预应力单层索网幕墙结构分析
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1221.风荷载计算《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)第8.1.1条规定了垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算方法,该条文明确规定风荷载的计算应区分主要受力结构和围护结构,对不同类型的结构,应采用不同的计算公式。
作为一种建筑外围护结构,应采用 W k =βgz μsl μz w 0(公式8.1.1-2),即考虑阵风系数的计算公式[1]。
《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-2003)第5.3.2条规定,玻璃幕墙的风荷载标准值应按下式计算,并且≥1.0kPa 。
计算公式也是W k =βgz μsl μz w 0(公式5.3.2),与(GB 50009-2012)相同。
《点支式玻璃幕墙工程技术规程》(CECS 127-2001)第5.3.6条规定,作用在点支式玻璃幕墙中支撑结构上的风荷载标准值应按下式计算,W k =1.1βz μz μs w 0(公式5.3.6-2),即采用考虑风振系数的计算公式。
《索结构技术规程》(JGJ 257-2012)第5.4.1条规定,索结构设计时应考虑风荷载的静力和动力效应。
第5.4.3条进一步规定,对于形状较为简单的中小跨度索结构,可采用平均风荷载乘风振系数的方法近似考虑结构的风动力效应。
风振系数可取为:单索1.2~1.5;索网1.5~1.8;双层索系1.6~1.9;横向加劲索系1.3~1.5;其他类型索结构1.5~2.0;其中,结构跨度较大且自振频率较低者取较大值。
深入研读上述相关规范的条文说明可知,单层索网玻璃幕墙作为一种特殊的围护结构体系,具有质量轻、柔性大、自振频率低的特点,属于风敏感结构,风荷载对结构的作用表现为平均风压的不均匀分布作用和脉动风压的动力作用。
若按《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)和《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-2003)[2]的规定采用阵风系数的计算方法,对常见的30m 以下的索网结构,地面粗糙度按常见的B 类和C 类考虑,阵风系数的取值范围是1.59~2.05。
单层索网结构设计的找形方法作者:王鹏来源:《科学与财富》2012年第01期摘要:单层索网体系点支式玻璃幕墙以其简洁、通透的特点在国内外得到广泛的应用,目前主要分为单层单向和单层双向锁网,但是单层缩网随着尺寸的增大和边界条件复杂,当层平面锁网结构找形分析非常必要。
关键词:单层锁网;找形;玻璃幕墙;张力目前单层锁网结构主要有单层单向和单层双向锁网,随着单层平面锁网跨度和竖索长度的增加,在玻璃和爪件和索重的作用下,直接影响幕墙的外观,增加安装困难且此时锁网下会出现两个方向的索混合共同承重,索力藕断现象严重。
一、找形的必要性由于荷载和预应力的作用,锁网都会出现不均匀和不对称的编写,这个问题直接影响玻璃幕墙的外观,索力藕断现象频现,所以找形在,单层索网结构安装中是非常重要的。
二、找形的特点一般柔性张力结构找形首先假设零状态的几个构型,通过不同找形方法求得初始状态下的几何构形。
而对单层平面索网的找形目的是要保证在玻璃按照完成后,索的交点处均无转角,传力顺畅,由于零状态预应力有单层索网的刚度和强度设计控制。
所以在给定的边界条件下求得零状态和初始状态几何构形。
三、方法和原理a力密度法所谓力密度是指索段的内力与索段长度的比值。
把索网或等代的膜结构看成是由索段通过结点相连而成。
在找形时,边界点为约束点,中间点为自由点,通过指定索段的力密度,建立并求解结点的平衡方程,可得各自由结点的坐标,即索网的外形。
不同的力密度值,对应不同的外形,当外形符合要求时,由相应的力密度即可求得相应的预应力分布值。
力密度法的特点是只需求解线性方程组,计算精度能满足工程要求,在德国较为流行。
