0kn/m，活载0.5kn/m
58.转换为荷载设计值q＝1.3x2+1.5x0.5＝3.35kn/m
59.导算到单根钢梁上线荷载q1＝3.35x0.6＝2.01kn/m
60.单根木构和钢梁自重设计值：
61.h180x100x16x30：q2＝1.3kn/m
62.h180x100x10x20:q3＝0.91kn/m
63.h180x100x8x14:q4＝0.79kn/m
64.幕墙荷载：导算到第一层钢梁端部的集中荷载设计值为f＝1.3x1.5x6.3x0.6＝7.37kn
65.1.3.2楼面层
66.楼面荷载：考虑恒载2.0kn/m，活载4kn/m
67.转换为荷载设计值q＝1.3x2+1.5x4＝8.6kn/m
68.导算到单根钢梁上线荷载q1＝8.6x0.6＝5.16kn/m
69.单根木构和钢梁自重设计值：
70.h180x100x16x30：q2＝1.3kn/m
71.h180x100x10x20:q3＝0.91kn/m
72.h180x100x8x14:q4＝0.79kn/m
73.1.4案例分析
74.案例一(针对楼面的分析)：角部悬挑梁采用h180x100x16x30(图6)，其余部位悬挑梁采用h180x100x10x20(图7)，非悬挑梁均采用h180x100x8x14(图8)。荷载考虑恒载考虑2.0kn/m2，活载考虑4.0kn/m2。
75.从分析结果来看(图9)，阳角四根钢梁角部mises应力值较大，其中，1#和2#钢梁顶点尖角处mises应力值最大，其分布范围较小，考虑为局部应力集中现象，排除应力集中，四根角部钢梁应力最大，最大值为295mpa。其余部位悬挑梁mises应力值均小于250mpa(应力比小于0.76)；非悬挑部.654位钢梁应力值均小于200mpa(应力比小于0.61)。
76.案例二(针对屋面的分析)：木构钢梁截面同案例一，荷载考虑恒载考虑2.0kn/m2，活载考虑0.5kn/m2，并考虑幕墙荷载(施加于周圈钢梁，每根钢梁7.37kn)。
77.从分析结果来看(图10)，阳角四根钢梁角部mises应力值较大，其中，1#和2#钢梁顶点尖角处mises应力值最大，其分布范围较小，考虑为局部应力集中现象，排除应力集中，四根角部钢梁应力最大，最大值为274mpa。其余部位悬挑梁mises应力值均小于240mpa(应力比小于0.73)；非悬挑部位钢梁应力值均小于200mpa(应力比小于0.61)。
78.1.5结果汇总
79.两个案例结果汇总如下：
41.172.544.26-0.39 50.871.822.99-0.40 60.921.883.02-0.40 71.993.004.000.00 81.713.255.100.01 91.564.476.81-0.39 102.195.608.75-0.30
94.表2北侧测点挠度(mm)
95.测点序号一级加载二级加载三级加载卸载07.1613.9923.73-0.59 14.699.3915.95-0.40 22.15.239.59-0.39 32.854.777.73-0.39 41.132.524.36-0.31 50.841.953.45-0.31 60.872.223.68-0.37 71.173.884.75-0.60 81.453.756.30-1.30 91.955.048.16-0.52101.435.159.92/
96.表3西侧测点挠度(mm)
97.注：挠度向下为正；/代表数据异常。
98.根据以上实测数据结果，水阁二层屋面钢木结构挠度最大值为23.73mm(角部)，最小值为2.99mm(中间部位)，且不同部位的挠度值均不同。
99.3幕墙玻璃安装技术措施
100.为解决钢木结构屋面层与楼面层挠度变化不同、同一楼层不同部位挠度值也不同给幕墙观感和质量带来的问题，分别采取了不同的措施解决上述问题。
101.3.1幕墙玻璃上部措施
102.根据现场静载试验数据可知，如现场幕墙安装采用原设计方式进行，幕墙玻璃在安装完成后玻璃下口会呈现中间高，两头低的情况。原幕墙矩形管骨架及钢角码为通长水平布置，为消除钢木构挠度变化影响，幕墙通长钢加码根据玻璃板块尺寸断开，断开方式如图17所示，并从两端到中间采取预起拱措施(端部高，中间低)，起拱高度根据静载试验实际数据等情况综合考虑后为25mm，玻璃幕墙上部骨架结构如图16所示。
