单层索网玻璃幕墙

1、12 单层索网玻璃幕墙 单层索网玻璃幕墙由于具有良好通透性而受到青睐。单层索网玻璃幕墙分为单向单层索与玻璃组合体系和双向单层索网体系。如果单向单层索之间没有横向索把它们互相连接起来，就未形成结构体系，就会因整体失稳而破坏，就要把玻璃作为单向单层索的横向结构，即考虑玻璃的作用才能形成稳定的结构。双向单层索网体系靠双向索组成的索网形成稳定的结构。单层索网玻璃幕墙是国外开发的，但没有人给我们提供建造单层索网玻璃幕墙整套技术，完全靠自己摸索，国外也有些资料介绍了一根单索的挠度和内力的关系(见表12-6)，有些人以为表12-6的参数是用来选择最大挠度控制值的，并按最大挠度控制值求出索的内力，这样理解是不

2、完整的，索的挠曲（矢高）越大内力越小，挠曲（矢高）越小内力越大，表12-6所列参数说明了这一点。 表12-6 f/L1/4001/3001/2501/2001/1501/1001/801/601/50N100P75P62.5P50P37.5P25P20P15P12.5P 单层索网幕墙由于两个方向的约束，单层索网的挠度由两边中央逐步增加（不是线性的），表12-6参数说明了一幅幕墙不同部位索的挠曲（矢高）与内力的关系，因此在对索结构分析时，要把整个索网（包括是单向单层索与玻璃组成双向结构）作为双向结构来分析，这样就可求出每根索的挠度和分配到的荷载，从而求出索的内力。在效应分析时要取可变荷载最不利分

3、布，当可变荷载满布时，某些索截面内力最不利，而其他一些索则不然，因此要分别求可变荷载竖向3/4、1/2、1/4满布，横向3/4、1/2、1/4满布，整个索网十字型分割时的1/4分布时的荷载分配与挠曲（矢高），求每根索在荷载最不利分布时的内力，进行截面承载能力验算，如果以为只对可变荷载满布时，挠曲最大的一根索进行验算，可能这一根索不是起控制作用的，按此种方法计算结果设计的幕墙包含着相当大的风险。我们必须对单层索网按双向结构分析，找出每根索在最不利可变荷载分布情况下的挠曲（矢高）和荷载分配，再进入内力分析和截面承载能力验算。 单层索网玻璃幕墙是柔性张拉结构，在没有施加预应力之前没有刚度，其形状也是

4、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。单层索网玻璃幕墙的预应力必须通过结构自身变位条件来维持，如果说张拉拉索是产生预应力的外在因素的话，那么能够通过变形协调条件来维持预应力的存在是产生预应力的内在因素。静定结构的内力可直接求解平衡方程得到，变位协调条件与静定结构的杆件内力无关，这种性质决定了静定结构不能作为预应力结构。相比之下，超静定结构却不相同，超静结构杆件内力并不由平衡条件唯一确定，同时还取决于变形协调条件，这种性能决定了单层索网玻璃幕墙是预应力结构，同时又是超静定结构，这是维持单层索网玻璃幕墙结构预应力在结构形式方面的要求。单层索网玻璃幕墙的稳定与

5、预应力控制是单层索网玻璃幕墙设计、施工技术中的关键问题。 单层索网玻璃幕墙和一般钢桁架不一样，从静力学角度分析，“Maxwell原理”指出：对有j个结点的结构体系必须有：b3j-6个杆件才能使其成为几何不变体系，但是C.R.Calladine指出：存在小于“Maxwell原则”要求杆件数的稳定体系。实际上，“Maxwell原则”是结构在线性条件下处于几何不变的必须条件，而例外的情况在非线性条件下成立，单层索网玻璃幕墙体系保持几何稳定的特征是：1、结构可以发生无穷小机构运动；2、至少存在一个预应力模态，存在可刚化的自应力平衡体系。当此类结构中的杆件长度即将发生改变时，就会在节点上产生不平衡力，该

6、不平衡力能使节点具有恢复初始位置的趋势，使结构趋于硬化。实际上，“Maxwell原则”是结构在线性条件下处于几何不变的必须条件，而例外的情况在非线性条件下成立。不能认为单层索网玻璃幕墙预应力满足了始态的要求就算完成了任务（要满足始态的力系平衡，只要施加不太大的预应力就可以了），还要求预应力系统在终态（即张拉索杆结构承受最大设计水平作用时），任意一根索都不发生松弛，且保持一定大小的张力储备。单层索网玻璃幕墙最早出现在德国，在德国也用得很多，但德国是一个非抗震设防国家，因此，它不可能提供中国这个多强烈地震国家有抗震设防的要求的单层索网幕墙的设计计算方法，这个任务要中国工程技术人员来完成。北京土城电

