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中关村文化商厦单层索网结构幕墙

文章来源:中国幕墙工程网  作者:王德勤 陈启明  日期:2009-02-12 15:44:33
文章概括 :本文主要介绍目前两类新型结构幕墙——单层索网结构玻璃幕墙、单向拉索结构玻璃幕墙的施工设计,对这两种新型幕墙的在工程上的具体应用、施工设计进行详细描述。

  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,建筑物功能更日趋完善,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,目前已逐步开始在大型公共建筑、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剪力墙结构,建筑幕墙主要采用双层主动内循环和单层索网结构两种幕墙形式。与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环境使用,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直钢索垂直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;连接拉索的转换件均采用预埋形式。由于横向拉索跨度比竖向拉索跨度大得多,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。拉索预张拉成形后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大的拉力,因此边缘构件或边缘结构设计时应优先成为自平衡体系,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。由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。本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,为尽量减少自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Φ34高强钢绞线,规格为1×61,预拉力T=300KN,最不利荷载作用下内力最大值Z=540KN;竖向拉索选用Φ24高强钢绞线,规格为1×37,预拉力T=100KN,最不利荷载作用下内力最大值Z=160KN。高强钢绞线外表面处理采用galfan-coated,在整个施工过程中,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1612mm×2250mm。由于单层索网结构在风荷载作用下,其变形类似“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大;越靠近幕墙几何中心位置,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面板在风荷载作用下,面板四个角点不在同一个平面内,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情况进行强度计算,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大变形来抵御反复正、负风压作用,因此选用合适的硅酮密封胶种类和宽度对于其水密性能、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-16mm。如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%,因此胶缝宽度一般来说需要16mm-20mm。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。

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