上海研砼建筑设计有限公司 上海市 200333
摘要：郑州市民中心项目二标段铝合金结构幕墙工程为河南省第一个铝合金结构一体化幕墙体系项目，采用6061-t6大截面工字铝合金代替钢结构作主体结构，考虑到立面幕墙的美观性及后期维护便捷，最终采用了铝合金一体化结构体系取代传统的钢结构加次结构体系。本文重点介绍铝合金一体化结构运用上的优势，以及本工程案例中的施工重难点分析。
关键词：铝合金；立面；玻璃幕墙；一体化结构
引言
6061-t6铝合金因其良好的可塑性、轻质高强、高抗腐蚀能力、高回收利用率等特性，近年被广泛运用于建筑结构领域，常用的板式节点，能很好的实现大跨度自由曲面。具有代表性的南京牛首山佛顶宫铝合金项目，松江G60拉斐尔云廊，北京大兴机场八个采光顶均采用铝合金一体化结构实现了大跨度空间自由曲面。在本工程案例中，首次采用铝合金做立面主体结构，实现立面玻璃幕墙一体化体系，对设计及施工又提出了新的挑战。构造形式如图1所示。
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图1 铝合金结构一体化构造
1 郑州市民中心项目二标段铝合金结构幕墙工程概况
郑州市民中心项目二标段铝合金结构幕墙工程（见图2和图3）位于郑州市中原区雪松路以东、临湖路以西、传媒南路以南、文博大道以北区域，本工程幕墙结构体系为单层铝合金一体化玻璃幕墙结构。总长约：213.68米，总宽约：89.43米，最高点高约：35.0米。墙面结构设计为50年，主体结构设计使用年限为50年，设计耐久性年限50年。
本工程展开面积总计5316.6平米，主要包括后置埋件、钢支座、铝合金结构、玻璃幕墙、接缝包边、屋顶包边、防火封堵等内容。
根据本工程项目的建筑造型、空间使用功能和视觉美观等要求，并结合整个结构的受力特点和外观造型，整个幕墙选用铝合金为主体结构材料，其牌号为6061-T6，其中铝圆盘与铝构件之间全部采用高强度不锈钢铆钉连接，全装配式施工，现场无噪音、废水、废气等排放，属于典型的装配式绿色施工。
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图2 项目整体鸟瞰图
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图3 立面铝合金结构图
2 铝合金一体化结构的设计选择分析
本工程选用新型的铝合金材料，和钢结构相比，重量较轻，而且现场不需要焊接，构件之间采用高强度不锈钢铆钉连接，安装周期短，建造时间快，并具有更强的装饰效果。
传统钢结构玻璃幕墙体系，钢结构做主体结构，在主体钢结构杆件上设置次结构，次结构与玻璃幕墙系统连接，结构层次复杂（见图4）
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图4 传统钢结构玻璃幕墙体系
本工程采用的铝合金结构一体化幕墙体系，主体铝合金结构挤压形成连接幕墙的连接口，减少结构层次，运用于玻璃幕墙体系，使得结构更加轻薄通透。（见图5）
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图5 铝合金一体化幕墙体系
考虑本工程立面幕墙体系，幕墙建于人行通道及人行观光桥上，人的视觉感官非常重要，主体结构裸露于外部，需要较强的防腐措施，综合以上因素，项目设计决定采用铝合金结构一体化幕墙体系实施。
3 一体化铝合金幕墙体系施工技术
3.1 施工准备
铝合金结构采用专用不锈钢铆钉连接，现场严禁任何的杆件扩孔处理，施工精度要求高，前期的施工准备工作尤为重要。
3.1.1 铝合金杆件材料准备
（1）铝合金材料管理应有专人负责，材料管理人员应经过培训，熟悉铝合金材料的特性及铝合金材料保护的基本常识。
（2）铝合金材料运输至现场，由材料管理专人办理现场入库检验手续。管理人员要核对材料的牌号、规格、批号、质量合格证明文件，检查表面质量、包装等，未经检验的材料或检验不合格的材料不得入库。
（3）经过检验合格的铝合金材料应按编号、品种、规格、批号分类，整齐堆放。
（4）铝合金材料的入库和发放应有记录，发料、领料时应核对材料的品种、规格、牌号。
（5）铝合金构件应分批并按规格型号分开，成垛堆放，妥善存储，底层要放置垫木、垫块；如果露天堆放，应把包装物拆除。
3.1.2 技术准备
铝合金结构因安装精度要求高，安装前的轴线、水准点的交接及复测尤为重要，需要测量员多次测量复核。
根据总包单位提供的定位轴线，复测定位轴线并做好原始记录，严格做好有效的保护。
根据总包方提供的水准点（2级以上），用水准仪进行闭合测量，严格加以保护。（见图6）
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图6 轴线、水准点保护示意
3.1.3 施工现场其他准备工作
（1）参考总包提供平面布置图合理布置铝合金库房等临时性建筑。
（2）对现场的铝合金结构安装机械和电路等在进场之前做好测试与维修工作，确保进场后所有设备能够正常安全使用。
（3 根据施工总平面配合总包建立消防、安保等相关措施。
3.2 施工平台搭设方案
3.2.1 施工平台搭设总体思路
本工程采用扣件式钢管脚手架搭设施工操作平台，主要用于工人利用此平台进行铝合金杆件和玻璃安装，A-2-2区、A-3区、A-4-1（部分）需利用部分立杆支撑节点板。脚手架施工荷载为3KN/㎡，铝结构支撑点的布设为隔一个节点板设置一个，即支撑6根杆件及8个节点板的重量，杆件每根平均重量约为60kg，节点板每个最重为10.5kg，故支撑节点板的立杆承受的荷载最大为3.73KN。