7、话局信息港四季中庭是在两座建筑间设共享空间，它的外壁要采用单层索网幕墙，根据抗震设计计算，这两座建筑物在设防烈度下，其顶部位移达170mm，钢索不可能有如此大伸长，即两座建筑顶部位移达到170mm时，势必将钢索拉断，在设计时采用了过载保护器，过载保护器装有压缩量为170mm的弹簧。钢索用保险索与锚定结构连接，当钢索内力达到容许应力时，保险索自动断开（即保险索破断拉力的钢索的容许应力）钢索支承在弹簧装置的顶板上，由弹簧装置调节170mm位移，免使钢索破断。1221 哈尔滨国际体育会展中心预应力单层索网幕 哈尔滨国际会展体育中心是黑龙江省哈尔滨市重点工程，是全国首家将展览、会议和体育馆三部分功能统

8、一规划布置，能举办大型展览和召开国际会议及进行国际体育比赛的大型会议工程。工程位于哈尔滨市开发区红旗大街和长江路交汇处，占地面积63万m2，总建筑面积36万m2（图12-77）。 哈尔滨国际体育中心工程由三部分组成：12500个国际标准展位的国际展览中心、综合训练馆、体育馆；2 国际会议中心和宾馆，是含1800座会议厅兼剧场及多种规模的会议厅以及一座38层总高度169.70米的宾馆；35万人体育场。 一理念解读重构建筑内涵1 契合地域 设计中立于地域文化传承，用现代技术手段表现传统文化意韵，使建筑与环境有机结合，赋予会展体育中心独特的形象以及丰富内涵，使之成为哈尔滨市的标志性建筑。2 表征时代

9、 设计中强调完整协调的形体组合，力求以简明大方的整体美感达到可识别性，通过塑造会展建筑标志性的建筑形体、深层的文化内涵充分展现时代风貌。3 弘扬技术 设计中采用先进的技术手段实现建筑功能所需空间，索拱结构、膜结构，玻璃幕墙、金属板材等作为构图元素，将现代会展建筑高技术含量表现得淋漓尽致。4 注重效益 根据会展中心的复合性特征，分别从功能设置、空间高度、交通组织及结构协调等多方面研究其各部分要素的协同关系，并确定相应的设计方法。为避免空间的浪费，将建筑各组成部分有机的加以划分，采用高效实用的立体交通系统，合理组织人流和货运，确保展览、会议和体育设施多样化结合使用的灵活性，从而发挥综合体整体效益。

10、 二功能整合架构系统观念 会展体育中心是处在一定社会环境中的复杂人工系统，它包括展馆、会议中心、体育场馆等内容，多种功能的系统化组合，使单个功能克服了局限性，并在相互依存的基础上，创造了更为广泛与优越的整体功能。同时通过利用系统内部整体与部分、组成结构与功能、整体与目标以及系统与外部环境相互作用，促使系统整体向最优化的方向发展。 三总体布局遵循场地性质在创作中以符合场地性质、功能使用合理分区为原则，充分考虑城市景观与环境承载力，力求布局合理，兼顾建设和远期发展，使该工程建设具有综合的环境效益与社会效益。整个场地以泰山路为界分为东西两区，西区为会展中心，东区为体育中心。三个分项工程坐北朝南，呈U

11、字形布局，环抱南向中心广场，沿红旗大街一侧为国际会议中心、剧场以及为会议服务的超高层宾馆，沿长江路由西向东一字形布置国际展览中心、综合训练馆和万人体育馆；南直路一侧为5万人体育场。城市干道泰山路南北方向穿过综合训练馆下；另设有三条穿越展览中心的消防通道和能进入体育场的消防通道；整个场地内共设有8个道路出入口，与城市道路相连，车辆进出方便快捷。 四空间调度诠释高效品质1 内部空间展厅从功能实用、人员安全疏散和节能等角度综合考虑划分为相对独立又紧密联系的三个展厅，由南侧宽21m的共享长廊联系在一起，每两个展厅之间设一条室外街，街道两侧的分隔采用玻璃幕墙，其作用是在保证各展厅之间视线通畅的同时，也能

12、使各展厅之间通过室外街建立便捷的交通联系。在紧急事故时，三条室外街作为安全通道可以疏散大量人员，7.20 m的净宽度还可以保证消防车顺利通行。此外通过室外街分隔墙的开启和关闭，各个展厅既可单独使用又可根据不同展览规模联为一体。每个展厅均有独立的空调系统及展览配套设施，展位满足3 m ×3 m国际标准模数，展厅最低净高为15.30 m，在满足10 m国际通用净高的同时更有利于实现蓄烟排烟方式。国际会议中心和宾馆部分平面形式为富于生机的“叶”形，既隐喻建筑与自然的和谐，又通过“叶子”的上、中、下部设置的三个中庭空间将平面功能有机的组织在一起，建筑内部功能紧凑，有序，空间设计收放自然、适度

