高層建筑中單層索網幕墻結構設計與施工研究

楊凡

(中國城市建設研究院有限公司,北京100120)

單層索網幕墻用于高層建筑的施工,主要是因為這種結構具有良好的視覺滲透性,并且整個組件薄而簡單。因此,將該結構應用于一些高層建筑取得了良好的效果。單層索網狀幕墻結構主要由一些柔性索網組成。同時,可以施加良好的預應力以形成良好的剛性結構,力過程在索網中逐漸變形,有效地實現機械平衡,并提高了剛性和承載能力?？梢钥闯?在目前的高層建筑施工過程中,一些高層建筑在施工過程中必須采用單層索網幕墻結構,以提高高層建筑的整體質量。

1 索網幕墻結構形式

在當前的高層建筑施工過程中,單層索網幕墻根據索網布局可分為兩層索網幕墻結構和單層索網幕墻結構。單向索網幕墻結構主要依靠玻璃來提供穩定的支撐,因此玻璃索網相互支撐以形成非常穩定的結構,而雙向(三向)索網幕墻結構主要形成一件。兩種不同方向(三個方向)的式結構。

另外,根據另一相應的外索布,整個索網幕墻結構可分為兩種:扁平索網和非扁平索網?？梢愿鶕苓呏g的不同情況將集成的索網幕墻結構與輔助索網幕墻結構連接。整體式索網狀幕墻結構通過鋼纜直接連接到主體,每個組件都可以直接支撐相應的纜線。連接的獨立索網幕墻結構將索網與主體結構分開。根據其主要部件的功能,在索網幕墻結構中形成了一個平衡的系統,見圖1。

圖1 單層幕墻結構

2 高層中單層索網幕墻結構設計情況

在目前許多建筑物的施工過程中,可以看出,大多數高層建筑物采用單層索網幕墻結構,更普遍的是,主體是凹進的,或者在兩個主要結構之間可以建立良好的連接關系。使整個建筑獲得良好的效果。因此,在未來的高層建筑施工過程中,有必要設計與幕墻結構相結合的索網結構。例如,下面將詳細分析應力硬化和幾何非線性。

2.1 邊界條件

當前的高層建筑設計表明,單層索網幕墻結構是常用的,但是有必要在設計位置將兩個不同的主體結構或單個主體以凹形連接起來,從而提高了建筑質量。由于索網結構在施工過程中需要應用水平和垂直索網,因此可以有效抵抗預應力,并繼續抵抗幕墻結構的外力,邊界結構不受大索力的影響。因此,可以在主體結構的建造過程中獲得更好的平衡。在這種設計模式下,如果不可能有效地形成抵抗傾斜張力的自平衡系統,則設計人員必須通過邊界結構不斷提高結構剛度。

例如,某高層建筑物的主立面使用了寬約40.5m,高約53m的索網幕墻結構。設計采用一體式索網結構,橫向索網的兩端固定在結構的兩側,主鋼筋混凝土柱可以獲得良好的固定效果。因此,有必要在計算過程中充分考慮鋼柱的弊端。難以有效地承受索網的結構索網強度。這時,有必要在鐵柱的兩側增加地板桁架。上部錨索可以完全固定在鋼桁架上,下部通過錨索和門框與地下梁板固定,詳見圖2。

圖2 索網邊界條件

2.2 荷載作用

單層索網幕墻最重要的部分是負載效應,即風荷載?？梢詮臏蚀_的風荷載獲得相應的結構計算。同時,可以成功地找到結合良好設計的風洞測試模式,以降低整個索網結構必須承受的壓力,即柔性結構。因此,使用常用的剛性壓力測量模型很難精確地控制仿真的靈活性。因此,在風洞測試中添加球彈性模型可以有效地監視載荷。這也是關鍵負載,在設計過程中必須充分考慮這一點,因為索網的影響會在溫度的影響下逐漸增加。

