预应力索杆桁架点支式玻璃幕墙设计

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1、预应力索杆桁架点支式玻璃幕墙设计预应力索杆桁架点支式玻璃幕墙设计　摘要：结合实际工程，笔者详细介绍了一种新型幕墙的设计——预应力索杆桁架点支式玻璃幕墙设计，可供相关专业技术人员参考。　　　　广州某高层建筑东南侧点驳接玻璃幕墙，面积约为1600m2，主要支承结构是六榀不锈钢绞线经预张拉形成的索杆桁架体系,设计长度为,内外弦杆直径48mm,同时，需施加预应力。　　六层水平桁架距离室内地面的高度分别为:6m、12m、、21m、、30m，水平桁架所用杆件均为不锈钢材料,表面经过亚光处理,外观纤细大方。幕墙玻璃采用14++9厚的钢

2、化夹胶玻璃,每块玻璃尺寸为×。第一层水平桁架以下设三排水平玻璃；一二层之间则设四排玻璃；二三层间,三四层间,四五层间,五六层间均设三层玻璃；六层以上设两层玻璃。玻璃的自重通过从共享空间顶部吊挂下来的H型钢直接传递给主体结构梁,其竖直方向荷载在此不作讨论。驳接爪设置在吊挂玻璃的H型钢上。　　在竖向桁架室内一侧的A、B、C、D四个节点位置由4根刚度很大的钢管顶住,钢管另一端与共享空间内主体结构连接,故这4个节点在计算时可以视为固定支座；竖向桁架Ⅰ、Ⅱ的上下支座均为铰支座,与主体结构连接；水平桁架两端伸入共享空间两侧的剪力墙中

3、,计算时设置为固定支座。在水平桁架的内外弦杆中施加预应力,使其与两根竖向桁架一起抵抗作用在玻璃面上的风压和地震荷载,达到设计要求:在最不利水平荷载组合作用下,水平挠度不大于L/160(L为幕墙长度和宽度中的较小值),同时不大于20mm。　　因为点支承玻璃幕墙的后续施工工艺对支撑结构的施工精度要求很高———水平桁架的节点位置在前后、左右方向和设计位置的偏差均要求不超过±2mm。这对张拉时的质量控制和操作工艺要求非常严格。另外,工期紧、桁架杆件多、拼装位置高(施工中大部分操作在脚手架作业面上进行),所以施工方案的选择非常重要

4、。因为以不同的方式施加张力会导致结构计算模型的改变,所以应用计算机模拟不同方案的施工过程,对桁架进行施工和使用过程中的变形和承载力计算,以筛选出科学、可行的施工方案,符合设计意图。　　为了既可以控制玻璃幕墙支撑系统的每一节点经张拉后正好位于设计位置,又可直接保证水平弦杆的张拉力达到设计值,最终确定的施工方案是在垂直桁架的立管上与水平桁架相交的地方开孔,使水平桁架内外弦杆在垂直桁架中能够滑动(图2)。将一侧剪力墙中的弦杆用双螺母固定作为固定端,两台前卡式千斤顶(YC20)在另一侧的剪力墙后张拉(图3)。张拉前试验得到套筒螺

5、纹的压缩量,计算得出弦杆的伸长量,然后据此求出预拼装的长度。张拉时通过千斤顶的油压表控制张拉力(考虑张拉端锚垫板之间的压缩,可以适当加大张拉力)。　　　　1—张拉端剪力墙；2—YC20千斤顶；3—Ф50×8直腹杆；4—竖向桁架；5—Ф45内弦杆；　　6—Ф45外弦杆；7—Ф36斜腹杆；8—固定端剪力墙　　1—调节套筒；2—竖向桁架开孔处套管；3—斜腹杆耳板；4—内弦杆；　　5—竖向桁架腹杆；6—竖向桁架立管处开孔；7—外弦杆　　计算模型　　施工方案选定了,即可按照此方案建造的结构建立计算模型。　　a.每根内外弦杆张拉力相

6、等,即通过施加预应力使之具有相同的应力。　　b.水平桁架的内外弦杆在竖向桁架开孔中可以沿张力方向自由伸缩滑动,故模型中应去掉竖向桁架对水平桁架在这个方向的约束。　　c.使用过程中,水平桁架弦杆的两端伸入1m厚的剪力墙中,并用双螺母锚固,所以计算时应把它设为固定支座。　　d.利用有限元分析时,桁架杆件相交处不管是焊接还是螺纹、套筒连接在计算模型中均设为固节点。　　荷载输入　　风荷载和地震荷载的组合　　广州市抗震设防烈度为7度,基本风压为/m2,设计时风压取值根据风洞试验结果:风荷载标准值,负风压起控制作用。计算结构变形和承

7、载力时,分别取风荷载和地震荷载的组合系数为和。　　由于水平荷载均由幕墙后面的支撑体系承担,所以荷载组合时同时考虑了作用在玻璃表面的风压、作用于玻璃的水平地震力以及作用在水平、竖向桁架上的水平地震力。玻璃所承担的风荷载和地震荷载通过H型钢传递到桁架外弦杆节点上,把支撑结构所承担的水平地震力也换算成节点荷载作用在桁架外弦杆节点上。这样,经组合后作用在水平桁架上的节点力:第一、二层桁架为13397N,与竖向桁架相交处节点力为26374N；第三、四、五层桁架为11483N,与竖向桁架相交处节点力为24459N；第六层桁架为956

8、9N,与竖向桁架相交处节点力为22546N。　　松弛的影响　　松弛是指构件长度不变的情况下应力随时间减小的现象,徐变是指应力维持不变,应变随时间增长的现象,当然二者还有温度不变的条件。　　由于拉杆是发生松弛与徐变的主要构件,所以拉杆的松弛与徐变损失影响张拉整体结构的受力状况,而且这种预应力损失是全局性的,必须在设计中