著名的膜结构设计软件 EASY 就是用力密度法找形的。
b动力松弛法动力松弛法从空间和时间两方面将结构体系离散化。
空间上的离散化是将结构体系离散为单元和结点,并假定其质量集中于结点上。
如果在结点上施加激振力,结点将产生振动,由于阻尼的存在,振动将逐步减弱,最终达到静力平衡。
中关村文化商厦单层索网结构幕墙随着国民经济和科学技术的迅速发展,人们对建筑物的艺术审美要求越来越高,建筑物功能更日趋完善,玻璃幕墙作为建筑物的时装,其类型和形式也不断创新,单层索网结构幕墙、单向拉索结构幕墙、双层呼吸式幕墙、光电幕墙等新型幕墙在工程上的应用便是例证。
其中尤以单层索网结构幕墙、单向拉索结构幕墙以其高通透性更受建筑师和业主的青睐,目前已逐步开始在大型公共建筑、高档写字楼中应用,但是这两类幕墙的技术含量和施工难度非常高。
下文介绍单层索网结构这种新型结构幕墙在工程上的实例,供业主和建筑师选择。
中关村文化商厦位于海淀区中关村图书城,建筑主体结构类型为框架剪力墙结构,建筑幕墙主要采用双层主动内循环和单层索网结构两种幕墙形式。
与传统铝合金幕墙比较,双层主动内循环幕墙具有节能效果明显、能大幅度降低噪音、保持室内空气清新的优势,特别适合我国北方地区的气候和环境使用,另有论文详述,本文专注于单层索网幕墙。
图1.中关村文化商厦单层索网结构幕墙外视、内视照片如图1所示,本工程单层索网幕墙结构由横向水平钢索与竖向垂直钢索垂直交叉组合形成承受外部荷载的幕墙支承结构。
竖向拉索跨度约70.0米,上端可靠连接在钢结构桁架梁上,下端连接在混凝土结构梁上;横向拉索的跨度为27米,左右两端均连接在钢结构立柱上,钢结构立柱通过预埋件将结构支座反力传递给劲性混凝土结构立柱;连接拉索的转换件均采用预埋形式。
由于横向拉索跨度比竖向拉索跨度大得多,所以横向拉索是主受力构件,竖向拉索是次受力构件。
一、单层索网结构幕墙的工作原理及结构简述单层索网结构的工作原理是:通过给横向拉索和竖向拉索各施加合适的预拉力,从而形成刚度以抵抗外部荷载。
拉索预张拉成形后以及在外部荷载作用下,拉索对边缘构件或边缘结构产生较大的拉力,因此边缘构件或边缘结构设计时应优先成为自平衡体系,如果不能成为自平衡体系,为抵抗拉索产生的拉力,边缘构件或边缘结构应设计成具有相当刚度的平面结构,但通常需要付出较大的工程造价。
结合工程实例探讨预应力索幕墙施工质量控制措施摘要:现代建筑物为了显得更加精干、美观,建筑师在设计时往往采用大面积玻璃幕墙,为了使幕墙更通透,幕墙主骨架通常采用索结构。
本文结合某工程实例,探讨分析了预应力索幕墙施工技术操作要点和施工过程质量控制措施,可供同行工程技术交流。
关键词:预应力;幕墙;施工技术;质量控制1.前言建筑幕墙是建筑物外围护墙的一种形式,即悬吊挂于主体结构外侧的轻质围墙,幕墙一般不承重,幕墙的特点是装饰效果好、质量轻、安装速度快,是外墙轻型化、装配化较理想的型式,因此在建筑中的得到越来越广泛的应用。
某工程总建筑面积24421.87㎡。
地下一层,地上十二层,位于东侧的 30.6 米高预应力索幕墙,通过对索的定位、撑杆的安装、索的张拉顺序等过程控制,完成了该索幕墙的安装。
虽然预应力索幕墙量不是很大,又是该幕墙设计的点睛这之作,包括桁架安装、索网系统布置及拉索施力都要在空中完成,给操作施工带来难度。
2.工程特点及难点预应力索幕墙施工技术解决了张拉跨度大、张拉高度高及索结构面积大的问题运用全站仪、反射贴片进行三维坐标实测,测量准确、方便、直观,解决了对索幕墙的平整度、垂直度要求高的问题采用多点内控法,以九宫格的形式进行划分,减少安装尺寸误差积累,有利于安装精度的控制与检测。
工程场地狭窄,外墙面采用的全玻璃幕墙,脚手架的搭拆施工及安全防护难度大。
3.施工技术索幕墙对土建结构相关尺寸要求较高,为保证玻璃幕墙安装安装施工的质量,安装幕墙的土建结构尺寸和平面形状,应精确符合设计图纸和有关施工及验收规范的要求。
所有预埋件就按照的尺寸规格精确切割,焊好铁脚,预埋前复核土建的结构尺寸是否与图纸相符,按照尺寸精确放线,准确定位,并固定牢靠。
钢索作为桁架体系中的拉杆,与受压杆相结合作为玻璃的支承结构,通过施加预应力产生平面内刚度,构成预应力索杆结构体系。