103.3.2幕墙玻璃下部措施
104.根据原设计做法，玻璃上部采用吊挂式、下部采用点式固定。由于水阁屋面层与楼面层挠度变化不同，并且在后续使用过程中楼面除了恒荷载外还有活荷载，上述两种因素都会导致玻璃四点支座位置发生变化，从而使玻璃受到由结构传导到固定支座处的挤压或拉伸，导致玻璃内应力发生变化引起玻璃自爆。
105.为避免上述风险，玻璃上部做法保持不变，下部固定方式由点式固定改为加入滑
轨系统的点式固定，如图18。引入滑轨系统后，使得玻璃下部点式爪件可以在竖直方向进行滑动，从而消除楼板挠度变化带来的不利影响。
106.4幕墙玻璃安装质量控制措施
107.水阁玻璃幕墙安装顺序：放样(滑轨、骨架、角码定位)
→
龙骨、分段角码焊接安装
→
滑轨基座安装
→
玻璃起吊
→
玻璃f型夹具安装
→
玻璃调整
→
点式支座、滑轨安装。
108.4.1骨架、滑轨系统安装
109.根据现场静载试验数据与新增技术措施，玻璃上部固定角码进行分段处理与引入滑轨系统。
110.由于钢木结构的不均匀变形，每块玻璃安装的标高需进行调整，由中间向两侧进行阶梯状排布，高差为25mm。为精准确定玻璃安装，需图纸先进行预排布，根据图纸中钢角码与滑轮组的排布，现场进行点位放样并安装到位。
111.4.2玻璃安装机械
112.水阁幕墙玻璃规格为15mm(超白钢化)+2.28sgp+15mm(超白钢化)+2.28sgp+15mm(超白钢化)，尺寸为1850mm*6750mm，重量约1.6吨。由于玻璃尺寸大、自重重且为吊挂点式安装，对安装机械要求较高。为能精准调整玻璃位置，选择重型电动遥控吸盘与重型起重机结合进行高精度调节安装。在安装、调整过程中，严密关注玻璃吸盘负压值，防止玻璃滑动。
113.4.3玻璃安装顺序
114.随着玻璃安装后屋面荷载的增加，将加剧水阁钢木结构悬挑端的竖向不均匀变形。为了使结构尽可能的整体均匀变形，需对玻璃安装顺序进行调整。
115.调整后的顺序为：先安装水阁东、西侧，再安装南北侧；预留转角部位玻璃，由两侧向中间安装。先安装东、西侧，再安装南北侧玻璃目的是使整体钢木构受力对称、均匀；预留转角部位玻璃，由两侧向中间安装原因是转角侧玻璃调节余地较大，预留至最后安装。先安装两侧玻璃是因为该部位钢木构变形值最大，预先安装有利于玻璃整体调整。
116.总结：经过多年的发展，幕墙玻璃的板块越来越大、配置越来越高，玻璃幕墙的安装技术也日趋成熟。但由于玻璃的特性，无框玻璃的安装对结构的要求不能有较大的变形，对于有弹性形变的结构，本方案引入了机械工业中常用的导轨系统，从而使玻璃的下部由固定端变为自由端，规避了因钢木结构变形导致玻璃发生爆裂的风险，为今后的相似项目的设计、施工提供借鉴。
117.长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装结构，基于上述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，包括上部固定骨架、玻璃上部连接件101、滑轨组件102和玻璃下部连接件103，所述上部固定骨架包括固定角码100，所述固定角码100利用上述的安装方法进行预起拱，幕墙玻璃上部通过玻璃上部连接件101与固定角码100连接，所述玻璃下部连接件103与所述滑轨组件102连接，幕墙玻璃下部与所述玻璃下部连接件103连接。
118.具体地，如图16所示，上部固定骨架还包括矩形管104，矩形管104和固定角码100根据玻璃板块尺寸断开，断开尺寸一般小于玻璃宽度尺寸，然后将矩形管104焊接连接在钢结构梁端，将固定角码100焊接在矩形管104上(根据不同位置的起拱高度进行定位焊接)，玻璃上部连接件101包括两个连接端，一端连接在固定角码100上，另一端连接在玻璃上105上。
119.如图18所示，滑轨组件102安装在下侧的钢方管上，玻璃下部连接件103包括转接
板和玻璃驳接爪，滑轨组件102中安装有滑块，滑块与转接板连接，玻璃驳接爪安装在转接板上，与滑轨组件102相互错开设置，避免占用空间宽度过大，玻璃驳接爪与玻璃连接，玻璃下部连接件103可沿滑轨组件102进行上下运动。玻璃105安装后结构如图19所示。
