點支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

1、<p>　　點支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計探討</p><p>　　摘要：本文介紹了點支式玻璃幕墻簡介，結(jié)合實際工程，對自平衡拉索桁架結(jié)構(gòu)和魚腹式索桁架結(jié)構(gòu)中支承結(jié)構(gòu)形式的應用展開了具體的討論。 </p><p>　　關(guān)鍵詞: 點支式玻璃幕墻 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　中圖分類號：S611 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p&g

2、t;　　該工程由展廳和配套會議設(shè)施兩部分組合而成，總建筑面積達69000m2，幕墻面積達40000m2，整個建筑規(guī)模宏大，氣勢磅礴。在造型及選材方面，建筑師體現(xiàn)了超前意識，工程大面為玻璃幕墻和鋁蜂窩板幕墻，并飾以大塊裝飾條帶，大量線條的運用使整個建筑風格更加挺拔雄偉，折射出強烈的時代感和韻律感，如圖1所示。 </p><p>　　圖1工程玻璃幕墻示意 </p><p>　　1 點支式玻璃幕

3、墻簡介 </p><p>　　根據(jù)建筑師的要求，在展廳東立面，既要充分利用主體結(jié)構(gòu)的布置特點，將玻璃幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)組成一個合理的受力體系，又要最大限度地減少幕墻的材料用量，降低成本，以使幕墻整體效果輕盈、明快、新穎，獲得較好的通透性，最大限度釋放室內(nèi)的使用空間。原展覽廳和會議廳主體部分采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，柱距12m，均勻布置，在標高14.150m和23.300m處各有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁一道。由于原主體結(jié)

4、構(gòu)較為簡單，玻璃幕墻本身距離原主體結(jié)構(gòu)較遠，高度達24m，并且有大型雨篷和采光頂，普通的拉索幕墻難以滿足要求。為實現(xiàn)上述設(shè)計要求，本工程采用豎向自平衡拉索桁架結(jié)構(gòu)作為幕墻結(jié)構(gòu)主受力體系。自平衡索桁架結(jié)構(gòu)的底部與基礎(chǔ)鉸接，上部同從標高23.300m鋼筋混凝土梁伸出的鋼梁連接。同時將1榀自平衡拉索桁架柱分為上下兩段，中間從標高14.150m的鋼筋混凝土梁伸出的水平鋼管與結(jié)構(gòu)梁相連(見圖2)，這樣不僅充分利用了主體結(jié)構(gòu)，而且降低了自平衡索桁架

5、的計算跨度，有利于自平衡索桁架結(jié)構(gòu)受力。 </p><p><b>　　圖2自平衡索桁架 </b></p><p>　　該工程點支式玻璃幕墻部分南北方向長136.3m，東西方向長17.813m，結(jié)構(gòu)體系較為復雜，多處設(shè)計在國內(nèi)幕墻界鮮有先例。自平衡拉索桁架柱沿水平方向每6m布置1榀，豎向自平衡索桁架之間布置水平魚腹式索桁架結(jié)構(gòu)，如圖3所示。豎向承重索間距2.0m，水平

6、魚腹式索桁架沿垂直方向間距3.0m均勻布置，玻璃分格為2000mm×3000mm。 </p><p>　　圖3水平魚腹式索桁架 </p><p><b>　　2 材料的選用 </b></p><p>　　該工程結(jié)構(gòu)的防腐，玻璃面板的節(jié)能等性能有很高要求，材料的選用必須嚴格把關(guān)。 </p><p><b&g

7、t;　　2.1 面板 </b></p><p>　　玻璃幕墻面板采用12(FT)+12A+10(FT)LOW-E雙鋼化LOW-E中空玻璃，充分應用了現(xiàn)代先進材料工藝的隔聲、隔熱、保溫、防結(jié)露等卓越性能，屬節(jié)能產(chǎn)品。鋼化玻璃有優(yōu)越的抗變形、抗沖擊性能，既使破裂后，也會以小顆粒狀散落，更大地提高了安全性能。 </p><p>　　2.2鋼桁架材料及其表面處理 </p>

8、<p>　　鋼管桁架采用Q235B鋼管。對接式鋼管接頭，鋼管對接有襯管。鋼管表面進行噴砂除銹，除繡等級為Sa2.5，表面粗糙度為Rz45～70 m，然后立即噴涂無機富鋅底漆，涂層厚度為40～50 m，環(huán)氧云鐵中間漆，涂層厚度為60 m，氟碳噴涂面漆，涂層厚度為60 m，總干膜厚度≥180 m。 </p><p><b>　　2.3 拉索桁架 </b></p><