预应力拉杆结构的受力、支撑系统是由受拉杆件经合理组合,并施加一定的预应力所形成的。
单索玻璃幕墙学习攻略一、单索介绍▲中国钻石交易中心单索幕墙▲慕尼黑凯宾斯基机场酒店单索结构的受力就像琴弦,使一点力就会变形,初始刚度接近于零;但是变形后,其刚度迅速非线性增加。
而双向索网的原理类似网球拍,施加张拉力的网线能够抵抗巨大的冲击力。
▲单层索网体系简图一般情况下,单索幕墙的重力荷载由竖向索承担,水平风荷载由竖索或水平索的非线性效应承担。
这种结构体系,最大限度地利用了材料的强度优势。
在凯宾斯基机场酒店设计上,选择对水平索施加预应力用来抗风,而竖向索只承担玻璃荷载,只有较小的拉力,因此屋面张弦梁结构不必承受过大的荷载。
▲凯宾斯基酒店的索幕墙与张弦梁索结构体系必须给予索足够的预张力,才能保证结构的计算刚度和允许挠度。
一般单索幕墙变形可按1/45控制。
▲索网幕墙在风载下的变形示意凯宾斯基机场酒店单索幕墙最大设计变形甚至达900mm,是其短边的1/25、长边的1/50。
对于幕墙设计,变形越大,则应越严格地评估风振效应、玻璃适应能力、连接件和密封胶的性能。
索网交点一般采用不锈钢驳接式的节点,它既是索网的固定构件,也是玻璃角部的支撑件。
它能夹住玻璃,且不像DPG点式支承在玻璃角部钻孔。
▲单索幕墙的几种节点样式二、北京新保利大厦我国最著名的索网幕墙案例莫过于北京新保利大厦。
▲北京新保利大厦—平面单层索网幕墙SOM、北京特种工程设计研究院东北立面的索网幕墙横向57.6m,竖向87.8m。
整个幕墙结构体系由两根大直径钢索、小直径不锈钢面索索网、摇臂铸钢件、主次钢索之间连接拉杆组成。
小索的预应力通过施工时对不锈钢索张拉产生,而大拉索的预应力则由吊起的一栋办公楼的自重、大钢索端头张拉、对小索张拉而使大索索力增加的三部预拉力组成。
单索幕墙的索内有较大的拉力,因此需要周边主体结构提供一定的刚度和承载力。
北京新保利大厦项目中,水平索锚固在两侧塔楼的混凝土核心筒上。
▲吊挂吊楼的4根大直径钢索外侧两根同时为索网幕墙提供支承条件▲钢索支座处的V形摇臂在水平力作用下,一般的V形支撑总是一根受拉、一根受压。
昆明新国际机场单层索网玻璃幕墙结构分析的开题报告一、研究目的随着空铁交通的繁忙和人们出行需求的增加,机场建设也越来越受到重视。
昆明新国际机场作为我国西南地区的中心枢纽机场之一,其建设对于西南地区的经济社会发展具有重要意义。
因此,本次研究旨在对昆明新国际机场单层索网玻璃幕墙结构进行分析,为其建设提供科学、合理的结构设计方案。
二、研究内容1. 玻璃幕墙结构的特点和发展现状2. 索网结构的特点和分类3. 昆明新国际机场单层索网玻璃幕墙结构的设计要求和参数4. 结构的受力分析和结构稳定性分析5. 结构设计方案优化和成本分析三、研究意义本次研究对于推动昆明新国际机场的建设,提高其使用安全性和经济性具有重要意义。
具体地,它可以为昆明新国际机场的建设提供以下方面的指导:1. 玻璃幕墙结构的筛选和使用,加强建筑的安全性和保障2. 结构设计和施工方案的优化,降低建筑成本和时间3. 为类似的大型机场建设提供参考和借鉴,促进机场建设可持续发展四、研究方法本次研究将采用文献调研、数学建模和有限元分析等方法。
1. 文献调研:收集、整理、筛选相关文献和资料,对玻璃幕墙和索网结构进行深入研究和分析。
2. 数学建模:基于实际尺寸和物理参数,对昆明新国际机场建筑进行数学建模,建立建筑结构的力学模型。
3. 有限元分析:采用有限元分析方法对建筑结构进行受力分析和稳定性分析,对设计方案进行优化。
五、预期成果通过本次研究,预计可以得到如下几个方面的成果:1. 详细的玻璃幕墙和索网结构的特点和发展现状,为后续设计提供依据。
2. 昆明新国际机场单层索网玻璃幕墙结构的设计要求和参数,建立其力学模型。
3. 结构设计方案的优化和成本分析,提出合理、经济的建议。
4. 对机场建设具有重要意义的相关技术和应用进行深入研究,为机场建设的可持续发展提供支持。
六、研究进度及计划1. 收集文献、资料,对玻璃幕墙和索网结构进行研究分析,完成研究背景和研究意义的撰写和阐述。
索⽹结构名词解释索⽹结构介绍1.1.概述概述1.1.1.1.索⽹结构索⽹结构1.1.1.单索结构玻璃幕墙是悬索结构点⽀式玻璃幕墙中的⼀种类型,其幕墙玻璃的⽀承结构为单层平⾯索⽹结构,它可以是⼀个单索⽹结构单元组成的,也可以由多个单索⽹结构组成的玻璃幕墙(如图)。
