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【王德勤】隱形索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻
來(lái)源:2009年會(huì)論文集 作者:王德勤 日期:2009-4-1 　頁(yè)面功能 【字體：大 中 小】【打印】【關(guān)閉】【評(píng)論】
摘要：隱形索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻就是一種從單向單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻中引伸出來(lái)的新型玻璃幕墻形式，滿足了在玻璃建筑中視覺上無(wú)結(jié)構(gòu)的需求。本文介紹了該體系的基本概念及應(yīng)用現(xiàn)狀，并結(jié)合實(shí)際工程分析閘述其主要構(gòu)造技術(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。隱形索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻是一種具有廣闊前景的新型實(shí)用建筑幕墻支承體系。
關(guān)鍵詞：點(diǎn)支式玻璃幕墻；預(yù)應(yīng)力單索結(jié)構(gòu)；鋼紋線；單向單索結(jié)構(gòu)；
　　隨著我國(guó)在幕墻技術(shù)的發(fā)展，索結(jié)構(gòu)作為支承體系的玻璃幕墻得到了廣泛的應(yīng)有。在現(xiàn)在建筑中，魚腹式雙層索系玻璃幕墻、自平衡素彬架等玻璃幕墻、單層索網(wǎng)玻璃幕墻、單向單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻等柔性支承體系的玻璃墻已不再鳳毛麟角。對(duì)于建筑師和幕墻工程師來(lái)說(shuō)，索結(jié)構(gòu)支承體系的玻璃幕墻已經(jīng)成為常見的幕墻形式。同時(shí)在新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和工程技術(shù)規(guī)范中已對(duì)索結(jié)構(gòu)幕墻有了嚴(yán)格、詳細(xì)的技術(shù)規(guī)定。對(duì)于幕墻企業(yè)來(lái)說(shuō)對(duì)此類幕墻的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)也己日趨成熟。
　　由于幕墻技術(shù)的不斷發(fā)展，更新的幕墻形式逐漸不斷的涌現(xiàn)出來(lái)。本文所介紹的隱形索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻就是一種從單向單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻中引伸出來(lái)的新型玻璃幕墻形式。
　　1．隱形索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻支承體系
　　長(zhǎng)期以來(lái)人們一直期待"視覺上無(wú)結(jié)構(gòu)”的玻璃建筑。隱形索結(jié)構(gòu)支承體系是在單向單索結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上采用了特殊構(gòu)造措施，即利用了玻璃面板的厚度，將鋼索隱藏在玻璃豎向膠縫的中問(wèn)，不論從室內(nèi)還是室外，都看不見任何結(jié)構(gòu)構(gòu)件，從而達(dá)到視覺上無(wú)結(jié)構(gòu)的目的。好像是玻璃‘’飄浮在”空中。
　　隱形索結(jié)構(gòu)體系具備柔性結(jié)構(gòu)的一切特征，受力狀態(tài)和傳力途徑類似單向單索體系。體系在沒(méi)有施加預(yù)應(yīng)力前沒(méi)有剛度，且形狀不確定，必須施加足夠的預(yù)應(yīng)力后才能承受荷載，是典型的小應(yīng)變大變形結(jié)構(gòu)。拉索的應(yīng)力與位移的關(guān)系是非線性的。隱形索結(jié)構(gòu)體系玻璃幕墻的最大撓度與跨度之比不宜大于1/50.
　　2．隱形索結(jié)構(gòu)的工作原理
　　分析單索支撐結(jié)構(gòu)的工作原理也就是要了解單索玻璃幕墻抵抗風(fēng)荷載作用時(shí)的工作狀態(tài)。了解單索結(jié)構(gòu)作為玻璃幕墻的支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，索的變形與預(yù)應(yīng)力的關(guān)系。索體應(yīng)力的大小、單索玻璃幕墻平面在抵抗風(fēng)荷載時(shí)各節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)能力。（如圖1）

　　在玻璃幕墻平面受外部荷載后通過(guò)玻璃的連接機(jī)構(gòu)將外部荷載轉(zhuǎn)化成節(jié)點(diǎn)荷載P，節(jié)點(diǎn)荷載P作用在索結(jié)構(gòu)上，只要在索體中有足夠的預(yù)應(yīng)力NO和撓度F，就可以滿足力學(xué)的平衡條件。當(dāng)P為某一確定值時(shí)，撓度F和預(yù)應(yīng)力NO成反比。即預(yù)應(yīng)力NO值越大，撓度F就越小。F=P/NO。因此撓度F和預(yù)應(yīng)力NO是單層平面索網(wǎng)的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，必須經(jīng)過(guò)計(jì)算分析后才能確定。
