中关村文化商厦单层索网结构幕墙

1、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 更口趋完善，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 逐步开始在人型公共建筑、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的力墙结构，建筑幕 墙主

2、耍采用双层主动内循环和单层索网结构两种幕墙形式。打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坏境使用，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宜钢索垂宜交叉组合形 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

3、件 均采用预埋形式。由于横向拉索跨度比竖向拉索跨度人得多，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。拉索预张拉成形示以及在外部荷载作用下，拉索对边缘构件或边缘 结构产生较人的拉力，因此边缘构件或边缘结构设计时应优先成为h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。山于单层索网结构幕墙是一个“新生事物”，对单层 索网拉索构件变形的容许值尚没有相应国家标准和

4、规范，借鉴国内外类似工程和试验经验, 因此单层索网结构变形容许值按短跨的1/45或1/50进行控制。木工程单层索网结构在最不 利荷载组合标准值作用下，变形容许值按短跨的1/50进行控制。幕墙自重一般由竖向拉索承受，而幕墙玻璃面板悬挂于拉索外侧，为尽屋减少口重对单 层索网结构产生的次应力，所以在构造上竖向拉索尽量靠近玻璃面板。根据结构计算结果, 横向拉索选用34高强钢绞线，规格为1x61,预拉力t=300kn,最不利荷载作川下内力最 大值z=540kn；竖向拉索选用24高强钢绞线，规格为”37,预拉力t=100kn,最不利 荷载作用下内力故大值z=160kn。高强钢绞线外表面处理采用galfan

5、-coatcd,在整个丿施t. 过程屮，必须采取有效措施保证拉索外表面必须无损伤、锈蚀、划痕等缺陷。钢丝破断强度 >1670n/mm2,拉索材料满足相应国家标准。图2.中关村文化商厦单层索网结构幕墙局部照片二、单层索网结构幕墙的玻璃板块及拼接胶缝幕墙玻璃板块选用12+1.52pvb+12钢化夹层玻璃，典型分格尺寸为1612mmx2250mmo 由于单层索网结构在风荷载作用下，英变形类似“平锅底"形状，越靠近边缘构件或边缘结构 处，其变形曲线的切线斜率越人；越靠近幕墙几何屮心位置，变形曲线的切线斜率越小。因 此，如图所示，靠近边缘构件处的玻璃血板在风荷载作用下，血板四个角点不在同

6、一个平血 内，产生“翘曲''效应，因此对于边部构件处的玻璃强度应根据实际变形悄况进行强度计算， 同时应采取构造措施使玻璃变形及应力得到释放，而不致挤压破坏。玻璃板块横、竖向拼接胶缝采用硅酮密封胶，由于单层索网结构幕墙是以较人变形来抵 御反复正、负风压作用，因此选用合适的硅酮密封胶种类和宽度对丁淇水密性能、气密性能 是非常重要的，选用不当就会导致胶缝被撕裂或者玻璃被挤压。建议采用超高性能硅酮密封 胶，其允许变位承受能力根据试验可以达到±50%,胶缝宽度一般来说为12mm-16mmo果采用普通硅酮密封胶，其允许变位承受能力根据试验只能达到±25%,因此胶缝宽度一

7、燉 来说需要16mm-20mmo胶缝宽度太窄，玻璃板块可能会被挤压；胶缝宽度太宽，则幕墙建 筑外观效果不好。对于单层索网结构幕墙，拼接胶缝宽度可以按照jgj102玻璃幕墙工程技 术规范的公式计算，但不宜小于按公式计算出来的值。三、单层索网结构幕墙不锈钢夹具设计不锈钢连接夹具设计：如图所示，幕墙玻璃面板固定在不锈钢夹具组装件中，夹具通过 连接螺栓固定在横向拉索、竖向拉索的交叉点上。玻璃与不锈钢夹具之间采用硬质橡胶垫圈 及橡胶垫片过渡连接，缝隙采川硅酮密封胶柔性连接，这样幕墙玻璃面板在发牛扭illi变形时 不至于发生碰撞破坏。为方便幕墙玻璃而板的维修更换，不锈钢玻璃夹具件采用可以拆卸的 零件组装方

8、式。图3不锈钢夹具照片不锈钢夹貝在竖向玻璃自重作用下的承载能力计算玻璃而板板块口重+不锈钢夹具口重设计值：q= (ygxt+0.1) xaxbxl.2式小：yg玻璃的重力密度，单位：kn/m3,取25.6kn/m3；t玻璃面板的总厚度，单位：m；a玻璃面板短边边长，单位：m；b玻璃面板长边边长，单位：m。玻璃板块与不锈钢夹具的自重是通过夹具与竖向拉索之间的摩擦荷载支承的，不考虑横 向拉索的支承作用。夹具与拉索z间的预紧采用普通螺栓,4.8级,c级。普通螺栓的预紧力：p0二kn.q/z.m.u式中：po普通螺栓的预紧力；kn可靠性系数，取1.1；m摩擦面数量，取m=l；z螺栓的数量；u连接摩擦副