1.1.2.在玻璃幕墙平⾯受外部荷载后通过玻璃的连接机构将外部荷载转化成节点荷载P,节点荷载P作⽤在索⽹结构上,只要在索⽹中有⾜够的预应⼒N和挠度F,就可以满⾜⼒学的平衡条件。
当P为某⼀确定值时,挠度F和预应⼒N0成反⽐。
即预应⼒N值越⼤,挠度F就越⼩。
F=P/N0。
因此挠度F和预应⼒N是单层平⾯索⽹的两个关键参数,必须经过试验和计算分析后才能确定。
1.2.1.2.索⽹结构的特点索⽹结构的特点1.2.1.拉索在⼯作状态下必须有较⼤的挠度,通常挠度控制在1/40~1/50范围内。
1.2.2.曲⾯单层索⽹及双层索系玻璃幕墙⾃初始预应⼒状态之后的最⼤挠度与跨度之⽐不宜⼤于1/200。
1.2.3.拉索的伸长不锈钢索的极限强度t σ约为1100~15002/N mm ,其弹性模量E 约为5521.210~1.310/N mm ××,到达极限强度时其伸长率约为1%~2%。
对应的钢索挠度为(1/14~1/18)。
钢索的强度设计值取为600~8002/N mm ,相应地,达到强度设计值时不锈钢的挠度为(1/25~1/32),钢索的伸长⼩于1%,在允许范围内。
1.2.4.初拉⼒钢索在⾃然状态下是柔软的,难以形成稳定的结构,因此必须施加初拉⼒使其绷紧,才能具有抵抗法向荷载的能⼒。
初拉⼒不宜过⼤,通常在钢索的最⼩破断⼒的15%~25%范围内。
初拉⼒应能使钢索在⾼温⼯作仍有⼀定的剩余拉⼒。
不会因拉索膨胀⽽松弛;另⼀⽅⾯也应考虑在低温时不会因拉索收缩⽽使拉⼒过⼤。
1.3.1.3.主动索与被动索主动索与被动索主动索:施⼯过程中通过主动张拉,控制张拉端索⼒的建筑⽤索。
大型站房单层索网点式幕墙设计施工技术研究1、工程概略成都东客站车站外幕墙工程所运用到的幕墙形式主要为单层索网点式玻璃幕墙、组合编织幕墙、框架幕墙,整体的成效体现出清爽、简洁、通透。
主要的工程内容:单层双向索网点式玻璃幕墙(东西立面);单层单向索网点式玻璃幕墙(南北立面);铝板及玻璃组合编织幕墙;半隐框框架幕墙。
主进口幕墙跨度43 米,立面单层索网玻璃幕墙分格为 2100mm* 1490mm 、 2400mm* 1640mm 。
拉索采纳直径为22mm、30mm 、 32mm 、 36mm 不锈钢索。
拉索顶部受力结构采纳箱梁(南北立面)和矩形桁架(东西立面)。
2、单层索网幕墙设计2.1 单层双向索网幕墙设计此系统主要位于东西两个站房立面部位;东站房的开端标高为9.300m,西站房的开端标高为±0.000。
分格尺寸2400 (宽)x1640(高)mm,面板采纳TP10(Low-E )+12A+TP10钢化中空玻璃;水平索采纳φ 30 不锈钢索,东站房竖索采纳φ32 不锈钢索;西站房水平索采纳φ30 不锈钢索,竖索采纳φ36 不锈钢索;主受力构造采纳钢构造桁架系统,左右两侧采纳三角形空间桁架,顶部采纳矩形空间桁架。
钢构造表面刷超薄型防火涂料后再进行氟碳喷涂办理。
2.2、单层单向索网幕墙设计标准跨的立面单层索网玻璃幕墙水均分格为2000mm ,高度分格为1490mm 。
此处拉索采纳直径为22mm 不锈钢索,玻璃板块采纳10+12A+10 钢化中空LOW_E 玻璃。
拉索顶部受力构造采纳箱梁1100x600x26x26 ( mm)。
2.3、拉索幕墙弹簧阻尼器技术考虑到高速列车产生的动荷载对外幕墙的影响;单向拉索幕墙在设计方案中采纳阻尼器,以降低拉索变形以及玻璃的抖动幅度,因为拉索是柔性构造,且是单向(竖向)索,在动荷载作用下会致使在边部刚性构造和柔性构造交接处,中间跨度出现312mm 位移差,此中最危险部位出此刻拉索端部地点玻璃板块突变65mm,此部位玻璃为两条边固定在U 形槽内,玻璃表面距U 形槽只有 30mm,为减小位移;在南北立面的单层单向拉索幕墙边部增添阻尼器,进而减小和控制幕墙边部的拉索位移,以控制在玻璃变形安全范围内。
索结构预应力控制的研究及其应用分析的论文索结构预应力控制的研究及其应用分析的论文网壳式的结构是常见的预应力控制结构,就是采用网壳式的结构,这种结构的受力相对来说比较稳定和均匀,这种结构的大部分结构的受力点就是杆结构,还有一种网壳结构式单层的网壳结构,这种结构有着自己的独特优点,那就是结构简单,透光率好,外观大方符合时代审美观,因而非常适宜做为玻璃采光顶的屋面结构。
