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再谈索结构点支式玻璃幕墙的设计与施工技术(下)

来源:2012年会论文集  作者:王德勤  日期:2012-7-7
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提要:以大量的索结构玻璃幕墙工程为例,从基本术语、索结构的设计取值、拉索材料的设计选材到索型索系的设定,对钢绞线的加工制作工艺方法进行分析介绍,有助于设计人员全面了解索结构设计时的相关知识,同时也分析了部分重要节点和构造的原理,介绍了在索结构施工安装时的控制方法。
关键词:索结构点支式玻璃幕墙,相关术语,索结构设计,索体与锚具,索结构玻璃幕墙应力补偿装置,过载保护装置。
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  5  索结构的施工安装、张拉及索力调整
  柔性的张拉结构在没有施加预应力以前没有刚度,其形状是不正确的。必须通过施加适当预应力赋于一定的形状,才能成为能承受外荷的结构。这就使用的材料和索的结构形式有良好的性能。

  5.1  拉索的安装
  拉索的安装工艺应满足整体结构对索的安装顺序和初始态索力的要求,并应计算出每根拉索的安装索力和伸长量。

  拉索在安装过程中应采取有效措施防止损坏。索结构安装时,应在相应工作面上设置安全网,作业人员必须系安全带。

  在户外作业时,宜在风力不大于四级的情况下进行。在安装过程中应注意风速和风向,采取安全防护措施避免拉索发生过大摆动。有雷电时,必须停止作业。

  拉索在安装过程中,应防止雨水进入索体及锚具内部。索夹安装时,应满足各施工阶段索夹拼装螺栓的拧紧力距要求。

索张拉过程中应检测并复核拉力、实际伸长量和油缸伸出量,每级张拉时间不少于0.5min,并作好记录。记录内容应包括:日期、时间、环境温度、索力、索伸长量和结构位移的测量值。

  5.2  施加预应力
  5.2.1  索张拉前应进行预应力施工全过程模拟计算,计算时应考虑索张拉过程对预应力结构的作用及对下部结构的影响,根据索的预应力损失情况确定适当的预应力超张拉值,从而制定合理的张拉方案。

  张拉前应对张拉系统的设备和仪表计量标定,应由千斤顶主动顶加载试验设备,绘出曲线供现场使用。

  5.2.2  索张拉前应确定以索力控制为主或结构位移控制为主的原则。对结构重要部位宜进行索力和位移双控。并规定索力和位移的允许偏差。

  不同的索结构对预应力变化的敏感程度不同。因此,在张拉前应由设计单位和施工单位共同确定张拉的控制原则,即是控制索力还是控制位移,或两者兼控,并确定索力及位移的允许偏差值。一般宜控制在5%以内。

  单层索体系的挠度和预应力成正比,为确保幕墙的性能在幕墙受最大荷载时挠度不易大于L/45,这就决定了其钢索的预应力值较双层悬索体系的预应力大很多,预应力越大施工中预应力施加的难度就越大,因此在设计时就应考虑到施工顺序和预应力施加方案。施工人员严格按规定的步骤进行施工,防止出现由于施加预应力引起的支承结构严重超载的现象。

  5.2.3  索张拉应遵循分阶段、分级、对称、缓慢匀速、同步加载的原则,并根据结构和材料特点确定超张拉的要求。索结构玻璃幕墙的索内力施加分三个阶段进行。(如图5.2.3)
  在进行索预应力张拉前先将坚向索布设到位,采用专用工装将索拉直,并使用有拉力传感器的液压千斤顶进行第一级张拉(施加预应力(按最终预应力值的20%)。顺序是从中部向两端逐条张拉。当全部竖向索的第一级张拉完成后安装机横向索并逐要进行第一级张拉到位,此后对索的分布尺寸进行一次复合测量,将中部锁紧机构按尺寸安装到位(只进行初始连接不锁紧)。

  经调整达到索内力基本平衡,中部节点空间定位尺寸基本到位后进行第二级张拉(施加到最终预应力值的80%)。顺序与第一次张拉一致。张拉全部到位后按各节点总定位尺寸将索的锁紧机构和玻璃连接机构调整到位并进行初期锁紧和初期固定,持24小时后检查各边部节点和中部节点以及边缘支承结构。

