2．1、幕墻結(jié)構(gòu)的受力特征及力的傳遞途徑
水平荷載作用在玻璃上，通過
連接件傳遞給豎向單索，豎向單索對將水平力傳遞給水平魚尾式索桁架上，水平索桁架又通過斜向
撐桿和邊部
節(jié)點將水平力傳遞給建主體結(jié)構(gòu)。（如圖2.1）
由于主體結(jié)構(gòu)的每一層
樓板只能承擔(dān)水平力，不能承擔(dān)豎向荷載，所以我們在頂部鋼桁架與主體結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置了鉸接機(jī)構(gòu)，又在每一層樓板與鋼結(jié)構(gòu)連接處設(shè)置了可豎向滑動機(jī)構(gòu)，使幕墻的豎向力傳遞到地面。
重力荷載：幕墻自重→索網(wǎng)
夾具→鋼索拉力→ 建筑主體結(jié)構(gòu)→建筑基礎(chǔ)→地面。
風(fēng)荷載：風(fēng)荷載→玻璃面板→索網(wǎng)夾具→幕墻豎向索→水平索桁架→水平斜向撐桿→建筑主體結(jié)構(gòu)→建筑基礎(chǔ)。
鋼索預(yù)拉力和溫度、施工
活荷載： 鋼索預(yù)拉力→幕墻鋼桁架→建筑主體結(jié)構(gòu)→建筑基礎(chǔ)→地面。
2.2、結(jié)構(gòu)計算
由于本工程的結(jié)構(gòu)新穎獨特性，受力、傳力較為復(fù)雜，我們對支承結(jié)構(gòu)做了整體計算，并對受力和傳力的各項節(jié)點都進(jìn)行了計算分析，特別是對連接節(jié)點處，大到鋼桁架的腳座支點，小到耳板、鋼軸銷都全面進(jìn)行了受力分析和詳細(xì)的計算，特別是對索桁架和鋼桁支承系統(tǒng)采用有限元計算程序Ansys進(jìn)行整體建模計算的同時又對關(guān)鍵節(jié)點處建實體模型，進(jìn)行受力計算分析，確保本工程的安全性。（如圖2.2-a、ｂ、c、d）
正風(fēng)壓
標(biāo)準(zhǔn)值作用下結(jié)構(gòu)計算
2.3、節(jié)點設(shè)計
由于本項工程的外形是采用不規(guī)則的雙曲面體，支承結(jié)構(gòu)又是不對稱的魚尾式索桁架和豎向單索結(jié)構(gòu)，再加上主體結(jié)構(gòu)只能承擔(dān)水平荷載不能承受豎向力，這就要求每個節(jié)點夠造都要適應(yīng)結(jié)構(gòu)性能的要求，下面介紹幾個特殊節(jié)點的設(shè)計：
2.3.1、索桁架斜向水平撐桿的設(shè)計：按著夠造的要求，每榀水平索桁架都有兩根斜向水平撐桿作為主要承
壓桿件，將幕墻的大部分水平荷載傳遞給主體結(jié)構(gòu)，但由于撐桿的軸心線與索桁架的受力索及聯(lián)系桿的軸心線在一個平面上，必然有相交的問題，我們采取了在撐桿與索桿相交處開孔和局部加強(qiáng)的辦法解決了這一夠造上的難題。（如圖2.3.1-a、b）
2.3.2、在處理豎向三角桁架的底部節(jié)點時，充分的考慮到結(jié)構(gòu)的夠造要求和美觀性在角柱上采用了有造形的
鑄鋼件。（如圖2.3.2-a、b）
2.3.3、豎向索的頂部節(jié)點比較復(fù)雜，由于受力變形的要求鋼索與鋼桁架的連接節(jié)點必須能夠在鋼索受水平荷載變位時自由轉(zhuǎn)動，同時又要能吸收索材料的軸向長度誤差和安裝誤差。我們在此處安裝了球形腳
支座和誤差調(diào)節(jié)器。（如圖2.3.3）
2.3.4、由于水平索桁架的鋼索內(nèi)力極大，在設(shè)計時采用了雙索同時受力的方案。為了解決雙拉索與桿的在工作狀態(tài)時能牢固連接又能相對位移，設(shè)計了特殊節(jié)點（如圖2.3.4-a、b、c）。
2.4、預(yù)埋件的處理
由于本工程的特殊性，水平索桁架的主受力索和斜向水平撐桿傳遞給主體結(jié)構(gòu)的支座反力極大，水平前索的預(yù)拉力為358KN，后索的預(yù)拉力為798KN，在最大荷載時后索的內(nèi)力為1080KN，斜向撐桿的壓力為495KN，所以對在主體結(jié)構(gòu)上的預(yù)
埋件的受力提出了很高的要求。我們根據(jù)嚴(yán)格的計算和現(xiàn)場的實際情況，在每一榀水平索桁架連接的樓板處設(shè)置了整體預(yù)埋鋼架，確保幕墻在受最大荷載時的安全度。（如圖2.4-a、b）