1 设计思路网壳机构有很多中,比如常见的柱面形式的网壳,抛物面网壳,球面网壳等等,由于他们的主受力结构就是整个结构中的杆结构,在受力方面很难的控制,稳定失衡的现象很常见。
对结构应力的控制也是主要控制的这方面的受力。
不过有些鞍形的网壳结构受力主要就是杆杆结构的受压和受拉,相比较来说这种结构有很好的整体稳定性,网格的结构也比较简单,适用于那些更大的跨度空间结构建设。
鞍形网壳和预应力鞍形索网相类似,都具有良好的形状稳定性和刚度,但是都需要较大截面的边缘构件以保证强度和刚度要求,因此边缘构件的合理设计成为是否采用这种体系的关键。
2 预应力鞍形索网结构分析预应力鞍形索网钢架结构主要的组成结构是钢索结构,这种结构有着特殊曲面,两组钢索在各交点上连接。
预应力鞍形索网曲面形式复杂多样,千姿百态,结构简洁明快,挡光率低,非常适宜做为玻璃采光顶的屋面结构。
预应力鞍形索网具有良好的形状稳定性和刚度,但是需要较大截面的边缘构件以保证强度和刚度要求,因此边缘构件的合理设计成为是否采用这种体系的关键。
3 张弦杂交结构及其他边界效应分析张弦杂交结构及其他边界效应分析,这种复合的结构,主要是通过横向腹杆结构和上下弦索结构组成的结构。
通过特殊的预应力控制这种结构能够充分的发挥出自身的`受力性质,在结构的整体稳定性方面能够发挥出最大作用。
这种张弦梁结构整体上有着很大的优势,这种结构的刚度取决于结构的上弦抗弯曲结构和拉索结构的横截面,这种结构也是一种常见的半刚性结构,通常有以下的特点: ( 1) 结构整体的承载能力高。
玻璃幕墙支承结构--单层索网单层单向索系中的几个问题在我国的玻璃幕墙中,以单层索网、单层单向索系为支承结构的点支式玻璃幕墙已在多项工程中使用,其中有些问题值得探讨。
一:过载保载器和预拉力保持装置的设置单层索网支座——索两端锚固结构各有不同,索两端锚固装置有的在同一建筑单元,有的则是在建筑变形缝的两侧,更有的是在两栋不相干的建筑上。
索的变形能力通常不能适应后两种情况下相当大的变形。
所以,在一些工程中增设了索的过载保护器或预拉力保持装置,来保证索网及锚固结构的安全使用和正常使用。
过载保护器通常被描述为:过载保护器(或装置)的作用是通过其内的“保险丝”破断,用弹簧受力调节内力,避免在钢索中产生过大拉力,保证索不发生破断,保护索端的锚固结构不被破坏。
当保险丝没有断时,过载保护器中的弹簧是不起作用的,就是说,过载保护器中保险丝没有断时,它不能调节索内力的大小,即不能适应较大的变形。
过载保护器通常被用于特殊因素,如地震造成索两端锚固结构发生大的相离位移时,用以保护索不被大的相离位移产生的拉力而拉断,而大的相离位移的出现,无论是地震还是温度差,必然会有大的相近位移相伴而生,而大的相近位移产生大的卸载,索会松弛,造成玻璃幕墙挠度过大,无法正常使用,甚至挤碎玻璃,这时过载保护器就无法保护了。
有的讲,罕遇地震下玻璃挤碎是难免的,只要索不断就行了,当然也是一种保护,但在温度差作用下发生此问题就是不应该的了。
预拉力保持装置的作用是为了保持索的拉力在根据本索网的索锚固结构正常的相对位移(地震设防烈度、设计温度差下的)而设定的范围内变化,在这个范围内拉索的拉力(包括预拉力和外荷载作用效应)不超过索的抗拉强度设计值,也不小于在荷载标准值作用下达到容许挠度时索的拉力值。
但是,当遇到特殊情况,如罕遇地震,出现了超出设定范围的索内力时,它对索和锚固结构就无法保护了。
如果不是索两端支座受温度差作用改变距离,仅仅是索网本身因温度差作用的伸缩而设预拉力保持装置通常是没有必要的,因为温度差作用对索网中索的伸缩造成索应力的改变是与索的长度和直径大小无关。
单向单索幕墙设计例析摘要:本文通过对单向单索幕墙体系结构边界、索结构体系、阻尼杆、玻璃板面及夹具的设计分析,介绍了单索幕墙的一些设计思路和设计方法。
