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      中國五礦商務(wù)大廈單層索網(wǎng)幕墻設(shè)計與施工

      來源:2011年會論文集  作者:花定興  日期:2011-4-25
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      提要:本文對單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的受力特性進行了詳細(xì)介紹,并結(jié)合中國五礦商務(wù)大廈工程,對大跨度單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的選型與設(shè)計、材料選用,單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的計算原理、計算分析和施工控制進行全面的討論,對今后類似工程的研究和應(yīng)用提供了重要的參考價值。
      關(guān)鍵詞:受力特性,選型與設(shè)計,計算原理,計算分析,施工控制
        本文作者:賀玉珍 曹繼明 余長江 花定興
        0引言
        單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)是近年來在國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種新型幕墻結(jié)構(gòu),在建筑上營造一種輕盈通透和內(nèi)外交融的高透視覺效果,結(jié)構(gòu)上具有很強的變形適應(yīng)能力,尤其適用于大空間的公共建筑,具有廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。

        0.1 單層索網(wǎng)玻璃幕墻的受力特性
        單層索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)包括預(yù)拉力拉索夾具系統(tǒng)、玻璃面板三個部分,其中,玻璃的四個角點通過夾具與拉索連接,玻璃與玻璃之間采用硅酮密封膠嵌縫。其傳力途徑為:風(fēng)荷載地震荷載→玻璃面板→夾具→拉索→主體結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)。單層索網(wǎng)體系是由兩向正交的鋼索構(gòu)成的平面或負(fù)高斯曲面受力體系,其中單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)不具有平面外剛度,只有當(dāng)產(chǎn)生平面外位移時才能抵抗平面外荷載的作用,平面外的剛度是依靠索網(wǎng)預(yù)拉力的二階效應(yīng)實現(xiàn)的;而且,隨著荷載的增加,結(jié)構(gòu)變形越大,抵抗荷載的能力越強,表現(xiàn)出較明顯的幾何非線性特征。

        1 工程概況
        中國五礦商務(wù)大廈A樓高121.3m,共32層,平面呈矩形,為了使建筑物內(nèi)部形成封閉明亮的中庭, 在西立面上設(shè)置單層網(wǎng)玻璃幕墻,該幕墻輪廓尺寸14.5m*115m,由水平向索和豎向索正交布置,構(gòu)成2.0*1.85m的索網(wǎng)格,是目前國內(nèi)單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)跨度最大的工程。

        2 結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計
        本工程中單層索網(wǎng)幕墻的橫向拉索跨度為14.5m,左右兩端均連接在豎向鋼結(jié)構(gòu)柱上,鋼結(jié)構(gòu)柱通過轉(zhuǎn)接件將外荷載傳遞給主體混凝土柱;豎向拉索跨度115m,上端可靠連接在頂部鋼桁架上,下端連接在門框鋼結(jié)構(gòu)上,豎向索貫通支撐在橫向鋼梁上;由于混凝土柱本身特性決定了不宜承受較大的水平拉力,不宜把橫向索設(shè)計成主受力索,而豎向索的跨度比較大,如果做為主受力索,則豎索的截面會非常大,工程造價較高。

        本工程設(shè)計中,沿高度方向每14.8m設(shè)置一道橫向鋼梁形成索梁結(jié)構(gòu)體系,以增加結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度,采用剛?cè)峤Y(jié)合的混合張拉結(jié)構(gòu)體系。橫向鋼梁具有一定的抗彎剛度,其兩端與左右鋼立柱連接,并與各豎向索在相交處連接,與索網(wǎng)共同承受平面外的變形,同時豎向索的計算跨度和橫向索的計算跨度比較接近,按雙向受力進行設(shè)計,大大地改善了整個索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系的受力性能,同時整個幕墻體系的外觀效果好,施工工藝簡單。

        橫向鋼梁采用材質(zhì)Q235B的300*400*15箱型鋼梁,表面氟碳噴涂處理;頂部鋼桁架采用材質(zhì)Q345鋼,表面氟碳噴涂處理。

        3.3拉索
        橫索選用Ф26mm和豎索選用Ф34mm的不銹鋼鋼絞線,具體參數(shù)如下表所示:

        4 單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)計算基本原理

        4.2索變形協(xié)調(diào)方程
        索的平衡方程只反映出了某一特定狀態(tài)下,q、x、H三者之間的關(guān)系,而不能考慮狀態(tài)的變化過程,因此必須在索由始態(tài)過渡到終態(tài)的過程中,考慮索的變形和位移情況,建立索的變形協(xié)調(diào)方程。

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