9、;p>　　拉索桁架選用了防腐性能高的SUS316材質(zhì)，索選用 12mm、 16mm、 22.5mm不銹鋼鋼絞線，等效彈性模量為1.25×104N／mm2，承重索采用 12mm不銹鋼鋼絞線。 </p><p>　　2.4駁接結(jié)構(gòu)系統(tǒng) </p><p>　　不銹鋼駁接系統(tǒng)采用2540系列駁接爪，配以可轉(zhuǎn)式浮頭駁接頭，大大改善了玻璃的受力性能，且均選用了防腐性能高的SUS316材

10、質(zhì)。 </p><p><b>　　3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 </b></p><p>　　3.1荷載和地震作用 </p><p>　　根據(jù)要求，取基本風壓值： 0 =0.60kN／m2，地區(qū)粗糙度類別：A類，地震設(shè)防烈度:6度，工程設(shè)計使用年限:50年。 </p><p>　　3.2主要構(gòu)件計算方法 </p><

11、;p>　　1)玻璃 采用ANSYS計算系統(tǒng)，按四角支承板建模計算最大彎曲應力。 </p><p>　　2)鋼桁架 采用ANSYS計算系統(tǒng)和SAP84系統(tǒng)對比計算，外荷載作為集中力施加于節(jié)點，建模計算最大應力應變。 </p><p>　　3)抓點結(jié)構(gòu)采用ANSYS計算系統(tǒng)建模，進行有限單元分析和利用應力應變試驗測得數(shù)值對比。 </p><p>　　3.3 預應力

12、值考慮 </p><p>　　用于固定懸空桿的拉索在安裝和調(diào)整過程中必須考慮合理的應力值，才能保證在玻璃安裝后受自重荷載的作用下結(jié)構(gòu)變形在允許范圍內(nèi)。 </p><p>　　1)橫向受力索內(nèi)應力值的設(shè)定主要考慮如下幾個方面：①結(jié)構(gòu)水平方向受力；②拉索調(diào)整器的螺紋的粗糙度與摩擦力；③連接拉索鎖頭、銷釘、調(diào)整桿所允許承受應力的范圍；④支撐結(jié)構(gòu)、邊界條件所允許承受的拉力范圍及在施工時的溫度等。

13、</p><p>　　2)通過ANSYS系統(tǒng)計算，為了保證索桁架在最不利荷載的情況下不會松弛，及保證桁架在最不利荷載的情況下不會松弛，及保證桁架位移控制在1/200以內(nèi)，需要給 12mm拉索初始張拉力為19.6kN，需要給 l6mm拉索初始張拉力為30.45kN，給 22.5mm拉索初始張拉力為76.62kN。 </p><p>　　3.4 駁接頭的設(shè)計機理 </p><

14、;p>　　可轉(zhuǎn)式浮頭駁接頭如圖4所示，可以讓玻璃在風壓作用下有較大的活動空間，大大減少了玻璃開孔處的應力集中，更大地提高了玻璃的安全性能。 </p><p>　　圖4可轉(zhuǎn)式浮頭駁接頭 </p><p>　　3.5 構(gòu)造節(jié)點設(shè)計 </p><p>　　駁接爪構(gòu)造尺寸為400mm×250mm，在設(shè)計上考慮了帶槽功能，與另一塊壓緊塊由2個螺栓連著預應力拉索

15、一起鎖緊。再通過懸空連接桿和拉索作用傳遞到抗風桁架上，抓點結(jié)構(gòu)與懸空連接桿連接節(jié)點如圖5所示。拉索穿過懸空桿水平節(jié)點、拉索穿過懸空桿豎向節(jié)點和平衡桁架底部節(jié)點如圖6所示。 </p><p>　　圖5可轉(zhuǎn)式浮頭駁接頭 </p><p>　　a拉索穿過懸空桿水平節(jié)點 </p><p>　　b拉索穿過懸空桿豎向節(jié)點 c平衡桁架底部節(jié)點 </p><p&

16、gt;<b>　　圖6曲型節(jié)點示意 </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)桁架的焊接時，鋼管相貫線焊縫分為3個區(qū)：趾部、側(cè)面區(qū)及跟部，如圖7所示。按現(xiàn)有設(shè)備能力，趾部可以切割出完整的剖口，側(cè)面區(qū)可以切割出過渡剖口，跟部當支管與主管夾角小于45°時，不能切割剖口。由于采用無間隙安裝，故趾部焊縫為部分熔透剖口焊縫，跟部為角焊縫，側(cè)面區(qū)由角焊縫過渡到部分剖口焊縫，跟部角焊縫在垂直于主管外壁