13、。三个大小不同的中庭既缓解了大量人流带来的紧张，又创造了充满动感活力和凝聚力的公共空间，使空间更具流动性、开放型和多功能性。为改善高层环境质量，我们在塔楼顶部设六组边厅共享空间，作为地面公共活动在垂直方向的延续和补充，更为重要的是它将阳光、绿化、空气等自然生态元素引入高层建筑，赋于建筑更为完善的生理机能。训练馆和体育馆设计均按标准比赛场地考虑，同时也兼顾体育建筑与会展建筑的互补。室内训练馆部分为综合训练馆的核心内容，所有建筑空间均围绕它进行组织设计，其功能具有长期性和开放性两大特点。结构形式采用单层大跨度钢结构索拱体系，为田径馆及乒乓球馆提供了无柱大空间。从自然采光和节约能源的角度出发，我们在

14、造型设计上采用南高北低的做法，南面利用点支式玻璃幕墙作为间接采光面，形成采光廊，避免眩光。此外屋面每隔15 m设置面积为660平米的三角形玻璃天窗，由自控系统控制启闭，可获得良好的通风和火灾状态下的排烟。2 外部空间三个分项工程在该地段集中布局，节约用地，既提高了绿化率，又为大面积室外展场提供了场所。室外中心广扬主要用以组织集会、室外展览、交通集散、居民游览休息等功能。会议中心邻近展览中心，便于提供会议期间的展览场地，展览中心与综合训练馆联合布置，可以互为借用，体育馆也可在比赛时作为运动员热身场地。沿场地周围主要干道设置多处室外停车场和下沉停车场，便于交通快速疏散。 五形式创作表达技术美学先进

15、的结构技术、新型的建筑材料赋予设计师丰富的建筑语言，展现了现代建筑的无穷魅力。我们从建筑自身的技术美学出发，强调综合设施的统一性和整体感。优美的轮廓线体现了建筑群的自然有机，曲线与直线交强的语汇体现着人与自然、人与建筑、人与人之间的互动关系。在营造连续而丰富的空间效果的同时，展现了大型城市公共特殊视觉特征。建筑群以超高层会议中心和宾馆作为景观序幕，经过展览中心、综合训练馆、体育馆形成的连续稳定的空间序列，至5万人体育场作为收尾。建筑群天际轮廓线变化丰富，起伏跌宕。建筑群整体形象简洁流畅，其强烈的雕塑感和明快的色彩赋予建筑造型鲜明的时代特征和强烈的视觉志震憾。六技术支持综合创新理念技术不仅是建筑

16、创作的物质基础，更是实现空间的可靠保障。设计中优化技术措施，采用高技术手段来实现建筑功能的需求。主体展厅采用先进的钢结构索拱体系，形成128 m跨度的无柱空间，目前在国内同类建筑中位居领先。哈尔滨国际会展体育中心工程设计中采用的预应力垂直单索结构玻璃幕墙系统在国内尚无应用实例，为防止哈尔滨地区寒冷的冬季因室内外温差通过连接件不锈钢金属热传递而在室内玻璃表面出现结露或冷凝等现象，设计中采用两各专利技术及科研成果：第一种为中空玻璃外置式连接件，其特点在于室外有一球形不锈钢金属扣盖，在扣盖与连接件外表面间设绝缘隔热材料，隔断室内与室外的热量传递；另一种为中空玻璃内置式连接件，其特点在于连接件置于中空

17、玻璃内片玻璃上，不穿透外片玻璃，完全隔断室内外热量传递。此外，工程采用的雨淋自动灭火系统，楼宇自动化智能控制系统，大空间远距离送风系统，都经过优化设计，并应用多项国内外成熟技术。复杂的高科技网络，赋予建筑新陈代谢的生命力，使它获得无限生机。 A工程鸟瞰图 b.工程立面图图12-77 哈尔滨国际体育会展中心立面图1幕墙结构体系 由于建筑功能及建筑艺术的要求，四周立面大面积采用了玻璃幕墙作为外围护结构，幕墙面积共33800平方米。两侧山墙及长江路立面标高15.00米以上采用了预应力索桁架点支式幕墙；黄河路立面大面积采用了铝合金明框幕墙及通风百叶；透光长廊部分采用了预应力单索幕墙，幕墙总长度561米

18、，高12米，幕墙面积共5400平方米（图12-78）。a.总剖面图 b. 透光长廊透视图图12-78 总剖面及透光长廊透视图为与主体钢结构支撑柱15米间距相呼应，透光长廊单索幕墙抗风柱采用平行弦桁架，间距7.5米（图12-79）。设计中考虑主体建筑伸缩缝的设置情况采用了单层索网45米跨张拉单元，在伸缩缝的左右两侧。设置了三角形空间钢构架，以增加单层索网结构体系的边界刚度。玻璃分格基本尺寸为1875mm×2800mm，面板玻璃采用的是12+12A+10钢化中空Low-E玻璃。沿玻璃水平及竖向分格处设置了22不锈钢拉索，用以承受水平及竖向荷载。a.单元立面玻璃分格图 b.单元立面索网布置