3.2.2 脚手架分区搭设形式
综合考虑安全及荷载因素，A-2区采用底部多排搭设至11.6米标高处，底部与连桥齐平，往上至连桥顶部搭设双排脚手架。A2-2区域采用投影面内搭设多排脚手架形式，11.6米标高以上部分沿结构斜面（往下1.5~2m预留操作面）做阶梯式搭设。A-3区和A-4-1-1区（部分）搭设满堂脚手架，11.6米标高以上部分沿结构斜面（往下1.2~1.5m预留操作面）做阶梯式搭设。A-4-1区（部分）、A-4-2区、A-4-1区—搭设双排脚手架至顶部。
钢管采用Q235、φ48×3.5钢管，间距为1.5m*1.2m，步距为1.5m，满布斜杆，并按照规范要求设水平及竖向剪刀撑，双排脚手架高度方向间隔3m设置一层作业面，满铺竹笆片，竹笆片应铺满、铺稳、铺实，且脚手板两端与横向水平杆可靠固定，防止倾翻。铺设方式采用对接平铺或搭接铺设，铺设如图7要求所示。
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图7 脚手板铺设要求
3.2.3 脚手架分区搭设顺序
根据现场情况及施工平面特点，脚手架搭设顺序为：A2-1区至A2-2区至A4-2区至A4-1-2区至A-4-1区（南侧部分）至A4-4-1（北侧部分）至A3区。各区域通过连墙件及钢管与土建结构或钢结构进行固定与连接，各区示意如图8。
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图8 各分区脚手架搭设示意
3.3 铝合金主体结构安装
根据铝合金一体化幕墙的形状及施工的合理性，首先，依据制定的施工顺序分区安装，其次，各区安装位置从底部开始，先将底部两层铝合金杆件安装就位，然后从一侧向上安装两跨铝合金杆件至顶部，重复向另一侧推进直至合拢完成。铝合金杆件就位后采用专用锁紧螺栓连接杆件与节点板。具体安装顺序如下：
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图9 第一步安装A3区支座及杆件
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图10 第二步：安装A4-1-2区支座及杆件
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图11 第三步：安装A4-1-1、A4-2区支座及杆件
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图12 第四步：安装A2-1区、A2-2区支座及杆件
3.4 铝合金一体化玻璃安装
3.4.1 铝合金一体化玻璃安装总体思路
主体铝合金杆件安装完成后并验收合格后开始安装玻璃，根据现场实际情况，玻璃就位采用汽车吊吊装就位的方法。市民活动中心楼面可上50吨及以下吨位汽车吊，项目现场具备吊车站位地点，经过计算分析，本项目采用25吨汽车吊可完成玻璃安装，玻璃安装先从建筑物的底部支座位置向上方进行安装。汽车吊站位如图13。
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图13 汽车吊站位模拟图
3.4.2 铝合金一体化玻璃安装注意要点
本工程为三角形玻璃单元，玻璃加工前先按设计分格尺寸进行分类，尽可能的将同一规格的一次下单，根据施工进度加工分阶段完成。
安装玻璃应尽量避免其他专业施工碰撞，影响玻璃安装吊车行走路线。
控制好玻璃加工厂按照规划的玻璃加工制作顺序供货，并根据现场实际安装进度适时进场，玻璃安装是在铝合金结构安装完成卸载后进行安装的，其中包括玻璃安装、耐候密封胶打胶、螺栓、压条及盖帽固定，如下图14。
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图14 玻璃安装效果
3.4.3 铝合金一体化玻璃防水注意要点
压条和盖帽安装为防水工作的重中之重，需要严格控制好压条和盖帽施工的工艺和流程，严格控制好密封胶的施工工艺，管控施工流程，确保施工质量，做处良好的防水工程。
4 结论与建议
1）6061-t6牌号铝合金材料适合运用于建筑结构用材，它的轻质高强、高抗腐蚀能力及良好的可塑性等特性使其成为主结构用材的又一选择。
2）由于铝合金一体化结构为全装配螺栓连接，使其加工及安装精度要求高，在进行加工及安装过程中需严格控制好精度，铝合金结构杆件轻，安装时通常采用搭设脚手架施工平台进行散装，施工现场全装配，无污染，属典型的绿色施工。
3）铝合金主体结构玻璃幕墙体系，采用铝合金主型材挤压成型，连接幕墙的连接口在挤压时与主结构型材一同成型，减少了传统结构中的次结构。铝合金一体化幕墙体系较传统钢结构幕墙体系更加轻薄通透。
综上所述，铝合金一体化幕墙体系除可很好运用于大跨度空间自由曲面中，也可运用于立面幕墙体系。通过本项目的设计及施工经验，可在今后类似的结构体系中积累宝贵的经验以及更好的参考意义和推广意义。
参考文献：
[1]铝合金结构设计规范，GB 50429-2007；
[2]铝合金结构工程施工质量验收规范GB50576-2010；
[3]张其林，杨联萍.铝合金结构专辑[J].建筑结构，2016：1~11