3、主要材料選用
本工程幕墻形式新穎，建筑功能和建筑藝術(shù)要求高，因此在材料選用上予以特別考慮，確保
幕墻性能達(dá)到設(shè)計要求。
3．1、幕墻玻璃的選用
玻璃種類采用10(FT)+1.52
PVB+8(FT)
鋼化夾膠玻璃，
鋼化玻璃均進(jìn)行二次
熱處理（均質(zhì)處）。由于本工程的外立面是由多片
平板玻璃拼成的一個不規(guī)則的雙曲面體形，所以每片玻璃的外形尺寸都不一致，玻璃分割的基本尺寸為1710mm×1725mm，我們在下料過程中采用了
CAD三維圖輔助和現(xiàn)場放樣相結(jié)合的辦法確保每片玻璃的尺寸
精度。由于整體立面是雙曲形的，用
平板玻璃進(jìn)行折線安裝時玻璃必然會有一個角翹起，為了不讓翹起部分影響視覺效果，在玻璃分片盡可能的采用外形尺寸的變化來保證翹起度的一致，并對每一個玻璃
接縫都進(jìn)行三維圖模型校核。（如圖3.1）
3.2、結(jié)構(gòu)鋼材
由于索結(jié)構(gòu)的支座反力是由邊部的鋼結(jié)構(gòu)承擔(dān)的，考慮到結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性在選材時，大部分鋼
結(jié)構(gòu)材料的材質(zhì)為Q235-B，對于主要受力柱和頂部的曲線三角桁架采用了材質(zhì)為20號鋼的厚壁無縫鋼管，特別在受力最大的曲線鋼管立柱的上半部分采用了壁厚為20mm的無縫鋼管，同時又對主要受力點進(jìn)行了局部加強(qiáng)。
由于邊部鋼結(jié)構(gòu)支撐桁架是由直徑不同的圓形鋼管拼接成形的，大部分節(jié)點為
焊接剛性節(jié)點，為保證曲形鋼架在成形后安全可靠尺寸精準(zhǔn)，對每一個相貫線切口都采用了五軸
相貫線切割機(jī)自動
切割成形保證了相貫對口的準(zhǔn)確性和焊口坡度。（如圖3.2）
3.3、鋼索的選用
豎向鋼索采用直徑為22.5mm的不銹鋼絞線，不銹鋼鋼絲材質(zhì)采用304
奧氏體不銹鋼。類型為1x61，每根鋼絲的直徑為2.5mm。不銹鋼拉索的性能參數(shù)要求如下：
彈性模量：E=（1.3+0.1）X105 MPa
屈服強(qiáng)度：fy=1450 MPa
橫向水平拉索采用高強(qiáng)鋁包鋼絞線。鋼索直徑24—36mm.類型為1x61,每根鋼絲的直徑3.78mm，外包鋁的厚度不小于鋼索直徑的10%。鋁包鋼絞線的性能參數(shù)要求如下：
彈性模量：E=(1.5±0.1) X105 MPa
屈服強(qiáng)度：fy=1670 Mpa ；
線膨脹系數(shù)：α=1.3X10-5
4、水平索桁架的荷載試驗
當(dāng)確定了水平索桁架的基本和體型后，在結(jié)構(gòu)整體計算結(jié)果的基礎(chǔ)上，為能確保其使用時的安全性，我們采用了1:1的實體水平索桁架作靜力荷載試驗，將試驗結(jié)果與計算結(jié)果進(jìn)行對比、分析，最終確定水平索桁架的
穩(wěn)定性和可行性。（如圖4.1-4.2）
5.2、控制點的確定
a）主控點的確定
為測量準(zhǔn)確、方便、直觀，采用內(nèi)控法。設(shè)定11軸、20軸與P軸的交點為東、西樓的內(nèi)主控點，15軸17軸與P軸的交點為外主控點，在主控點位置上設(shè)置主控點標(biāo)志。（如圖5.2）
b）邊緣控制點的確定
選取幕墻邊緣外形定位關(guān)鍵點作為邊緣控制點。
C) 控制單元及精度控制點的確定
為減少安裝尺寸的積累誤差，有利于安裝精度的控制與檢測，將幕墻分成多個控制單元，每個單元以九宮格的形式劃分九宮格的邊緣四個光點就是每個九宮格中九片玻璃的尺寸精度控制點。從測量放線到結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整，玻璃安裝調(diào)整定位都應(yīng)按每個單元來進(jìn)行尺寸控制。
5.3、水平索桁架的張拉施工
（1）張拉工作平臺
各層張拉工作平臺利用工作施工腳手架上鋪設(shè)木板搭設(shè)而成。平臺高度與索水平標(biāo)高相同，在平臺上設(shè)定水平正負(fù)索五個定位定型點的位置，各定位點由在地面上放樣確定的各層水平坐標(biāo)通過激光鉛錘儀指向定位點給出。