19、图 c.幕墙抗风柱剖面 d.竖向拉索剖需图12-79 单索幕墙单元结构示意图2幕墙结构传力途径 水平风荷载由玻璃面板通过矩形爪点传给竖向及水平不锈钢拉索，水平不锈钢拉索承受的水平荷载由幕墙抗风柱传递给抗风柱顶部钢结构及底部混凝土梁；竖向拉索承受的水平荷载一部分传递给底部混凝土梁，一部分由竖索顶部钢构架通过其两侧幕墙抗风柱传递给底部混凝土梁。幕墙自重由竖向拉索通过顶部钢构架和幕墙抗风柱传递给混凝土梁。3幕墙结构的节点构造设计31水平与竖向拉索构造节点水平与竖向拉索采用矩形爪点的构造措施（图12-80），矩形爪点构造尺寸为260mm×80mm。为加强爪点抵抗水平负风压的能力，爪点采用了槽

20、形构造。爪点外夹片与内夹片用不锈钢螺栓相连。在内、外夹片的背后，由两块带凹槽的压块通过四根不锈钢螺栓将水平与竖向拉索锚固锁紧。图四12-80 矩形爪点节点构造示意32水平单拉索边部节点 水平单拉索的两端张拉在变形缝两侧的三角空间桁架上（图12-81），为加强边部节点与三角空间桁架的刚度，采用了加劲板的构造措施。在最大水平荷载作用，拉索的最大变形为150mm，为防止单索端头张拉装置中螺杆与矩形爪点夹具扭曲影响，采用半球铰夹具使螺杆在夹具内有万向±5°的旋转自由度。 图12-81 水平索边部张拉节点示意图33竖向单拉索顶部与底部节点 在幕墙顶部设置片式钢桁架，用以承受竖向单拉索

21、的拉力，竖向单拉索顶部调节张拉装置与水平单拉索相同，采用半球铰夹具，拉索固定锚固端螺杆在夹具内可有±5°的万向旋转自由度（图12-82）。由于玻璃为脆性材料，在幕墙玻璃顶部采用了风琴板密封屏，用以防止主体钢结构及屋盖和单层索网变形导致玻璃破损的现象发生。 图12-82 竖向拉索顶、底部节点示意图在底部设计有300mm高的大理石踢角，防止哈尔滨冬季积雪对玻璃清洁的影响。竖索的底部与顶部不同，拉索固定锚固端由锁头通过耳板与预埋件相连。34伸缩缝处节点设计主体建筑伸缩缝每45米一道，在其两侧各设置一榀三角形空间桁架，幕墙玻璃在伸缩缝处断开，用单独设计并开模的铝合金型材封边收口（图

22、12-83）。受温度影响时，每45米跨伸缩缝索网单元间相互不受约束和限制，保证了结构的安全。 图12-83 伸缩缝处节点示意图4索网结构体系静力计算分析41基本参数取值4.1.1基本风压取WO=0.55KN/m2，地面粗糙度类别:B 类;风压高度变化系数Z取1.0;风荷载体形系数S取1.2;风振系数Z取2.0;4.1.2地震设防烈度：地震烈度为6度，抗震措施按7度考虑；4.1.3玻璃配置为钢化中空Low-E玻璃，12(FT)+12A+10(FT)，自重0.6Kpa，弹性模量E=1.0×105N/mm2。4.1.4水平及竖向拉索采用22不锈钢拉索。弹性模量E=1.25×105

23、N/mm2，破断强度为304.80KN。4.2索网体系空间计算 4.2.1结构计算模型 在索网体系计算中，选取7.5米跨进行空间有限元分析，计算模型（图12-84）。在计算中其边界条件假定为：水平拉索与两端幕墙抗风柱、竖索与顶部片式钢桁架及底部考虑为铰接，约束三个方向线位移；幕墙抗风柱顶端铰接，约束平面外位移。水平与竖向拉索边界条件考虑足够刚性，索网不受主体结构变形的影响。索网尺寸为7500mm×12000mm。每个节点承受的荷载为：PK1=7.2KN, PK2=6.93KN，PK3=6.44KN，GK1=3.94KN，GK2=4.23KN 。图12-84 单层网索体系计算模型4.2

24、.2构件截面 幕墙抗风柱采用Q345无缝钢管。水平与竖向22不锈钢拉索采用1×37规格单股绳，主要杆件截面见下表12-7。 表12-7 名称前弦杆后弦杆垂直腹杆斜腹杆水平索竖向索截面180×10168×889×589×522224.2.3索网强度及变形分析为保证幕墙玻璃的安全，应控制单索网结构体系的变形，变形过大，会对幕墙玻璃造成不利影响；反之，单层索网变形控制过严，索的拉力亦随之增大，对单层索网边界的刚度要求就越高。单层索网本身不变形时，整个体系是没有刚度的，只有产生变形才有刚度，因而索网的挠度和结构刚度密切相关。随着荷载的增加，结构的位移在

