浅谈拉索式点支玻璃幕墙的结构设计上课讲义.doc

浅谈拉索式点支玻璃幕墙的结构设计
浅谈拉索式点支玻璃幕墙的结构设计

　　摘要：点支式玻璃幕墙结构的支撑体系中,索桁架柔性支撑体系相比刚性支撑体系不但施工简便,而且受力均匀合理、节约材料,所以索桁架支撑体系的应用越来越为广泛。本文主要是对拉索式幕墙的结构设计进行简单的分析。

　　关键词：幕墙；拉索；点式；预应力
　　中图分类号： TU394文献标识码： A
　　点支式玻璃幕墙是一门新兴的技术，它体现的是建筑物内外的流通和融合，改变了过去用玻璃来表现门窗，采光顶的传统做法，强调的是玻璃的通透性。透过玻璃，人们可以很清晰地看到支撑玻璃幕墙的 整个结构系统，将单纯的支撑结构系统转化为可视性、观赏性和表现性。由于点支式幕墙拥有视觉通透、结构新颖、传力可靠、安全耐用等优点，尽管它诞生的 时间不长，但应用却极为广泛，并且在日新月异的发展着。
　　点支式幕墙的分类
　　点支式玻璃幕墙由玻璃面板、点支撑装置和支撑结构构成。根据支撑结构的类型，点支式幕墙可分为3类：
　　（1）金属支撑结构点支式玻璃幕墙：这种结构采用金属材料作为结构支撑系统，由金属紧固件和连接件将玻璃版块固定，可最大限度地利用金属结构的灵活多变，以适应建筑结构造型的需要。
　　（2）点支式全玻璃幕墙：采用金属紧固件和连接件将玻璃面板和玻璃肋相连接，利用玻璃肋的侧向刚度，使玻璃肋作为玻璃面板的支撑结构。
　　（3）索（杆）式玻璃幕墙：支撑结构是不锈钢拉索或拉杆，玻璃由金属紧固件和金属连接件与拉索或拉杆连接在一起。
　　本文将主要对拉索式点式玻璃幕墙的结构设计进行简单的分析。
　　2、拉索式点式玻璃幕墙的结构设计
　　拉索式点式玻璃幕墙是将玻璃面板用爪件固定在索桁架上的点支式玻璃幕墙。它由三个部分组成：玻璃面板、索桁架、锚定结构，三者相互依存、互相制约、互相影响。
　　（1）玻璃面板的设计
　　点式幕墙的玻璃应选用安全玻璃，玻璃面板固定在索桁架的钢爪上，一般在玻璃上开洞，穿入钢爪浮头或沉头式杆件后固定。玻璃可采用单片钢化玻璃、钢化中空玻璃、钢化夹层玻璃和钢化夹层中空玻璃。当有需要时，还可进行镀膜。单层玻璃用于没有保温要求的建筑，对有保温要求的建筑应采用中空玻璃。
　　（2）索桁架的设计
　　索桁架是跨越幕墙支承跨度的重要构件，索桁架悬挂在锚定结构上，它由按一定规律布置的高张拉强度的索及连系杆组成。索桁架起着形成幕墙系统，承担幕墙承受的荷载并将其传至锚定结构的任务。
　　索桁架是柔性的张拉结构，在没有施加预应力之前没有刚度，其形状也是不确定的，必须通过施加适当的预应力赋予其一定的形状，才能成为能承受外荷的结构。在给定的边界条件下，所施加的预应力系统的分布和大小（这是一套自平衡的内应力系统），同所形成的结构初始形状是相互联系的。
　　索桁架由两层索（承力索、稳定索）以及他们之间的联系杆组成，双层索和连接杆一般布置在同一竖向平面内，双层索系要分别锚固在稳固的锚定结构（支承框架、地锚、水平基础梁等）上，这样才可以对体系施加预应力，对索系进行张拉，使索系绷紧；使索内保持足够的预应力，以保证索系具有必要的形状、稳定性。由于存在预应力，两层索一起抵抗水平荷载作用，从而整个索系的刚度得到提高。预应力双层索系是解决索桁架形状。稳定性问题的一个十分有效途径。
　　（3）锚定结构的设计
　　锚定结构是指支承框架，它承受索桁架传来的荷载，并将它们可靠地传向主体结构，同时锚定结构也是索桁架赖以进行张拉的主体，索桁架要强力拉紧厚才能形成幕墙系统。为了获得稳定的幕墙系统，必须施加相当的拉力才能绷紧，跨度越大，所需的拉力就越大，为此就须要有承受相当大反力的锚定结构来维持平衡。
　　索桁架要悬挂在锚定结构上进行张拉，才能形成具有固定形状和刚度的桁架。因此，锚定结构除了承受主体结构使用荷载（自重、活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用）外，还要承受索桁架的预拉力以及索桁架受荷后产生的拉力（反推力）。而且这个拉力相当大，它产生的效应有时甚至会超过使用荷载（作用）的 效应，如果在设计建筑物主体结构时，对支承索桁架的锚定结构不考虑索桁架拉力产生的效应，拉索式点连接玻璃幕墙就无法使用（改用刚性桁架），或必须对主体结构进行加固补强（这时可能会影响其建筑效果），同时锚定结构在施工和使用过程的挠度（变位）等又对索桁架和面板产生影响，影响索桁架的有效预应力值（预应力损失值）和索桁架的形式，从而影响面板的位置和效应，面板的刚度也会影响索桁架的刚度和稳定。
　　3、需要注意的问题
　　（1）钢化玻璃不能进行机械加工，因此玻璃的切裁、磨边、钻孔等都必须在钢化前完成。
　　（2）玻璃孔周边是点支式玻璃幕墙的薄弱环节，应采取有效措施减少应力集中。所以玻璃版块钻孔后必须进行倒角处理，倒角尺寸不应少于1.0mm。与沉头连接件配合的孔，孔周围不得出现崩边；与浮头连接件配合的孔，当孔出现崩边时必须经修磨处理，修磨区域的宽度不得大于6mm，深度不得超过玻璃公称厚度的1/12，长度不得超过孔周长的1/4.
　　（3）拉索幕墙应采用低松弛不锈钢丝绳拉索并且钢丝绳拉索严禁焊接。计算时不锈钢拉索的设计值可按现行国家标准规定的最小整索破断拉力值除以2.5取用。
　　（4）拉索式幕墙在设计时必须预先考虑施工的步骤，尤其必须预先规定好张拉预应力的步骤，实际施工时必须严格按照规定的步骤进行，如稍有改变就有可能引起内力很大的变化，会使锚定结构严重超载。
　　（5）拉索式幕墙对主体结构的反力往往会很大，对建筑主体的强度要求非常高，对锚定结构的挑战也非常高，所以在设计中，要优化幕墙结构，减小幕墙对主体结构的反力，使结构体系达到最优。
　　参考文献
　　[1] 玻璃幕墙设计与施工：罗忆，张芹，刘忠伟编著；北京：中国建筑工业出版社，2005.
　　[2] 点支式玻璃幕墙工程技术规程：CECS 127：2001。

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