关键词:单向单索玻璃幕墙、结构边界、阻尼杆、玻璃面板、玻璃夹具、站房、高速列车Abstract: in this paper single cable one-way system structure boundary, the curtain wall structure system, damping stem, glass panels and fixture design analysis, this paper introduces some of the single cable curtain wall design ideas and design method.Key words: single cable one-way glass curtain wall, structure boundary, damping pole, glass panel, glass clamp, and high-speed train station前言:当今各类建筑的玻璃幕墙已不再是单纯的维护结构了,除了表现其外观独特的装饰效果外、保温节能、结构细部的刻画以及和环境的融合与交流也成为玻璃幕墙设计的基本要求,成都东客站南北立面玻璃幕墙采用了单向单索结构形式,就是旨在借其轻盈和结构劲度来提升建筑效果,借其极致的通透来营造建筑和环境的融合与交流氛围(图1)。
图1:单索幕墙室外效果图图2:单索幕墙室内实景单索幕墙的结构设计较之框式幕墙,在结构分析方法和要考虑的因素上有相当程度的不同。
1. 结构原理和拉索初步选型:一组依照建筑面型布置的钢绞线经过张拉获得各自的初始线刚度,玻璃板块通过金属夹具(或点爪)和钢绞线作适当的固定,从而形成了有一定刚度的玻璃立面,玻璃板块上的水平载荷和竖向载荷经夹具(或点爪)传递到索网体系上,造成索网体系变形和内力变化,在某个变形程度上形成新的平衡,通过对拉索直径和预应力的控制,可获得安全的平衡状态。
单层索网玻璃幕墙施工技术要点分析发表时间:2016-08-26T10:24:44.337Z 来源:《基层建设》2015年8期作者:欧阳瑛[导读] 熟悉掌握索网玻璃幕墙的施工特点和难点,应用合适的施工技术,有利于提高建筑的施工质量。
摘要:熟悉掌握索网玻璃幕墙的施工特点和难点,应用合适的施工技术,有利于提高建筑的施工质量。
本文以某单层索网幕墙施工为例,说明了超高超大单层索网幕墙工程主要施工技术要点,针对我国在单层索网幕墙施工存在的问题,各负责单位充分沟通,理论结合实际,不仅达到了工程预期的要求,也满足了设计的整体效果。
关键词:索网幕墙;拉索应力;检测;层间位移角;平面变形;应力差0 引言随着我国城市化进程的不断加快,大型综合性建筑施工工程越来越多,单层索网玻璃幕墙因其良好的通透性受到了人们的广泛应用。
但是相关的施工技术在我国起步较晚,设计和施工方面存在着较多的问题。
因此如何更好地应用相关的施工技术成为了施工人员需要解决的问题。
下面就结合实例对此进行讨论分析。
1 工程概况某索网幕墙位于1~9层,覆盖正立面和两侧部分立面,呈“”形状,幕墙总高32.5m,幕墙面积约2300m2。
本工程单层索网玻璃幕墙采用横向扁钢和竖向碳钢绞线组成,玻璃板块通过钢夹板、夹板支撑等与幕墙主体结构连接。
主要设计参数为:(1)索网幕墙总高32.5m、总延长米78.8m。
(2)竖向钢索为φ36mm碳钢拉索,表面涂覆锌铝涂层;钢索截面积763mm2,弹性模量1.7×105N/mm2,线膨胀系数1.2×10-5N/mm2,张拉应力要求达到330kN(约33.6t)。
横向水平扁钢为60mm×30mm。
(3)采用钢化夹胶玻璃(10mm+2.28PVB+12mm),分格尺寸为4m×2.8m。
2 工程特点、难点(1)索网幕墙在我国运用较少,尚无专门的施工验收规范。
本工程这样超大型的索网幕墙更属罕见,其设计、安装、预应力施加和检测、检验都属于新课题,没有经验可借鉴。
预应力单层索网幕墙结构分析
[摘要]根据某幕墙受力形式特殊的特点,采用不同边界模型进行结构分析,并进行结构设计。
[关键词]幕墙结构分析边界条件
[abstract] according to force a curtain wall form the special characteristic, using different boundary model structure analysis and design.
