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再谈索结构点支式玻璃幕墙的设计与施工技术(中)

来源:2012年会论文集  作者:王德勤  日期:2012-7-10
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提要:以大量的索结构玻璃幕墙工程为例,从基本术语、索结构的设计取值、拉索材料的设计选材到索型索系的设定,对钢绞线的加工制作工艺方法进行分析介绍,有助于设计人员全面了解索结构设计时的相关知识,同时也分析了部分重要节点和构造的原理,介绍了在索结构施工安装时的控制方法。
关键词:索结构点支式玻璃幕墙,相关术语,索结构设计,索体与锚具,索结构玻璃幕墙应力补偿装置,过载保护装置。
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  4.北京新保利大楼东北立面索网结构点支式玻璃的幕墙索网结构由两根斜拉主索组合成三个相互联动拼可折动的柔索网面,主索与索网结构组合形成一个复杂受力结构体系.洞口宽58m高87m . 玻璃基本分格为:1300mm×1300mm。幕墙立面玻璃固定采用一字形不锈钢夹板支承 。(如图1.2.2-4)

  5.北京万通中心裙楼隐形单向单索结构点支式玻璃幕墙的结构形式采用了隐形布置的索结构,所谓隐形就是将作为支承结构的竖向单索隐藏在两片中空玻璃之间的缝隙中,在玻璃幕墙的室内、外都看不见结构,其支承结构在受到外部荷载作用时能够有效的工作。该工程单索结构的受力跨度在8m至13m之间。(如图1.2.2-5)

  1.2.3  索结构支承点支式玻璃采光顶
  当索结构用于支承玻璃采光顶时,可采用单层索系、双层索系或张弦结构。单层索系可采用鞍形曲面单层索网(如图1.2.3-1)。双层索系可采用鱼腹式索桁架(如图1.2.3-2)或轮辐式索桁架(如图1.2.3-3)。张弦结构可采用张弦梁,张弦梁结构是由上弦刚性拱(或组合桁架)、撑杆以及下弦柔性索组成的自平衡受力体系,其合理地将各种构件(抗拉、抗压、抗压弯)组合在一起,充分发挥了其各自的材料力学性能,因而整个体系具有许多良好的受力性能。(如图1.2.3-4)

  由于篇幅所限索结构玻璃采光顶就暂不展开介绍,以上几种形式的玻璃采光顶是在工程中经常用到的,其中的一些设计内容在我写的《点支式玻璃采光顶应用技术探讨》论文中以有了详细的介绍,在此就不多作解释了。

  1.3  在索结构支承玻璃幕墙设计中的相关术语
  索结构支承点支式玻璃幕墙在当今已经有了较广泛的应用,但由于相关的规范和标准还没有更多的涉及到该幕墙的名称和相关技术术语, 所以在市场上出现了在行业内叫法不规范不统一的现象。下面对索结构支承点支式玻璃幕墙及索结构中的相关术语作一介绍。

  索结构玻璃幕墙:索结构玻璃幕墙是指用索结构作为玻璃幕墙的支承体系的玻璃幕墙。由于玻璃面板一般都采用了点支承的支承方式,所以按幕墙分类的原则,应该叫“索结构支承点支式玻璃幕墙”。

  拉索(tension cable):具有一定预应力的受拉构件,由索体、锚具和防护层组成。

  索体(cable body):拉索受力的主要部分,可为钢丝束、钢丝绳、钢绞线钢拉杆

  索结构(cable structure):由拉索作为主要承重构件而形成的预应力结构体系。

  悬索结构(cable-suspended structure):由一系列作为主要承重构件的悬挂拉索按一定规律布置而组成的结构体系,包括单层索系(单索、索网)、双层索系及横向加劲索系。

  张弦结构(structure with tension chord):由上弦刚性杆件与下弦拉索以及上下弦之间撑杆组成的结构体系。

  索穹顶(cable dome):支承在圆形、椭圆形或多边形刚性周边构件上,由脊索、环索、撑杆及斜索组成的结构体系。

  索桁架(cable truss):由在同一竖向平面内布置的承重索、稳定索(或前受力索、后受力索)以及两索之间的撑杆组成的结构体系。

  柔性索(flexible cable):按受力要求仅承受拉力的构件,如钢丝束、钢丝绳、钢绞线及钢拉杆

  劲性索(rigid cable):按受力要求,可承受拉力和部分弯矩的构件,如型钢

  初始几何状态(initial geometrical state):单索悬挂后,在自重作用下的自然形态。

  初始预应力状态(initial prestress state):索结构在预应力施加完毕后的自平衡状态,是进行结构荷载分析的基础。

  荷载状态(loading state):索结构在外部荷载作用下的平衡状态。

  不锈钢绞线(stainless steel strand):由一定数量,一层或多层的圆形不锈钢丝螺旋绞合而成的钢丝束。

  节径比(lay ratio):绞线中单线的捻距与该层的外径之比。

  捻距(lay length):绞线中的一根不锈钢丝形成一个完整的螺旋的轴向距离。

  压管接头(the  swaged  fitting):金属套管与嵌入其内的钢绞线或钢丝绳经冷挤压成型的接头。

  接头最小破坏拉力:使接头处的金属压管锚具产生断裂裂纹;接头处的钢索破断或钢索与金属压管锚具产生滑移失效的最小拉力,称之为接头最小破坏拉力。

  2  索结构玻璃幕墙的索结构设计
  2.1  在索结构设计时要考虑的一些基本规定:

  2.1.1  索结构设计应采用极限状态设计方法,以分项系数设计表达式进行计算。荷载及荷载效应组合应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009进行计算。

  索结构的计算应包括初始预应力状态的确定及荷载状态的计算,索结构的初始预应力状态确定和荷载状态分析应考虑几何非线性影响,不考虑材料非线性。

  2.1.2  索结构的荷载状态计算应在初始预应力状态的基础上考虑永久荷载活荷载雪荷载风荷载的组合;并应根据具体情况,考虑施工安装荷载、地震和温度变化等作用。

  2.1.3  索结构计算时,应考虑索边缘支承结构的相互影响,有条件时宜采用包含边缘结构的整体模型进行分析。

  2.1.4  索结构设计时,在永久荷载控制的荷载组合作用下,应避免索退出工作;在可变荷载控制的荷载组合作用下,应防止因索松弛而导致结构失效。

  2.1.5  索截面根据承载力按下式验算:

  2.2  索结构玻璃幕墙中的索按受力要求可选用仅承受拉力的柔性索和可承受拉力和部分弯矩的劲性索,柔性索可采用钢丝束、钢绞线或钢拉杆,劲性索可采用型钢。为保证索结构的整体刚度可采用在索中建立预应力的措施:

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