  当确定各节点和边部支承结构无异常情况后,进行第三级张拉(拉到最终预应力值)之后进行尺寸精度测量调整(消除横、竖索的相互干扰)锁紧各节点的连接机构。待76小时后再进行一次尺寸复合采用高精度的索内力测定仪对索内应力进行检测,确认内力均衡后方可进行下一道安装工序。

  5.2.4  在施加预应力过程中必须注意以下几个方面:

  施工时预应力的确定要按施工过程中的气温变化调整预应力,设计人员要给施工人员提供合拢温度与预应力值对照表确保索内应力在温度变化过程中的均衡状态和安全性。

  在节点定位时应考虑到钢索的长度是随着拉应力的增力面伸长,不论是在一端施加预应力还是在两端同时施加预应力都要按索的弹性模量E和索的金属有效面积A计算出伸长量来保证节点定位的准确度,减少调整量.
  在施加预应力的过程中要同时观查边部支承结构的变形情况和稳定性,看是否符合设计要求,发现异常情况要及时处理。

  张拉设备的拉力传感器和索内应力测定仪在使用前应进行标定,保证测出应力指标的可靠性

  5.2.5  张弦梁、张弦拱、张弦桁架的索张拉还应满足以下要求:

  在钢结构拼装完成、拉索安装到位后,进行拉索预紧,预紧力宜取预应力态索力的20%。

  张拉过程中应保证结构的平面外稳定。对平面张弦结构应在两榀结构间联系杆件安装完毕、形成具有一定的空间稳定体系后,再将拉索张拉至预应力态索力;倒三角形截面形式的张弦结构可单榀张拉至预应力态索力。

  5.3  现场配重检测与玻璃安装
  在玻璃幕墙、采光顶的拉索张拉施工完成后,玻璃安装之前应取一个单元对索网结构进行配重检测,用配重的方法类似在玻璃安装后玻璃的自重对索网结构的影响,确保玻璃安装后节点尺寸和变形在设计允许的范围内。

  配重物尽可能的安装在玻璃重力线上,配重的重量应为玻璃重力荷载的1.1倍。

  G配重=G玻璃×1.1
  配重应逐级进行,当配重全部施加结束24小时后,对节点位置进行尺寸精度测量,配重的节点位移量不应大于2mm,同时对索内力进行检测,并详细记录各节点的索内应力情况,和边缘节点的变形量,并在配重物卸载后测量变形复位情况。确保在设计允许范围内。配重监测目的是防止在索结构安装后玻璃安装时出现节点变位,影响玻璃面板的安装和使用。

  在配重检测结束后方可进行玻璃安装,玻璃安装和打胶处理可按常规的点支式玻璃幕墙安装方案进行。

  6  结束语
  索结构支承点支式玻璃幕墙,在近年来愈来愈多的使用在现代建筑中,从双层索系到单层索网、单向单索、隐形单索,从平面玻璃幕墙到曲面玻璃幕墙,从立面索结构玻璃幕墙到索结构玻璃采光顶,应用范围越来越广。在建筑幕墙市场上能够对索结构玻璃幕墙进行设计与施工的单位也多了起来。大家也都通过自己的实践经验总结了不少的工艺方法,并应用在实际工程中。但是我们应该注意索结构玻璃幕墙是一种预应力结构支承的幕墙,对其安全度的考量极为重要,特别是在相关的国家规范和标准还不全面时,更应该对每一片索结构玻璃幕墙在设计和施工中都要给予足够的重视。

  参 考 文 献
  [1]《建筑幕墙》,中华人民共和国家标准, GB/T 21086-2007
  [2]《索结构技术规程》报批稿,建设部标准,2011
  [3] 王德勤,索结构玻璃幕墙用索桁架的构造与设计,《建筑技术》,北京 2003
  [4] 王德勤,点支式玻璃采光顶应用技术探讨,《2010年全国门窗幕墙行业论文集》, 第6篇,49-66页
  [5] 王德勤,曲面索结构玻璃幕墙承载性能探讨,幕墙设计,北京2010【完】

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