[key words] curtain wall structure analysis boundary conditions
中图分类号:tu74文献标识码:a 文章编号:
1工程概况
某幕墙采用单层索网的结构形式,立面由尺寸为30m x 23.4m (宽x高)的双向张紧的直索组成,水平索间距1400mm,竖索间距2000mm,水平索与竖向索均为单索。
索两边连接在两侧主体结构上(均与框架柱连接),上边连接在两座主体结构间的主桁架上,下索连在地面及钢门框雨棚顶。
幕墙宽为30m,高仅为12.8m(除掉钢框架雨棚高度),故本幕墙风荷载主要沿短向跨度竖向索传递。
竖向索为主要传力索,其边界条件为桁架和门框架,均为弹性支座。
2 荷载作用
2.1 重力荷载
幕墙自重1.50kn/m2。
2.2 风荷载
计算幕墙索网结构变形时,基本风压按50年一遇取值,计算索网结构承载力时,基本风压按100年一遇取值。
50年一遇的风荷载标准值:1.32kn/m2;100年一遇的风荷载标准值:1.44 kn/m2。
2.3 地震作用
地震作用:抗震设防烈度为7度,根据《玻璃幕墙工程技术规范》表5.3.4规定,动力放大系数取β=5.0;作用在幕墙索网结构平面外地震荷载标准值:kn/m2。
2.4 温度作用
温度作用取值范围为±35℃;考虑到索的线膨胀系数
1.32x10-5,升降温35℃引起的结构应变为0.5‰,约占索初始应变的1/5,故风荷载宜与温度作用应同时考虑。
2.5 荷载组合
考虑各种不利的荷载组合情况,列出荷载工况组合如下:
(1)正常使用状态
工况1:1.0(恒载+预应力)+1.0风载+温度升高;
(2)非抗震计算
工况2:1.2恒载+1.0预应力+1.4风载+温度下降
(3)抗震计算
工况3:1.2恒载+1.0预应力+1.3平面外地震力+1.4x0.2风荷载+0.2温度下降。
2 结构分析
采用ansys建立模型,横索、竖索均采用link10单元。
横索施
加2.25‰的初始应变(80kn初始拉力),竖索施加2.5‰的初始应变(150kn初始拉力)。
竖直拉索取φ28;水平拉索取φ18,弹性模量e=1.3x105mpa。
预应力单层索网幕墙需要满足的要求:正常使用时,索网变形值不可过大,需保证玻璃正常工作,索安全系数不低于2.5,索网平面外变形小于1/50短向跨度[25-27]。
2.1 边界条件
刚性边界模型:采用简化铰接边界,幕墙索四周平动位移均约束,见图1。
弹性边界模型:建模输入顶层钢桁架及桁架两侧框架柱,雨棚钢架也真实输入,偏安全的将框架柱所对应楼层处约束水平位移,见图2
2.2 刚性边界模型
初始应变施加后求得结构水平索初始拉力为8kn,竖向索拉力为15kn。
对此模型施加工况1,得到幕墙正常使用状态下平面外位移最大为143mm(见图3),满足规范索要求;对此模型施加工况2,得到风荷载作用下索的应力,如图4:竖索最大拉力发生在幕墙顶部钢框架正上方,索力为314kn~318kn(应力为500mpa),幕墙两侧竖索拉力较小250~270 kn,地面竖索拉力为180~195kn,门框顶竖索拉力为275kn(295mpa);横索大部分为83~100kn,局部最大126kn(500mpa)。
幕墙顶部钢框架正上方竖索拉力最大,而横索拉力与初拉力80kn相比变化较小,说明风荷载主要由竖向索进行传递;钢门框角部横索拉力变化较大,主要是因为其限制幕墙两端
竖索在风荷载作用下的变形。
图3 刚性边界幕墙索位移图图4 刚性边界幕墙索应力图
2.3 弹性边界模型
考虑到风荷载作用前桁架初始状态为竖向无挠度,本模型对边界点施加反向初拉力以平衡幕墙索的初始应力,保证计算模型与实际情况相符。