　　3．隱形索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻設(shè)計(jì)
當(dāng)幕墻豎向跨度不大時(shí)，可在單層索網(wǎng)的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化成單向單索結(jié)構(gòu)。通常將鋼索沿豎向玻璃縫布置，由豎向布置的鋼索獨(dú)立承受全部荷載，使玻璃建筑顯得通透、輕盈。與單層索網(wǎng)相比，取消穩(wěn)定索不但能充分發(fā)揮鋼索抗拉性能，最大程度降低用鋼量，而且還取消了昂貴的鋼索間的連接構(gòu)造及穩(wěn)定索與建筑主體的錨固裝置。必須考慮水平方向玻璃面板自身平面內(nèi)剛度，以滿足體系抗側(cè)要求。
　　一般控制單向單索幕墻的豎向單跨不超過(guò)10米，當(dāng)連續(xù)跨度較大時(shí)還需從構(gòu)造上加設(shè)保護(hù)裝置。
　　設(shè)計(jì)方法普遍采用將單索結(jié)構(gòu)離散化的節(jié)點(diǎn)位移法，將單索結(jié)構(gòu)離散為有限單元，形成單元?jiǎng)偠染仃嚭髽?gòu)成總體坐標(biāo)系下的結(jié)構(gòu)總剛度矩陣，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的平衡方程和各單元的物理方程得到節(jié)點(diǎn)位移，建立有限元基本方程進(jìn)行求解。計(jì)算的基本假設(shè)為:(1))索是理想柔性的，只能受拉而不能受壓，也不能抗彎;(2)索的受拉工作符合虎克定律;(3)荷載均作用在節(jié)點(diǎn)上，因此各索段均呈直線形。該假定也意味著忽略索自重在的影響，當(dāng)索內(nèi)預(yù)應(yīng)力遠(yuǎn)大于自重引起的張力時(shí)這一假定是符合實(shí)際的。
設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是構(gòu)造設(shè)計(jì)，精確的模擬計(jì)算模型的各種假定和恰當(dāng)?shù)尼尫呕蚣s束節(jié)點(diǎn)自由度。構(gòu)造設(shè)計(jì)還必須考慮到來(lái)自溫度、地震、支座位移等不利因素及材料疲勞、松弛和自身動(dòng)力響應(yīng)等特性。
　　對(duì)于預(yù)應(yīng)力單索結(jié)構(gòu)的分析一般分為三個(gè)狀態(tài)，即初始幾何態(tài)、預(yù)應(yīng)力態(tài)和荷載態(tài)，在分析力學(xué)模型的推導(dǎo)除了根據(jù)彈性力學(xué)的基本原理還需要考慮以下因素:
　　(1))非線性和初始應(yīng)力
　　預(yù)應(yīng)力單索結(jié)構(gòu)的分析模型必須基于非線性分析理論，必須表示出預(yù)應(yīng)力對(duì)剛度的貢獻(xiàn)。初始應(yīng)力對(duì)剛度的貢獻(xiàn)體現(xiàn)在幾何剛度矩陣中。
　　(2)大位移和小應(yīng)變
　　預(yù)應(yīng)力單索結(jié)構(gòu)的分析力學(xué)模型須滿足大位移和小應(yīng)變假定，描述索結(jié)構(gòu)各個(gè)階段的幾何形態(tài)成為分析的關(guān)鍵。
　　(3)索單元為只拉單元
　　索系作為一種柔性支承體系，理論上只能承受拉力，不能承受彎矩和剪力。一般在力學(xué)模型中不考慮索段的松弛。
　　以上是在預(yù)應(yīng)力單索結(jié)構(gòu)分析應(yīng)該考慮的因素也是點(diǎn)支式玻璃建筑單索結(jié)構(gòu)的理論分析基礎(chǔ).適用于隱式單索夾待式幕墻支承體系。
　　4拉索的組成及索體材料
　　拉索應(yīng)由索體及兩端的錨具組成。拉索索體可采用鋼絲束、鋼紋線或鋼拉桿。
　　拉索兩端錨具的構(gòu)造應(yīng)由建筑外觀、索體類型、索力、施工安裝、索力調(diào)整、換索等多種因素確定。
　　鋼紋線索體選用應(yīng)滿足下列要求:
　　(1))鋼紋線的質(zhì)量、性能應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高強(qiáng)度低松馳預(yù)應(yīng)力熱鍍鋅鋼紋線》YB/T 152、《鍍鋅鋼紋線》YB/T 5004的規(guī)定。不銹鋼絞線的質(zhì)量、性能應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑用不銹鋼絞線》JG/T 200的規(guī)定;鋼絞線的極限抗拉強(qiáng)度可分別采用1570,1720、1770、1850、1960Mpa等級(jí)別。
　　　鋼紋線可分別采用鍍鋅鋼絞線、高強(qiáng)度低松馳預(yù)應(yīng)力熱鍍鋅鋼紋線、不銹鋼鋼紋線，并可采用表1的索體截面形式。
　　(2)鋼拉桿素體選用應(yīng)滿足下列要求:
　　鋼拉桿的質(zhì)量、性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼拉桿》GB/T 20934的規(guī)定;鋼拉桿桿體的屈服強(qiáng)度可分別采用345、460、550、650 MPa等級(jí)別。　

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