2.3 索網布置

在高層建筑的建造過程中,必須充分保證整個幕墻玻璃的實際安全性?？刂撇捎脝螌铀骶W結構,索網間距控制在2m 以內。通常,拉鏈之間的距離約為1.2～1.5m。對于雙向鋪設索網,方形索網網格更為合適。但是,在施工過程中,單向網幕墻結構的豎向索網不僅必須承受一定的載荷,而且還要承受豎向載荷的作用力。因此,在單向索網狀幕墻中,需要控制一定的高度。換句話說,它不應該太高。在雙向垂直索網幕墻結構中,水平和垂直索網可以相互支撐并發揮特定作用,水平和垂直索網可以很好地承受水平載荷。

2.4 內力及初始應力

垂直索網不僅可以支撐整個幕墻的重量,而且還可以完美地確保側面索網的強度穩定。如果在使用過程中交叉索網損壞,也可以防止整個幕墻掉落。在屋頂雙向索網幕墻的結構中,長寬比也必須得到很好的控制。換句話說,兩者之間的差距不應太大。水平索網和垂直索網都必須能夠同時承受垂直負載。當長寬比大于1.5 時,短索網可以有效地承受垂直負載,而長索網則只需穩定下來。高層建筑中的索網結構靈活。施加初始預張力后,整個結構可以更好地承受正常載荷。如果在施工過程中僅施加一個預應力,它將無法很好地承受水平力。外部載荷的逐漸增加給邊界結構增加了負擔,這在設計過程中違反了經濟合理性原則。在良好的預應力下,常用的控制方法約為索網斷裂張力的15 至30。同樣,在控制索網內部力的過程中,直接方向是選擇索網直徑。在施工過程中,按照《索網結構技術》的相關要求,整條索網的安全系數應不大于2.5。

2.5 變形

在主要受風荷載影響的單層索網結構中,邊界位置出現一定的變形曲線,切向斜率逐漸增大。而且,接觸變形位置中間位置附近的變形表面的切線的斜率較小,如圖3 所示。

圖3 單層索網變形結構

因此,玻璃面板在周邊附近的四點變形比較大,在幕墻面板的設計過程中必須加強,并且在連接結構上必須采取幾種措施以減少不良的變形。另外,為了確保幕墻的安全性,有必要通過單層索網的結構分析來確定面板的變形范圍。變形太大會影響幕墻玻璃的安全性。如果嚴格控制變形,索網的張力也會增加。因此,必須不斷提高單層索網的邊界剛度。從以上分析可以看出,索網的結構設計主要控制以下關鍵點:最大索網力不應超過最低溫度下的索網力值。在最高溫度下無法放松。

3 索網幕墻結構施工關鍵技術

在高層建筑建造過程中,索網幕墻結構與以前的形式共存并相互影響。特別是在高層建筑物中的索網幕墻結構的建造存在困難,并且存在技術困難,需要建筑人員集中精力處理。

3.1 索張拉伸較大

在施工過程中,索網網幕墻結構的高層建筑被豎向和水平方向的索網拉伸,其伸長率隨著張力的增加而增加。因此,在通常情況下,對索網進行必要的調整很難滿足其配置要求,并且某些特殊的張緊技術可以很好地解決該問題。

3.2 變形影響

由于高層建筑使用單層索網狀幕墻結構,因此它們通常具有在頂部共享桁架的日光屋頂。此時,桁架在張緊過程中逐漸變形,桁架的變形逐漸導致纜索力分布的變化,下部纜索受到門廳和遮篷梁的影響。例如,在變形的情況下,內力的影響變得非常敏感,其它載荷導致內力的重新分布,因此在施工過程中必須格外小心。

4 結論

從以上分析可以看出,單層索網幕墻的結構是根據索網的幾何形狀、索布布置和邊界條件的各種差異進行具體分類的。索網的表面主要由預應力決定,它由兩部分組成:索網的結構和幾何非線性特性:應力產生器,大位移和小變形。這些用于高層建筑。索網的布局和預應力都與以前的結構有很大不同。因此,施工人員需要根據這些情況制定合理的施工計劃,以不斷提高高層建筑施工的整體質量。