25、增加，随之结构刚度在增加。因而在相同荷载增量下，结构的位移增量随之减小，相应索的伸长量减小和索拉力增加的减少。为达到理想的设计效果，就要求在单层索网变形和索的拉力二者中求一个最佳的结合点。表12-8 各种不同控制挠度变形下索的拉力与应力对照表挠度限值索的预应力（N/mm2）Z向挠度（ mm）索拉力（KN）索应力（N/mm2）Fx（KN）Fy（KN）L/45166.720f=0.18×1350=243.016497.83429.997.7281.68L/5015020f=0.23×1350=310.5148.4105.42463.6105.4293.13L/9083.322f

26、=0.25×1350=337.581.3113.87394.9110.50113.81L/1007522f=0.28×1350=378.071.7123.53428.4120.12123.48表12-8中，Fx 、Fy为x、y向的最大支座反力，L=7500mm，计算中考虑预张力70KN。从表中我们可以看出，在索的预应力相近，Z向挠度相差不大时，因其支座反力略小宜优先采用细的拉索。根据ANSYS有限元计算结果，拉力最大值出现在节点单元号6，最大拉力105.42KN，拉应力463.6N/mm2；最小值出现在节点单元号14，最小拉力81.16KN，拉应力356.3N/mm2。实际

27、工程设计中，以L/50挠度限值来进行设计，索的拉应力合理取值范围界定在387464.4Mpa。为增加单层索网结构体系安全储备，水平与竖向拉索采用22不锈钢绞线。5幕墙试验对幕墙设计的保证5.1预应力单层索网结构是本工程的关键性结构，加工制作要求高，单根拉索的张拉工艺与施工方法较为复杂。其力学性能、单索的张拉工艺、设计中计算参数的取值及节点构造措施等均有赖于试验验证。本次试验在深圳三鑫公司索结构试验中心进行，试验检测由广东省建筑幕墙质量检测中心负责。5.1.1试验目的a.采集单层索网结构在各种分级荷载作用下的各种数据，和理论计算结果比较，积累和实测设计参数，验证设计的正确性；b.检验单层索网的强

28、度和变形是否满足要求；c.通过实验验证单索结构的节点构造以及施工过程中可能存在的问题。5.1.2测试过程与方法 本次试验选取的平面索网长边跨度为11200mm，分布3条单索，索间距从左到右依次为3000mm、2800mm、2800mm、2400mm；短边跨度为7500mm，分布3条单索，索间距均分为1875mm（图12-85）。 主索为1×37股22不锈钢绞线，每股直径为3.15mm。以沙袋重量来模拟水平风荷载由玻璃面板通过矩形爪点传递来的集中力，每个节点的设计荷载为：PKA= PKB= PKC=7.20KN; PKD= PKE= PKF=6.93KN; PKG= PKH= PKI=

29、6.44KN。 图12-85 单索结构试验示意图试验过程：首先安装试验所用的吊蓝、水准仪、直尺、重物及位移计、百分表等试验工具及设备，然后对平面索网进行预张拉，预张拉力70KN，以短边跨度的两端节点为参照物记录位移初始值。分别施加0.25PK、0.5PK、0.75PK、1.0PK的设计荷载，保持10分钟左右，记录各个荷载值下的位移值。 5.1.3测试结果 各个节点不同荷载情况下索网位移与拉力见表12-9、表12-10、表12-11。表12-9 A、B、C三个节点位移与内力数据表施加荷载（KN）A节点位移（mm）B节点位移（mm）C节点位移（mm）最大索拉力（KN）1.8033.0341.853

30、2.884号传感器103.733.6062.9077.6061.005.4090.03109.8584.38最小索拉力（KN）7.20111.28134.85105.136号传感器90.33卸载后残余位移（mm）2.402.602.00 表12-10 D、E、F三个节点位移与内力数据表施加荷载（KN）D节点位移（mm）E节点位移（mm）F节点位移（mm）最大索拉力（KN）1.7332.6550.4040.654号传感器103.733.4768.6592.4073.155.20104.15132.40103.65最小索拉力（KN）6.93125.40143.90127.406号传感器90.33卸

31、载后残余位移（mm）0.900.900.90表12-11 G、H、I三个节点位移与内力数据表施加荷载（KN）G节点位移（mm）H节点位移（mm）I节点位移（mm）最大索拉力（KN）1.6131.2539.5030.154号传感器103.733.2258.7574.5056.654.8384.63105.7580.78最小索拉力（KN）6.44105.50131.00101.406号传感器90.33卸载后残余位移（mm）2.132.251.78试验中最大变形出现在B节点，最大位移140.90mm，与理论计算误差率3%；最大索拉力103.73KN，与理论计算误差率1.6%；最小拉力90.33KN，