对此模型施加荷载工况1,得到幕墙正常使用状态下平面外位移最大为228mm(见图5),为幕墙索短向跨度的1/55,满足规范索要求;对此模型施加荷载工况2,得到风荷载作用下索的应力,如图6:竖索最大拉力发生在幕墙顶部钢框架正上方,索力为285kn ~300kn(应力为485mpa),幕墙两端竖索拉力较小250~260 kn,地面竖索拉力为178~188kn,门框顶竖索拉力为250kn;横索大部分为83~100kn,局部最大126kn(500mpa)。
正常使用状态下,弹性边界与刚性边界幕墙索最大面外位移分别为234mm,和143mm,弹性边界幕墙索位移比刚性边界增加60%;荷载工况2作用下,弹性边界与刚性边界对应的幕墙索应力变化很小,竖索最大拉力仅变化6%。
可见边界条件对幕墙索力无明显影响,可采用简化模型进行索拉力估算;但其对位移影响很大,应引起足够的重视。
图5 弹性边界幕墙索位移图图6 弹性边界幕墙索应力图
3 幕墙结构设计
对幕墙索施加初始预应力是为了保持幕墙索网体系初始状态的
稳定和产生必要的刚度;预应力的大小对索桁架刚度影响不大, 但对单层平面索网结构的刚度贡献很大;本文采用两个算例对其进行对比分析。
算例1:幕墙竖索预拉力由20kn变为30kn(即预应力增加50%),其余条件均同弹性边界模型,对此模型施加荷载工况1,得到幕墙索最大面外位移为170mm(见图7),位移比弹性边界模型减少了27%。
算例2:幕墙竖索的索径由φ28变为φ36(即面积增加60%),其余条件均同弹性边界中模型,对此模型施加荷载工况1,得到幕墙索最大面外位移为228mm(见图8),位移比弹性边界模型减少了2.5%。
图7算例1幕墙索位移图图8算例2幕墙索位移图
由以上算例可知,单层索网幕墙的面外刚度主要由索的初始预应力提供,初始预应力的大小会对单索幕墙面外刚度产生很大的变化;单索幕墙面外刚度对拉索初始预应力大小较为敏感。
本工程幕墙索网边界条件均为弹性边界,钢桁架在风荷载作用下竖向挠度为8.2mm,为其跨度的1/3600,钢门框竖向挠度为1.2mm;钢桁架和钢门框挠度的变化引起竖索的应变为0.73‰(相当于
95mpa应力),由于索应力减小引起的索网刚度的变化很大,幕墙面外位移增加60%(相对与刚性边界);可见本幕墙竖索对边界条件非常敏感,设计时应对屋顶钢桁架和钢门框的竖向刚度提出严格要求。
此外,钢桁架和钢门框均会承担竖索面外分力25kn,其面外刚度也应给予保证。
4 结论
本幕墙索受力形式特殊,竖向索除了承受玻璃荷载外,还承担了绝大部分风荷载作用;通过以上分析,得到以下结论:(1)屋顶钢桁架对幕墙两侧主体结构有较强的协调作用,水平地震作用引起幕墙横索应变较小,仅为0.4‰,且水平索为稳定索,仅承受很少的风荷载,故水平索满足设计要求;
(2)幕墙面外所受风力荷载约为地震力的2倍,即抗震设计对幕墙索设计不起控制作用;
(3)温度作用引起的幕墙索应变为0.5‰,大约占索初始应变的1/5,故风荷载与温度作用应同时考虑;
(4)索桁架刚度较强,索的非线性效果较弱,索所提供的刚度主要由索面积及其弹性模量提供,而单索幕墙在面外荷载作用下会产生很强的几何非线性,面外刚度主要由单索初始预应力提供;单索幕墙提高索预应力效果要远好于提高索面积的效果,如本例中将索预应力及其面积分别提供50%,其面外位移分别改善27%和2.5%;
(5)钢桁架有较强的协调作用,两座主体结构间的相对变形很小;
参考文献
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