北京土城电话局点支式玻璃幕墙..doc

北京土城电话局点支式玻璃幕墙要:点支式玻璃幕墙柔性支承体系是一种新型的支承体系,因其具有通透性好、轻盈美观和施工灵活等特点得到广泛应用。由于需要考虑预应力和几何非线性大变形的影响,这给柔性支承体系的设计增加了难度。结合北京土城电话局单层索网幕墙和鱼腹式自平衡采光顶的设计,对该类复杂柔性支承体系的设计计算过程进行介绍,并对诸如幕墙结构的承载性能、荷载计算工况和过载保护装置设计等问题进行了详细说明。　　关键词:点支式玻璃幕墙　柔性支承体系　单层索网　索桁架　　点支式玻璃幕墙柔性支承体系具有通透性好、轻盈美观、环保节能和施工灵活等特点,但由于柔性支承本身的设计不同于其他结构,在设计时需要考虑预应力和几何非线性大变形的影响,这给柔性支承体系的设计增加了难度。随着点支式玻璃建筑的逐步推广,柔性支承体系将会越来越广地应用到建筑与结构设计中。1　工程简介北京土城电话局、信息港工程位于北京市朝阳区裕民路,本工程包括土城电话局、电信信息港、动力站及地下车库四个部分。土城电话局中庭的幕墙和采光顶采用点支式玻璃幕墙,幕墙的支承结构为预应力单层索网结构。预应力索网点支式玻璃幕墙是一种新型的结构体系,它具有通透、轻盈的优点,但也存在结构刚度弱、变形大的缺点,需要施加足够的预应力才能满足设计需要。2　方案确定经过建筑师与甲方协商,确定玻璃幕墙长29·4m,高19·5m;采光顶跨度29·4m,宽32·5m(如图1)。象这样大面积的预应力索网点支式玻璃幕墙在国内尚无先例。采光顶采用索桁架和玻璃肋结构承受竖向荷载,索桁架由上下弦杆、主杆和撑杆组成,如图2所示。索桁架弦杆加预应力由中间的主杆平衡,对主体结构影响很小。桁架间加水平拉杆保证索桁架主杆的平面外稳定性和传递水平地震作用,水平拉杆与两端的空间桁架相连。幕墙所受荷载是两个方向的:竖向恒荷载主要由玻璃、连接件、拉索的自重产生;水平方向的荷载由风荷载产生。墙面采用索网结构,水平索加预应力承受风载,竖向索主要承受墙面自重。索网两端设格构柱承受水平索拉力,竖向索一端固定在水平桁架上,一端连接在基础上。通过对索网施加预应力,使结构具有足够的刚度,保证幕墙在自重、风载和地震荷载作用下不发生过大的变形。从提高索网结构的刚度考虑,应尽可能提高初始预应力,但是同时要避免索网在各种荷载作用下内力过大,超过容许值,也要避免索网在各种荷载作用下发生松弛。由于索网是支承在主体结构上的,索网的拉力直接由主体结构承受,如果索网拉力过大,可能会造成主体结构破坏或索网的锚固破坏。因此,索网设计的关键是预应力控制。幕墙结构如图3所示。由于水平索支承在主体结构上,过大的拉力会对主体结构或者锚固装置造成破坏。在本工程中,设置了过载保护装置(见文献[5]中图10),由安全子、承载弹簧和连接杆等构成,能保证当拉索结构在地震荷载作用时不被破坏。当地震荷载作用时,安全子首先破坏,过载保护器承载弹簧受压反弹达到平衡状态,保证索网不被破坏,以便可以及时修复。安装过程中,在对索施加预应力后,需要将过载保护装置各机件外表面涂防锈油脂,加装外罩并固定。过载保护装置和周围桁架之间通过耳板连接。3　柔性支承结构的计算与设计3·1　计算软件对于点支式玻璃幕墙柔性支承体系,必须采用可以考虑非线性大变形的计算程序,并且要具备可以模拟刚架梁、桁架和拉索等多种单元。所以,本工程计算软件采用目前在国际上得到广泛应用的大型有限元分析计算软件ANSYS,计算均采用弹性-大变形有限元分析模块。模型中格构柱的弦杆和腹杆、门框梁柱、采光顶的竖杆和撑杆等采用beam4单元,该单元为三维弹性梁单元;采光顶弦杆和幕墙拉索采用link10单元,该单元为三维只拉单元,用于描述拉索不能承受压力的特性。3·2　基本参数的取值索桁架采用抛物线鱼腹形结构,间距3·75m,墙面索网的水平索和竖向索间距均为1·5m。竖向恒荷载主要由玻璃、连接件、拉索的自重产生,墙面自重为0·66kN/m2,采光顶0·85kN/m2,屋顶吊挂0·3kN/m2,采光顶活载0·5kN/m2;水平方向的荷载由风荷载产生,北京地区基本风压0·45kN/m2,C类场地。北京抗震基本设防烈度8度,设计基本地震加速度0·2g。索桁架和幕墙的材料特性见表1。3·3　设计计算3·3·1　非抗震计算(《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001))采光顶索桁架弦杆预拉力的原则是保证在各种荷载组合作用下弦杆不发生松弛,即保持受拉状态,且拉力不超过索抗拉设计值。经反复计算,弦杆初始预拉力取T0=240kN(σ0≈330MPa),弦杆预应力使竖杆产生的预压力为16kN,撑杆预压力为484kN,预应力使撑杆产生的压缩变形约7mm。索桁架结构计算结果如表2。水平索预拉力的原则是保证在各种荷载组合作用下不