点支式玻璃幕墙结构设计探析

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1、点支式玻璃幕墙结构设计探析　　摘要：本文介绍了点支式玻璃幕墙简介，结合实际工程，对自平衡拉索桁架结构和鱼腹式索桁架结构中支承结构形式的应用展开了具体的讨论。关键词:点支式玻璃幕墙钢结构设计中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：该工程由展厅和配套会议设施两部分组合而成，总建筑面积达69000m2，幕墙面积达40000m2，整个建筑规模宏大，气势磅礴。在造型及选材方面，建筑师体现了超前意识，工程大面为玻璃幕墙和铝蜂窝板幕墙，并饰以大块装饰条带，大量线条的运用使整个建筑风格更加挺拔雄伟，折射出强烈的时代感和韵律感，如

2、图1所示。图1工程玻璃幕墙示意1点支式玻璃幕墙简介9根据建筑师的要求，在展厅东立面，既要充分利用主体结构的布置特点，将玻璃幕墙结构与主体结构组成一个合理的受力体系，又要最大限度地减少幕墙的材料用量，降低成本，以使幕墙整体效果轻盈、明快、新颖，获得较好的通透性，最大限度释放室内的使用空间。原展览厅和会议厅主体部分采用钢筋混凝土框架结构体系，柱距12m，均匀布置，在标高14.150m和23.300m处各有钢筋混凝土结构梁一道。由于原主体结构较为简单，玻璃幕墙本身距离原主体结构较远，高度达24m，并且有大型雨篷和采光顶，普

3、通的拉索幕墙难以满足要求。为实现上述设计要求，本工程采用竖向自平衡拉索桁架结构作为幕墙结构主受力体系。自平衡索桁架结构的底部与基础铰接，上部同从标高23.300m钢筋混凝土梁伸出的钢梁连接。同时将1榀自平衡拉索桁架柱分为上下两段，中间从标高14.150m的钢筋混凝土梁伸出的水平钢管与结构梁相连(见图2)，这样不仅充分利用了主体结构，而且降低了自平衡索桁架的计算跨度，有利于自平衡索桁架结构受力。图2自平衡索桁架该工程点支式玻璃幕墙部分南北方向长136.3m，东西方向长17.813m，结构体系较为复杂，多处设计在国内幕墙

4、界鲜有先例。自平衡拉索桁架柱沿水平方向每6m布置1榀，竖向自平衡索桁架之间布置水平鱼腹式索桁架结构，如图3所示。竖向承重索间距2.0m，水平鱼腹式索桁架沿垂直方向间距3.0m均匀布置，玻璃分格为2000mm×3000mm。图3水平鱼腹式索桁架2材料的选用9该工程结构的防腐，玻璃面板的节能等性能有很高要求，材料的选用必须严格把关。2.1面板玻璃幕墙面板采用12(FT)+12A+10(FT)LOW-E双钢化LOW-E中空玻璃，充分应用了现代先进材料工艺的隔声、隔热、保温、防结露等卓越性能，属节能产品。钢化玻璃有优越的抗变

5、形、抗冲击性能，既使破裂后，也会以小颗粒状散落，更大地提高了安全性能。2.2钢桁架材料及其表面处理钢管桁架采用Q235B钢管。对接式钢管接头，钢管对接有衬管。钢管表面进行喷砂除锈，除绣等级为Sa2.5，表面粗糙度为Rz45～70m，然后立即喷涂无机富锌底漆，涂层厚度为40～50m，环氧云铁中间漆，涂层厚度为60m，氟碳喷涂面漆，涂层厚度为60m，总干膜厚度≥180m。2.3拉索桁架拉索桁架选用了防腐性能高的SUS316材质，索选用12mm、16mm、22.5mm不锈钢钢绞线，等效弹性模量为1.25×104N／mm2，

6、承重索采用12mm不锈钢钢绞线。2.4驳接结构系统不锈钢驳接系统采用2540系列驳接爪，配以可转式浮头驳接头，大大改善了玻璃的受力性能，且均选用了防腐性能高的SUS316材质。93结构设计3.1荷载和地震作用根据要求，取基本风压值：0=0.60kN／m2，地区粗糙度类别：A类，地震设防烈度:6度，工程设计使用年限:50年。3.2主要构件计算方法1)玻璃采用ANSYS计算系统，按四角支承板建模计算最大弯曲应力。2)钢桁架采用ANSYS计算系统和SAP84系统对比计算，外荷载作为集中力施加于节点，建模计算最大应力应变。3

7、)抓点结构采用ANSYS计算系统建模，进行有限单元分析和利用应力应变试验测得数值对比。3.3预应力值考虑用于固定悬空杆的拉索在安装和调整过程中必须考虑合理的应力值，才能保证在玻璃安装后受自重荷载的作用下结构变形在允许范围内。1)横向受力索内应力值的设定主要考虑如下几个方面：①结构水平方向受力；②拉索调整器的螺纹的粗糙度与摩擦力；③连接拉索锁头、销钉、调整杆所允许承受应力的范围；④支撑结构、边界条件所允许承受的拉力范围及在施工时的温度等。92)通过ANSYS系统计算，为了保证索桁架在最不利荷载的情况下不会松弛，及保证桁

8、架在最不利荷载的情况下不会松弛，及保证桁架位移控制在1/200以内，需要给12mm拉索初始张拉力为19.6kN，需要给l6mm拉索初始张拉力为30.45kN，给22.5mm拉索初始张拉力为76.62kN。3.4驳接头的设计机理可转式浮头驳接头如图4所示，可以让玻璃在风压作用下有较大的活动空间，大大减少了玻璃开孔处的应力集中，更大地提高了玻璃的安