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深圳少年宫点支式弧形玻璃幕墙设计与施工技术

文章来源:中国幕墙工程网整理  作者:  日期:2008-10-22 10:05:16
文章概括 :主要介绍了在我国首次采用的五跨竖向连续受力拉索结构体系的预应力施加、控制和检测,以及曲面幕墙的空间定位、安装精度控制等。

  深圳少年宫位于深圳市福田中心区,建筑面积5.29万平方米,工程由少年山、科学山和水晶石大厅组成。水晶石大厅在整个建筑中部,为直径50m,高30m,玻璃展开面积为2850m2的圆柱形玻璃体,玻璃体表面是由610片10FT+2.28PVB+10FT圆弧形曲面钢化夹胶玻璃组成。其主要支承结构是由φ18mm不锈钢铰线经预张拉形成的悬索桁架, 圆柱顶部是由412片异形钢化夹胶玻璃和32扇钢化夹胶玻璃排烟窗组成,投影面积为1486m2。玻璃总重量为232吨,工程是由深圳三鑫特种玻璃股份有限公司设计与施工。

  1. 工程特点与难点

  1.1 预应力悬索桁架属柔性结构,其支撑刚度是通过预应力的施工而形成的,在索桁架形状确定后,其支撑刚度的大小和每榀索桁架的刚度是否一致都取决于施加预应力值和预应力是否均衡。悬索桁架的空间定位和均衡施加预应力是保证玻璃安装精度和受力平衡的关键工序,是本工程的施工难点。

  1.2水晶石大厅的圆柱形玻璃幕墙,是由多片曲面玻璃组成,这就要求每个支撑点有极高的尺寸精度,每片玻璃的形状和尺寸误差要控制在很小的范围内,施工中尺度精度能否达到设计要求是整个施工成败的关键。

  2. 预应力索桁架结构形状与布设

  由于本工程为少年宫,是青少年的活动园地,在索桁架结构形状确定时考虑到结构的形体语言与建筑主题相适应,选用了具有蓬勃向上为内含的Y形多跨竖向连续受力拉索结构体系,这种结构形式在我国是首次被使用在幕墙结构上(如图2)。

  后受力索A-A'、前受力索B-B'、承重索B-B'都是整根连续索,通过悬空杆和固定撑杆上的连接夹块固定钢索形成索桁架结构形状,其中,A'和B'为固定端,A和B为调整端。

  3. 主材的选用

  钢索直径的选定除考虑到能承受50年一遇的最大荷载,同时考虑到视觉及心理因素,在本工程的主受力索(前受力索和后受力索)和承重索都选用1×37φ18不锈钢绞线,其最小破断力为191 KN,弹性模量E=1.45×105N/mm2 ,悬空杆和撑杆及驳接系统均选用1Cr18Ni9奥氏体不锈钢件。玻璃采用深圳三鑫公司生产的2442mm×1988mm的拱高为30mm的10FT+2.28PVB+10FT透明圆弧形曲面弯钢化夹胶玻璃,其透光率为76% ,紫外线阻隔率为99.99%,隔音值为40.5dB。

  4.主要施工工艺

  4.1工艺流程

  测量放线空间定位→尺寸精度控制单元的确定→连接耳板固定撑杆安装→前后受力索安装调整→承重索安装调整→索内力检测调整定位→水平索安装定位→驳接系统安装→玻璃安装→调整打胶收口→交验。

  4.2预应力索桁架的安装检测

  4.2.1空间尺寸定位

  由于本工程是曲面点驳接幕墙玻璃是靠边缘的四个孔通过驳接系统与索桁

  架连接,这就对预应力索桁架的安装尺寸精度有着极高的要求,按可调整度确定索桁架上的每个支撑定位点误差必须控制在±1.5mm以内,因此我们采用了三维空间坐标定位的方法。对每一个支撑点进行尺寸精度控制,同时设定尺寸控制单元和观测点,防止误差积累,对整体圆弧面进行几何尺寸控制(如图3)。每一个尺寸控制单元水平和竖向误差控制在±3mm以内,对角线误差控制在±5mm以内。

  4.2.2索桁架预应力值的确定

  索桁架预应力值的设定和预应力平衡的施工方案决定着本工程的成败。水晶石大厅的索桁架支撑体系,是由90条φ18mm的竖向前后受力索、63条φ18mm的垂直承重索和756条φ10mm的水平稳定索组成.最大高度为27900mm。竖向前后受力索的预应力值设定考虑的因素有:受最大荷载作用时反向索内力大于零的应力、温度变化应力、保持索桁架刚度的应力(剩余张力)、保持索桁架刚度(50年)松驰应力。经SAP8450和ANSYS5.4电算软件作平面和空间整体计算确定:在合拢温度在20℃-25℃时,前后受力索预拉力P1=29KN,垂直承重索的预拉力值P2=33KN。(见图4)

  4.2.3施加预应力

  (1)、在每榀索桁架内,前受力索和后受力索的预应力值误差要控制在1.5KN以内。各榀索桁架中钢索预应力值误差控制在2.5KN以内。

  (2)、用超张拉法达到内力平衡

  竖向受力索桁架是采用整条索通过固定支点形成的多榀桁架。在预拉力施加时只能在一端进行,当预拉力通过固定支点时,因磨擦阻力等因素造成的内力损失,经试验证明每通过一个固定支点其内力损失为10%左右,会出现内力不平衡的现象,为消除此现象,我们采用了超张拉的方法。

  在施加预应力时根据单根索所通过的固定支点的数量按损失的内力值来确定超张拉力。经12小时持荷后将超张拉值松驰到设定的预拉力值后达到内力平衡。

  (3)、预应力张拉步骤

  首先安装垂直承重索并将预应力值一次施加到位,然后安装受力索。前后受力索必须同时在一端张拉,分四步进行:①在索布设结束后先进行第一级张拉,按总预拉力值的20%控制拉力.②经调整达到内力基本平衡,空间定位基本到位后进行第二级张拉,按总预拉力值的80%控制拉力。当拉力到位后粗调悬空杆的位置并保持拉力48小时再进行定位尺寸调整。③当内力稳定后测量每榀桁架的内力损失情况,确定超张拉值进行超张拉,并持荷12小时。④当超张拉内力稳定后将内力放松至100%的预拉力控制值,经测量调整后使每一榀索桁架的内力均达到预张拉值后将节点固定锁紧并与垂直承重索连接锁紧(如图5)。

  4.2.4索桁架检测

  经预张拉后的索桁架要按尺寸控制单元进行全面的尺寸精度检测确保安装

  节点的精度。索内预拉力值的检测使用索内力测定仪进行100%检测,并记录在案,进行跟踪测量。为确保在玻璃安装后的桁架变形量达到设计要求,必须采用配重检测的玻璃安装前进行。配重的重量按玻璃自重的1.2~1.5倍观察支撑结构系统的工作性能和抗变形能力。

  5. 曲面玻璃的质量控制与安装

  曲面玻璃的弯曲尺寸必须按模板进行弯钢化成型检查,与标准弧线吻合度±2.5mm,弦长尺寸公差为±2mm。水平孔位和竖向孔位的尺寸公差为±0.5mm。

  弯钢化玻璃必须进行100%的均质处理(引爆处理)降低钢化玻璃的自爆率,保证玻璃幕墙的使用安全性能。

  玻璃安装的原则是先上后下,先中部后边缘,采取边安装边调整的办法,待全部玻璃安装后进行整体调整,达到设计要求后进行打胶收口处理。