（2）水平索的布設(shè)
將水平索吊送到施工平臺后展開，使索通過平臺上相應(yīng)各定位點后兩個端部與端部連接耳板初步連接固定。安裝正負(fù)索之間各平行的連接桿并初步固定。平行連接桿正負(fù)索上的連接位置由計算確定，并在地面上放樣給出的各層水平坐標(biāo)通過激光鉛錘儀指向定位點給出。使用力矩扳手初步張拉前、后索，使索的預(yù)
應(yīng)力達(dá)到設(shè)計值的20%。
調(diào)節(jié)各平行連接桿的長度，調(diào)節(jié)量由施工指導(dǎo)手冊給出，該值為計算得出的調(diào)節(jié)值。使得前、后索預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計值的80% 。調(diào)節(jié)時各平行連接桿應(yīng)同時進(jìn)行并分次逐級進(jìn)行，并注意觀測外部正索各定位點及支撐鋼結(jié)構(gòu)體系的變化情況。調(diào)節(jié)各平行連接桿的兩端使之到達(dá)設(shè)計的定位坐標(biāo)位置。
（3）、豎向索的布設(shè)
牽引豎向索通過各相應(yīng)得水平索上的連接點并初步固定。同步施加各豎向索的預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計值的20%。調(diào)節(jié)各連接點的定位位置。觀測個水平索內(nèi)力的變化。
同步施加各豎向索的預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計值的80%。調(diào)節(jié)各連接點的定位位置使之達(dá)到設(shè)計精度。
（4）、索網(wǎng)系統(tǒng)得調(diào)節(jié)
施加預(yù)應(yīng)力使水平索的預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計值，即100%；施加預(yù)應(yīng)力使豎向索的預(yù)應(yīng)力達(dá)到設(shè)計值，即100%；調(diào)節(jié)各連接點的定位位置使之達(dá)到設(shè)計精度并鎖定。使用索內(nèi)力檢測儀進(jìn)行72小時索內(nèi)力監(jiān)測，記錄各索的內(nèi)力變化及最終預(yù)應(yīng)力。
6、結(jié)束語
本文通過以上幾個部分的介紹將這項特殊工程從設(shè)計到施工過程中碰到的問題和解決方案作了初步的介紹。由于篇幅的關(guān)系在文章中沒有對水平索桁架的靜力加載試驗作過多的介紹。該項目經(jīng)過2005年至今整七年使用，性能和狀態(tài)良好，在此期間該項目經(jīng)過了春、夏、秋、冬、風(fēng)雨、冷、熱等大自然的考驗，仍然保持著很好的工作狀態(tài)。索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻因特性越來越受到建筑師的青睞，但在設(shè)計和施工中每項工程都有它的個體性，必須在安全度上嚴(yán)格把關(guān)，確保這一新型的幕墻能健康發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]
王德勤，索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻用索桁架的構(gòu)造與設(shè)計，《建筑技術(shù)》,北京 2003
[2] 《建筑幕墻用鋼索壓管接頭》，中華人民共和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), JG/T 201-2007
[3] 王德勤，曲面索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻承載性能探討，《幕墻設(shè)計》，北京2010【完】
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