32、与理论计算误差率3%，实测数据比理论分析略小，但误差皆在5%内，验证了设计当中计算参数取值及理论分析是比较可靠的，能真实的反应单层索网结构实际情况，并且从另一个方面说明了试验结果是可信的。由此我们可以得出结论：本工程采用直径为22的水平与竖向单层索网结构体系，在预张力为7吨时索网的强度储备和刚度均能满足设计要求，即安全系数K=2.53.0，挠度fL/50。1222 北京土城电话局信息港四季中庭点支式玻璃幕墙 北京土城电话局信息港四季中庭点支式玻璃幕墙采用了单层平面正交预应力网索作为玻璃幕墙的结构支承系统，本工程结构体系的特点是柔性大、变形大、结构轻盈，几乎无视线遮挡，这种结构系统非常先进，目前

33、世界上仅有德国慕尼黑Kinpansky酒店、德国的Bad Neustadt 大厦和新加坡的Tampines 中心工程中成功采用。 单层平面索网点支式玻璃幕墙设计，利用顶部钢桁架、底部钢筋混凝土地梁、两侧三角构柱为索网边边缘固定结构，采取对每根水平、竖向高强钢索施加预应力，按设计受力状态，形成单层平面预应力索网作为点式幕墙的支承系统。整个结构通过在钢索中施加预应力使结构体系保持人们可以接受的变形，另一方面又通过允许索网结构在最大理论荷载下产生较大的柔性变形而减少边缘结构尺寸度，从而达到建筑设计通透、美观的效果。采用德国PFEIFER镀铝高强钢索，其特点是强度高，不易腐蚀，防火，及塑性变形小等。

34、1单层平面索网设计要点(1)索网结构与原结构关系 索网结构通过耳板与边缘主体结构预埋件连接。(2) 索网本身受力必须控制在材料强度允许范围内。 （3）主体结构与索网结构的等强连接件必须满足索网受力要求（大与索网受力、小与主体结构受力）。(4) 水平索施加预应力(120kN)主要承受风荷载，竖向索施加预应力(15kN)主要承受立面幕墙自重。(5) 水平索与竖向索在交汇处位置应错开，外皮相距30mm。(6) 索网的卸载与加荷： 根据幕墙横向跨度与高度的关系计算出50年一遇最大风荷载的受力。本工程专门设计了TC-JD-ML拉索过载保护器作为地震卸荷保护装置，其主要工作原理是在水平受力结构中确定1个薄

35、弱点,即过载保护器卸力点(300kN±10%)，当地震力达到该值，保护杆断裂，过载保护器碟簧受压反弹达到平衡状态，以达到卸荷目的，保护钢索不被拉断。通过调节丝筒收紧正反丝扣给拉索施加预应力。 2002年6月举行了单层索网结构幕墙系统论证会，专家们进行了讨论研究，结论为:：单层平面正交索网结构幕墙系统的设计合理，计算结果清楚可靠，施工图具有可实施性。索网系统过载保护装置能在大震状态下同时保护主体结构和幕墙的结构系统安全。该设计概念属于国际领先水平。单层索网结构幕墙系统在边界条件为刚度较大并在索网拉力较大的前提下，即使在北京地区高地震烈度、高风压的条件下仍可以安全使用。 图 12-86单

36、层平面正交网索体系是柔性的张拉结构，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，成为能承受外荷载的结构。工程立面见图12-86。图中两端高楼彼此独立，相互之间无固定连接，中部为四季中庭点支式玻璃幕墙。图中的竖向钢索除承受玻璃幕墙的自重和竖向地震荷载之外，还承受部分风荷载。图中的横向索主要承受风荷载和水平地震荷载。设计时，保证钢索在风荷载和自重作用下拉力不超过设计允许值，但钢索在中震和大震情况下内力可能很大，使得玻璃幕墙在水平方向上产生很大的位移。由于两端高楼之间无连接，地震时两端高楼可能同时向外移动，即发生相离位移，横向索将承受非常大的拉力。如果

37、将横向索拉断，玻璃幕墙将发生整体崩溃。为了避免发生这种情况，在玻璃幕墙的横向索两端需要安装过载保护装置。2过载保护器的原理和应用。1）过载保护器的构造过载保护器的外观见图12-87，工作原理见图12-88，每根横向拉索的两端各安装一个过载保护器。在过载保护器中，连接杆也称保险丝和应力保持装置是核心部件。 图 12-87 图 12-882） 过载保护器工作原理2.1原理综述过载保护器的作用是为了避免结构及钢索在拉力过大的情况下发生破断或将过大的拉力传给索端的锚固结构。假设保险丝的破断拉力为F0，且低于钢索的破断拉力，在正常工作状态下钢索中的拉力低于F0，此时拉索头与结构间的连接为直拉连接，连接杆

