航海博物馆双曲面高预应力索网报告12.13.ppt

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1、上海中国航海博物馆双曲面超预应力索网玻璃幕墙设计及施工报告2012年12月工程的特点和难点二设计方案三目录一工程概述施工方案四结构计算五工程的特点和难点二单层曲面索网玻璃幕墙风屋面侧面隐框玻璃幕墙风帆屋面中国航海博物馆中央帆体幕墙工程基本体系由风帆屋面，异型双曲面超预应力单层索网玻璃幕墙以及边侧玻璃幕墙等3部分构成（图1.1）。中央帆体的建筑外形犹如两片风帆，位于12m屋顶平台上，高度约58m（风帆顶端），风帆底部两支点间距约70m。单层曲面索网玻璃幕墙支撑在两片风帆钢结构壳体之间，幕墙最宽处约24m，幕墙垂直总高40m（沿

2、高度方向最大弧线长度约54m）。每片索网由18根Φ32竖向索和56根Φ24水平索组成，两者相互约束形成张紧的双曲面（图1.2）。一、工程概述图1.1上海中国航海博物馆中央帆体正立面效果图二、工程的特点和难点该类型的异型双曲面超预应力单层索网玻璃幕墙在国内尚属首例，在世界上也属罕见。中央帆体的超预应力单层索网不仅是玻璃幕墙的支承体系，而且是联系二片帆体钢结构成整体、形成结构体系总刚度的关键部分，因此不仅索网的最后形状要满足玻璃幕墙安装的精度要求，而且索网的预张索力还必须能保证在以后多种工况下索网始终处于张紧的工作状态，在预索张

3、拉过程中钢结构也始终处于安全状态。为了实现这些个目标，必须解决以下施工难点：2.1索张拉施工过程模拟计算及施工方案的选择。2.2索端预埋钢管的设计及定位。2.3异型单层索网幕墙预应力的控制。2.4夹具的设计和玻璃面板的加工制作。针对本工程的特点和难点，以下从设计、施工和结构计算方面解析本工程。三、设计方案3.1索张拉设计方案的分析3.1.1索张拉施工模拟的必要性：如果索网的终态找形目标（即张拉施工完成时的索网形状和预应力状态）确定，完全可以根据索网的形状和预应力状态反演索网的零应力下料长度，在施工中可以通过标定索零应力长度的

4、方法进行张拉施工，在张拉各索的时候直接把索张拉至标定的索零应力长度位置固定即可，而且理论上可以一次张拉成功，即所谓定长张拉。但实际上，这种通过控制索的零应力长度的张拉方法受到结构加工精度、索下料长度准确性等多方面因素的影响，容易产生较大的误差，因此在施工中往往通过控制索张拉力和位移进行施工张拉。由于施工条件和设备的限制，施工中不可能所有的索同时张拉，一般采用分批分步的张拉方法。由于后批索的张拉会影响前批张拉索的索力，每批索均按终态找形目标的索力进行张拉并不合适，为了最终达到终态找形目标的张拉力分布需要反复调整。因此有必要对施

5、工过程进行数值模拟，考虑各批索张拉的相互影响，精确控制整个张拉过程中各索的索张力，从而减少调整的次数，提高施工过程可控性及施工精度。3.1.2本工程索网张拉施工模拟概述：中国航海博物馆中央帆体单层双曲索网张拉施工模拟计算是采用合适的分级张拉方案最终实现以“找形计算结果”为目标的过程模拟。施工模拟计算是真实施工过程的预演，通过模拟计算分析，需考察张拉过程中索是否退出工作或索力的安全性、以及后张拉索对已张拉索的影响，依据分级施工模拟计算结果指导实际张拉工作。本工程张拉施工模拟计算采用两种张拉方案进行分析比较，分别为：方案一：横索

6、为主张拉方案方案二：竖索为主张拉方案模型计算和试验都表明，竖索下端分次分组张拉施工方案是可行的，但还存在索力目标实现困难和难以兼顾张拉行程(索网形状)的问题。经深入考虑，采用“位移和力双控制”的方法(其中以位移控制为主、索力控制为辅)，对竖索张拉方案进行改进，可以克服和避开原竖索张拉方案里存在的困难。因此最终索网张拉方案选取为竖索张拉，调整横索。3.2拉索夹具的设计由于异型单层双曲索网的造型靠横竖索之间的互相约束来实现，为此选用功能较为全面的拉索夹具，①锁死横索和纵索的相对位置，但横索夹和竖索夹之间能相互转动，以减小由于夹具

7、的原因导致拉索出现折角等现象。②还要满足拉索夹具的抗滑移承载能力必须能够承受拉索索力差以及因横索和竖索之间的距离所产生的对拉索夹具的扭矩。（示意如下图）拉索夹具图L=定值横索竖索锁死相对位置3.3玻璃夹具的设计本工程玻璃为点支撑形式，安装要与索网系统相对独立；因此玻璃夹具应和拉索夹具采用分离式设计，玻璃夹具夹持玻璃处易设计成为柔性铰接连接，从而既消除了索网结构的变形对玻璃的影响又化解了曲面玻璃加工偏差对玻璃安装带来的困难。（示意如下图）玻璃夹具图柔性铰接连接玻璃夹具、索夹具组合图1、玻璃夹具2、索夹具2、连接销钉3.4拉索的

8、端部连接和埋件的设计3.4.1拉索端部连接的设计：索网边部连接条件应设置为铰接，确保索网与周围边界条件的协调变形。因此边部拉索的端部连接设计可以为①球头状的和②耳式的锚具，是根据实际情况设置的。（示意如下图）①球头连接②耳板连接3.4.2埋件的设计：预埋件设置为第一阶段埋件和第二阶段埋件。