9、的摩擦因数，取0.30。负风压作用下不锈钢夹具连接螺栓的承载能力计算：单块玻璃板块承受的风荷载设计值：f=1.4xwkxaxb=5.74kn式中：f单块玻璃板块承受的风荷载设计值，单位：kn；wk负风压最大标准值，单位：kn/m厶a玻璃面板短边边单位：m；b玻璃面板长边边长，单位：mo玻璃板块承载的负风压分别通过不锈钢夹貝压块与拉索之间的连接螺栓传递，螺栓等级 为4.8级，c级。普通螺栓的抗拉承载力设计值：ntb=7t.de2.ftb/4四、单层索网结构幕墙入口门框设计根据建筑师的设计构思以及单层索网结构幕墙的人变形受力特征，本工程入口门厅的钢 结构是可以垂肓于幕墙玻璃平而运动的，也就是说,入

10、口门框钢结构立柱底端采用平面较接, 这样就可以保证与单层索网结构的变形相协调，避免在风荷载作用下门框钢结构变形过于 “生硕"的影响。地弹赞玻璃旋转门m门套结构连接，门套固结于地面，门套结构与门框钢 结构可以相互错动。图4门框顶部转角结构图5门套与门椎结构可以相互错动五、单层索网结构幕墙三性试验本工程单层索网结构幕墙横向、竖向跨度都比较人，同时此类幕墙属于新型结构幕墙, 在幕墙性能检测上目询属于空口地带，进行性能检测十分必要，而目前国内三性试验的试验 平台最大尺寸不能满足比例为1： 1的三性试验要求。为解决上述的问题，在本工程的三性 试验时我们采取了如下方案：根据现有试验平台的尺寸，选

11、取宽高尺寸为6500mmx 10590mm的试验单元，宽度方向 布置三根竖向拉索，高度方向布置四根横向拉索，包含4x5=20个玻璃板块，玻璃板块尺寸 为足尺且包含各种典型分格尺寸及周边支承条件。山于试验单元横向拉索、竖向拉索跨度相比较于实际工程减少，因此拉索规格也应相应减少, 方能吻介索网结构的变形和性能的实际情况。根据索网变形按煎跨跨度的1/50控制，横向、 竖向拉索的预拉力及内力分配与实际结构相协调这两个原则出发，分析比较结构计算结果, 横向拉索选用0)18高强钢绞线，规格为1x37；竖向拉索选用12高强钢绞线，规格为1"9。 实际试验结果表明，缩小版的试验单元风压变形达到iv级

12、，水密性能为ii级，气密性能为 ii级，因此单层索网结构的性能满足设计要求。图8丿ij位移计测量屮部玻璃与索变形量图9川位移计测量边部索变形量六、单层索网结构幕墙拉索张拉及施工拉索的张拉及成型是关系到单层索网结构幕墙质量的关键因素，因此根据工程实际情况 制定合理的施工工艺和施工顺序意义非常重耍。本节仅为单层索网结构幕墙施丄工艺及施工 顺序的概要说明和原则问题，仅供参考，实际工艺和顺序应根据工程实际情况制定更详细的 施工组织设计并遵照执行。本工程拉索结构张拉施工工艺和施工顺序如下：乩在建筑主体结构施工的同吋埋设支撑索网幕墙钢结构以及索结构锚固端和幕墙收口 等需要的预埋件；b.待主体结构施工和具他

13、相关分项工程施工完毕后，搭设屮庭立面柔索结构玻璃幕墙临时设施支撑拉索，使z在重力荷载作用下不下垂，同时还须采取措施保证拉索与临时支撑装 置的润滑；c.安装横向和竖向拉索以及索网结构的锚固装置以及门框结构，并调整至设计位置；d. 安装竖向拉索以及横向拉索与竖向拉索z间的不锈钢夹具，注意夹具并不具备夹力； 适当张拉竖向钢索，并将夹具调整至设计位置；e. 安装横向拉索,同时设置临时支撐使横向钢索在b重作用下的变形降至最小，适当张拉 横向拉索；f. 在给索网结构横向拉索和竖向拉索施加预应力的过程中，都会引起横向拉索和竖向拉 索的预应力变化，因此需要需要逐步张拉和调整并对整个张拉过程保持监测，保证整个索网 结构成型并且不超过拉索的承载能力；图10対竖向索进行预张拉图11対横向索进行预张拉g. 在横向拉索与竖向拉索交叉处安装标夹具，使之形成单层索网结构，连接夹具并不具 备夹力；h. 在单层索网结构上设置控制点以作为索网张拉过程中的监测控制点；j.选取合理的张拉顺序逐步对称张拉竖向钢索，在张拉过程中，竖向钢索控制点和夹具 向钢索张拉端移动，观测控制点直至跟设计位置吻合；k.选取合理的张拉顺序逐步对称张拉横向钢索，在张拉过程屮，横向钢索控制点和夹具 向钢索张拉端移动，观测控制点直至跟设计位置吻合；l. 当索网预张力达到设计状态时，确保控制点和夹具在设计位置上