38、称保险丝，应力保持装置不起作用，如图12-88。当地震造成索端锚固结构发生相离位移时，拉索的拉力增大。当达到F0时，保险丝被拉断，启动应力保护装置，从而释放作用在结构上的拉力，索的内力降至小于初始预拉力状态，如图12-89。假设L为经过计算的拉索极限变形量，以保险丝拉断为分界点，把应力保持装置工作状态分为两个阶段。第一阶段即拉力达到F0时，保险丝拉断的瞬间，应力保持装置启动，拉索总长度延长，索拉力开始释放，并与应力保持装置内力平衡。第二阶段，主体结构继续移位，当达到大震时的位移值时（设计要求为3/1300H， H为玻璃幕墙的高度）应力保持装置合力不应超过F0。在这一阶段中，应力保持装置被继续工

39、作，但水平索的绝对长度增长不大，横向索内力增长较为缓慢。横向索作用于主体结构的拉力被控制在主体结构设计的允许范围内。这样即不会发生水平索被拉断，也不会对主体结构产生更大作用，避免发生整体破坏。 图 12-892.2 计算分析第一阶段：保险丝拉断，拉索回缩，拉索内力开始释放，拉断保险丝时的F0为拉索控制内力。设L1为变形量，K为总弹性系数，E为拉索的弹性模量，A为拉索的横断面面积，L为拉索原长，则系统总压力：L1K拉索剩余内力：F0-2L1EA/L（两端各安装一个保护器）拉索剩余内力与装置压力平衡：F0-22L1EA/L=L1K等式简化得：L1=F0/（K+2EA/L）=LF0/（LK+2EA）

40、 （12-4） 第二阶段：主体结构继续发生相离位移，拉索内力、装置压力开始增大，拉索和两端应力装置视为串联在一起的弹簧共同受力。假设结构发生的继续位移量为L2：L2=L2K（变形量）+L2c（1/2拉索伸长量） （12-5）弹簧总压缩量：L1+L2k 相对于F0内力保险丝破断前的拉索长度,现在拉索的长度变化量： 2（L2c-L1）第二阶段拉索内力与弹簧压力平衡：（L1+L2K） K= F0+2（L2C-L1） EA/L （12-6）为了保证在大震作用下结构相对位移时，装置内力不超过F0。需要等式（12-6） 左边结果小于F0； 即 L2cL1 （12-7） 等式（12-6）简化：L2kK=2L

41、2c EA/L 或：L2k=L2C EA/LK （12-8）将（12-8）式代入（12-5）式，得第二阶段拉索伸长量：L2C=L2/（1+2EA/LK）=LKL2/（LK+2EA） （12-9）第二阶段装置变形量：L2K=2L2EA/（LK+2EA） （12-10）由（12-7）式得：LKL2/（LK+2EA）LF0/（LK+2EA）上式简化：KF0/L2，式中L2是拉索在结构发生最不利位移（本工程为3/1300H）时的极限伸长量，是一定值，因此只要K值略小于F0/L2，由于装置的保护作用，拉索中就不会产生大于F0的拉力。装置可以通过自身的变形适应主体结构的相离移位，使拉索中的内力增长速度变得

42、极为缓慢。单层平面正交索网点支式玻璃幕墙是一项全新的技术，由于安装了过载保护器，极大的增加了其安全性。这种保护装置为推广索网结构提供了可靠保障系统。 3单层平面索网点支式玻璃幕墙施工工艺 3.1拉索侧面墙顶预埋件的施工调整(1) 在钢结构安装时，确定立面幕墙的垂直面(即玻璃外皮垂直面)，将玻璃外皮投影在地面上，弹出基准黑线。(2)用经纬仪将该线投侧到墙体上，弹线确定预埋件的中心线，根据图纸尺寸向室内后退154mm.即为拉索柱脚的中心线(垂直)位置。(3)根据玻璃水平分格线，每层玻璃的标高水平线胶缝中线即为每层拉索的水平中心位置线(水平线)。（4)水平线与垂直线交点即为预埋件的中心点。(5)根据

43、玻璃水平分格即可确定每件预埋件必须调到的理论位置。(6)实测每件预埋件现有表面到理论放线的位置，即可确定每件预埋件的调整量，做好记录。3.2支座的安装(1) 将水平支座在地面划好中心交线备用。(2)将调整好的预埋件按2.1的放线方法重新放线1次，确定中心点。(3)将水平支座对应中心点点焊在侧面预埋件的中心位置。(4)点焊完毕后重新复测1次，无误后按图纸要求焊接完毕后报验，并涂防腐、防火涂料。3.3地面支座及水平桁架上支座板的安装(1) 地面预埋件的调整、地面支座的焊接与侧面埋件的处理方法相同。（2）在地面划出水平桁架支座耳板的中心线。（3）在水平桁架上划好玻璃分格线，同时测出并画好标高线。（4