17、的方向高度應≥1.2t(t為支管壁厚)。趾部及側(cè)面區(qū)允許有2mm左右的不熔透，但須在外側(cè)增加2～3mm的角焊縫。鋼梁對接焊縫的質(zhì)量等級為二級。其余焊縫等級均為三級。本深化圖中注明為零問隙的部分熔透焊縫均為三級。相貫線焊縫完成后由業(yè)主指定的第三方檢測單位抽查10％進行超聲波探傷。檢查結(jié)果不作為考核依據(jù)，僅供設(shè)計方作為調(diào)整節(jié)點設(shè)計參考。 </p><p>　　圖7鋼管相貫線焊縫 </p><p&g

18、t;<b>　　4 結(jié)構(gòu)試驗檢測 </b></p><p>　　根據(jù)工程拉索點支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)特點和結(jié)構(gòu)形式，選取點支式玻璃幕墻正面索桁架單元，按1:1實體大小選定。該標準檢測單元共有9片玻璃，含2榀預應力魚腹式索桁架，每塊玻璃分格為2000ram×3000mm，與工程實際應用相一致。滿足《建筑幕墻空氣滲透性能檢測方法》GB/T15226要求。試驗檢測設(shè)備能反映預應力拉索點支式玻璃

19、幕墻玻璃實際的受力特性及連接固定的結(jié)構(gòu)特征，并能按規(guī)范要求進行玻璃幕墻物理性能檢測。試驗單元中每片玻璃尺寸：1984nun×2984mm；試驗單元洞口尺寸：9000mm×6000mm。 </p><p>　　4.1試驗內(nèi)容和目的 </p><p>　　試驗內(nèi)容建筑幕墻雨水滲透性能、幕墻空氣滲透性能、幕墻風壓變形性能。 </p><p>　　試驗目

20、的包括：①考察玻璃幕墻空氣滲透性能能否達到設(shè)計要求；②考察玻璃幕墻雨水滲透性能能否達到設(shè)計要求；③考察玻璃幕墻預應力、魚腹式索桁架風壓變形性能能否達到設(shè)計要求；④通過試驗驗證自平衡拉索桁架點支式玻璃幕墻體系節(jié)點構(gòu)造及施工過程中可能存在的問題。 </p><p><b>　　4.2 試驗過程 </b></p><p>　　首先對試件進行氣密性能、水密性能檢測，然后進行風

21、壓變形檢測。風壓變形檢測先按要求安裝好位移計，再按以下步驟進行：①預備加壓以250Pa的壓力加荷5min，作為預備加壓，待泄壓平穩(wěn)后，記錄各測點的初始位移量；②變形測量先進行正壓測量，后進行負壓測量；③反復受荷檢測 以每級檢測壓力為波峰，波幅為1/2壓力值，進行波動檢測。 </p><p><b>　　4.3 試驗結(jié)果 </b></p><p>　　試驗中+1 854

22、Pa的風壓下，拉索結(jié)構(gòu)的撓度為23.86mm，-1854Pa的風壓下，拉索結(jié)構(gòu)的撓度為-22.91mm，試件無損壞情況。驗證了在設(shè)計當中參數(shù)取值及理論分析可靠，能真實反映自平衡拉索桁架點支式玻璃幕墻體系的設(shè)計可行。 </p><p><b>　　5 結(jié)語 </b></p><p>　　本文對工程中的索支承玻璃幕墻方案進行了詳細介紹，然后結(jié)合該工程，對其中采用的自平衡索

23、桁架結(jié)構(gòu)和魚腹式索桁架結(jié)構(gòu)的工程應用展開了具體的討論，涵蓋了這兩種結(jié)構(gòu)形式工程應用的各個方面，得到的主要結(jié)論有： </p><p>　　1)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應充分利用主體結(jié)構(gòu)的剛度和支承條件，這樣可以極大簡化玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的工程設(shè)計，并節(jié)約玻璃幕墻結(jié)構(gòu)費用。 </p><p>　　2)自平衡索桁架結(jié)構(gòu)具有剛性結(jié)構(gòu)和柔性結(jié)構(gòu)的雙重優(yōu)點，既可以承受壓力，又作為受壓構(gòu)件，結(jié)構(gòu)跨中截面又具有較好

24、的抗彎剛度，同時由于采用了拉索，結(jié)構(gòu)自身又比較輕巧。 </p><p>　　3)對自平衡索桁架結(jié)構(gòu)和魚腹式索桁架結(jié)構(gòu)包括材料選用、結(jié)構(gòu)設(shè)計、節(jié)點設(shè)計及構(gòu)造、結(jié)構(gòu)檢測、玻璃幕墻檢測和結(jié)構(gòu)施工等工程應用的各個方面進行了詳細的討論，為今后這類工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工提供了依據(jù)。 </p><p>　　經(jīng)過該建筑臺風的襲擊安然無恙。本工程豎向自平衡索桁架與水平索桁架組合設(shè)計、施工是點支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)形