120.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：包括如下步骤：s1：获取钢结构变形值；采用钢结构静载试验方法得到具体的变形值，在钢结构梁端进行集中荷载的重量加载，重量加载持续至设定时间后，测量钢结构的挠度值；s2：安装幕墙玻璃固定结构；幕墙玻璃上部：将幕墙玻璃固定角码从两端到中间采取预起拱措施，起拱后呈现为端部高、中间低，起拱高度根据钢结构静载试验数据确定；幕墙玻璃下部：采用点式固定，将固定组件安装在滑轨系统上，使固定组件可在竖直方向上进行滑动；s3：安装幕墙玻璃。2.根据权利要求1所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：所述步骤s3中，幕墙玻璃的安装顺序为先安装相对的两侧，每一侧在安装时，预留转角部位玻璃，由两侧向中间安装。3.根据权利要求1或2所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：所述步骤s2中，幕墙玻璃固定角码的起拱措施具体为：将通长钢加码根据玻璃尺寸断开后，根据起拱高度进行安装。4.根据权利要求3所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：所述步骤s2中，起拱高度大于钢结构挠度最大值。5.根据权利要求1、2、4中任意一项所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：所述步骤s1中，钢结构静载试验分为若干次加载，每次加载由中间向两侧加载。6.根据权利要求5所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：所述步骤s1中，钢结构静载试验加载分三级加载，分别为加载至30％、60％、100％，除最后一级加载外，加载结束持荷时间为10min-15min，持荷结束后进行读数，最后一级加载持荷时间为1h以上，且每隔15min测量一次构件变形数据，直到变形值最后不再明显增加为止。7.根据权利要求1、2、4、6中任意一项所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：所述步骤s1中，除施加集中荷载外，还施压线荷载。8.根据权利要求7所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：钢结构静载试验中，重量加载采用重物悬挂方式加载。9.根据权利要求8所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：所述步骤s1仅在全部侧面中半数的相邻的侧面进行。10.长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装结构，基于权利要求1-9中任意一项所述的长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法，其特征在于：包括上部固定骨架、玻璃上部连接件(101)、滑轨组件(102)和玻璃下部连接件(103)，所述上部固定骨架包括固定角码(100)，所述固定角码(100)利用权利要求1-9中任意一项所述的安装方法进行预起拱，幕墙玻璃上部通过玻璃上部连接件(101)与固定角码(100)连接，所述玻璃下部连接件(103)与所述滑轨组件(102)连接，幕墙玻璃下部与所述玻璃下部连接件(103)连接。

技术总结
本发明涉及幕墙建筑相关技术领域，公开了长悬挑钢木构变形条件下的幕墙玻璃安装方法及结构，安装方法包括如下步骤：S1：获取钢结构变形值；采用钢结构静载试验方法得到具体的变形值，在钢结构梁端进行集中荷载的重量加载，重量加载持续至设定时间后，测量钢结构的挠度值；S2：安装幕墙玻璃固定结构；幕墙玻璃上部：将幕墙玻璃固定角码从两端到中间采取预起拱措施；幕墙玻璃下部：将固定组件安装在滑轨系统上，使固定组件可在竖直方向上进行滑动。通过玻璃上部不同位置不锈钢夹具的预起拱，消除因玻璃安装后结构变形导致的玻璃下口不平整问题；通过在玻璃下部固定位置引进滑轨系统，解决了因钢木结构竖向变形导致的玻璃破损问题。题。题。


技术研发人员：王剑 何荒震 林聪聪 陈鑫楠 刘逢春 张林 应洲龙 宋梦薇
受保护的技术使用者：浙江建工幕墙装饰有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/14