44、）将水平桁架上的中心点与耳板中心线重叠焊好报验。3.4水平拉索安装(1) 将过载保护器与水平拉索两端用销轴固定到位。(2)两端同时用电动胡葫芦将过载保护器吊到支座安装位置,用销轴固定。(3)用吊锤钢尺检验垂直度偏差,正旋拧紧调整螺丝，将拉索收紧到初步预应力阶段，以螺丝水平进出位移值控制。(4)用水准仪测量水平位置偏差，允许偏差为±3mm。用测力扳手轮流按80%、90%、95%、100% 4级施加拉力；每级按对称原则逐根拉紧，每级每次拉力偏差不超过±5%。水平索拉紧顺序为1、11、10、2、3、9、8、4、5、7、6(拉索按自上而下顺序编号)。3.5竖直拉索安装(1) 将拉索

45、两端调整丝调到最近距离，以能锁上为宜。(2)在水平桁架上端固定1个定滑轮，吊装上端拉索。(3)先固定上端拉索头，再固定下端拉索头。(4)同时收紧两端紧固丝，至最初加力状态，依次安装(方法同水平拉索)垂直拉索紧顺序为1、15、14、2、3、13、12、4、5、11、10、6、7、9、8(拉索按自左而右顺序编号)。3.6预应力的施加(1) 水平拉索预应力的施加 4人分别在水平们索两端用扳手同时收紧螺丝加力，加力值根据技术部门提供的索头水平位移来控制。(2)竖直拉索预应力施加 直接在拉索头上用扳手调整，方法同水平索。张拉索的预应力施加，可采用控制旋紧索具接头螺纹副的旋紧力矩T方法进行。此时，根据索具

46、接头螺纹规格尺寸及预紧力矩值，采用扭力扳手，控制旋紧螺母的旋紧力矩大小，达到预紧力的要求。其关系按下式换算： T=Fdtan(+e) (12-11) 式中: F-预紧力（N）； -螺纹升角； e -螺纹当量摩擦系数，取0.5； d-螺纹中径（mm）。（12-9） 式简化为T=KFd， K=0.120.2.3.7十字压块的安装竖向及水平拉索预应力施加完毕，在十字正交点安装压块，用螺丝压紧即可。3.8不锈钢爪安装(1) 不锈钢爪用螺丝与拉索压块连接。(2)用水平尺在水平与竖直方向调整钢爪位置，紧固螺母,固定钢爪。3.9玻璃安装(1)用电动葫芦、专用布带捆绑玻璃，下面用2根拉绳保持吊装的稳定性，上好

47、扣件，扣件与玻璃间打少量密封胶防渗漏。（2）起吊玻璃至安装位置，用扳手将扣件与钢爪固定，拧紧螺丝。4单层平面索网点支式玻璃幕墙检验标准1）立面拉索耳板执行钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001第5.2.4条中二级焊缝的标准。定位轴线偏差控制在±3mm，采用钢尺测量。2）过载保护器安装验收标准按设计要求安装，各受力杆安装应力误差控制在±10%以内。3）竖向、水平向拉索安装验收 竖向拉索应力允许偏差不超过设计值的±5%；水平拉索不超过±10%。安装垂直、水平偏差均3mm。用吊锤、水准仪检测偏差；应力的测量则可采用传感器、扭力扳手和伸长量换算等方式

48、。 单层平面正交网索点支式玻璃幕墙是一项全新的技术，由于安装陆军载保护器，极大的增加了其安全性。本工程研发的这种保护装置为推广应用网索结构提供了可靠保障系统。12.2.3 新保利大厦柔索玻璃幕墙 北京新保利大厦位于北京市东城区东四十条桥西南角，由北京新保利大厦房地产开发有限公司建设，美国SOM国际建筑设计有限公司、北京特种工程设计研究院设计，钢结构与钢筋混凝土结构的组合结构，建筑面积：108488m2，地下四层，地上十三层，檐高105m。柔索玻璃幕墙及雨棚由沈阳远大铝业集团设计、加工制作和安装。一、 柔索幕墙方案的简要说明 图 12-90 建筑物的东北立面和南立面采用大面积大跨度的柔索网幕墙玻

49、璃，尤其在东北立面上，通过主索和吊楼的连接将建筑物东北立面组合成三片相互拼接的柔索玻璃幕墙，丰富了建筑物的立面形式，更好的表达了建筑师的设计理念。吊楼的荷载一部分传给主楼，另一部分则通过连接在吊楼的四根主索传递给主楼。四根主索一端锚固主体结构上，另一端则分别连接在吊楼顶部的两个摇摆机构上。其中一个摇摆机构的两根主索不仅承担着传递部分吊楼荷载的任务，而且还要传递部分东北立面柔索幕墙的荷载。正由于这两根主索的设置，东北立面柔索幕墙被分格为三块相互联系的拼折面，与南立面平整的柔索玻璃幕墙形成强烈的反差。这种反差与吊楼一起组合形成建筑物的独特意境，表达建筑师的创新理念。 南立面柔索幕墙的索网结构可靠固定在幕墙四周的主体建筑结构上。横向水平钢索的跨度为27米,竖向垂直钢索的跨度49