高层建筑中单层索网幕墙结构设计与施工研究

杨凡

(中国城市建设研究院有限公司,北京100120)

单层索网幕墙用于高层建筑的施工,主要是因为这种结构具有良好的视觉渗透性,并且整个组件薄而简单。因此,将该结构应用于一些高层建筑取得了良好的效果。单层索网状幕墙结构主要由一些柔性索网组成。同时,可以施加良好的预应力以形成良好的刚性结构,力过程在索网中逐渐变形,有效地实现机械平衡,并提高了刚性和承载能力。可以看出,在目前的高层建筑施工过程中,一些高层建筑在施工过程中必须采用单层索网幕墙结构,以提高高层建筑的整体质量。

1 索网幕墙结构形式

在当前的高层建筑施工过程中,单层索网幕墙根据索网布局可分为两层索网幕墙结构和单层索网幕墙结构。单向索网幕墙结构主要依靠玻璃来提供稳定的支撑,因此玻璃索网相互支撑以形成非常稳定的结构,而双向(三向)索网幕墙结构主要形成一件。两种不同方向(三个方向)的式结构。

另外,根据另一相应的外索布,整个索网幕墙结构可分为两种:扁平索网和非扁平索网。可以根据周边之间的不同情况将集成的索网幕墙结构与辅助索网幕墙结构连接。整体式索网状幕墙结构通过钢缆直接连接到主体,每个组件都可以直接支撑相应的缆线。连接的独立索网幕墙结构将索网与主体结构分开。根据其主要部件的功能,在索网幕墙结构中形成了一个平衡的系统,见图1。

图1 单层幕墙结构

2 高层中单层索网幕墙结构设计情况

在目前许多建筑物的施工过程中,可以看出,大多数高层建筑物采用单层索网幕墙结构,更普遍的是,主体是凹进的,或者在两个主要结构之间可以建立良好的连接关系。使整个建筑获得良好的效果。因此,在未来的高层建筑施工过程中,有必要设计与幕墙结构相结合的索网结构。例如,下面将详细分析应力硬化和几何非线性。

2.1 边界条件

当前的高层建筑设计表明,单层索网幕墙结构是常用的,但是有必要在设计位置将两个不同的主体结构或单个主体以凹形连接起来,从而提高了建筑质量。由于索网结构在施工过程中需要应用水平和垂直索网,因此可以有效抵抗预应力,并继续抵抗幕墙结构的外力,边界结构不受大索力的影响。因此,可以在主体结构的建造过程中获得更好的平衡。在这种设计模式下,如果不可能有效地形成抵抗倾斜张力的自平衡系统,则设计人员必须通过边界结构不断提高结构刚度。

例如,某高层建筑物的主立面使用了宽约40.5m,高约53m的索网幕墙结构。设计采用一体式索网结构,横向索网的两端固定在结构的两侧,主钢筋混凝土柱可以获得良好的固定效果。因此,有必要在计算过程中充分考虑钢柱的弊端。难以有效地承受索网的结构索网强度。这时,有必要在铁柱的两侧增加地板桁架。上部锚索可以完全固定在钢桁架上,下部通过锚索和门框与地下梁板固定,详见图2。

图2 索网边界条件

2.2 荷载作用

单层索网幕墙最重要的部分是负载效应,即风荷载。可以从准确的风荷载获得相应的结构计算。同时,可以成功地找到结合良好设计的风洞测试模式,以降低整个索网结构必须承受的压力,即柔性结构。因此,使用常用的刚性压力测量模型很难精确地控制仿真的灵活性。因此,在风洞测试中添加球弹性模型可以有效地监视载荷。这也是关键负载,在设计过程中必须充分考虑这一点,因为索网的影响会在温度的影响下逐渐增加。

2.3 索网布置

在高层建筑的建造过程中,必须充分保证整个幕墙玻璃的实际安全性。控制采用单层索网结构,索网间距控制在2m 以内。通常,拉链之间的距离约为1.2～1.5m。对于双向铺设索网,方形索网网格更为合适。但是,在施工过程中,单向网幕墙结构的竖向索网不仅必须承受一定的载荷,而且还要承受竖向载荷的作用力。因此,在单向索网状幕墙中,需要控制一定的高度。换句话说,它不应该太高。在双向垂直索网幕墙结构中,水平和垂直索网可以相互支撑并发挥特定作用,水平和垂直索网可以很好地承受水平载荷。

2.4 内力及初始应力

垂直索网不仅可以支撑整个幕墙的重量,而且还可以完美地确保侧面索网的强度稳定。如果在使用过程中交叉索网损坏,也可以防止整个幕墙掉落。在屋顶双向索网幕墙的结构中,长宽比也必须得到很好的控制。换句话说,两者之间的差距不应太大。水平索网和垂直索网都必须能够同时承受垂直负载。当长宽比大于1.5 时,短索网可以有效地承受垂直负载,而长索网则只需稳定下来。高层建筑中的索网结构灵活。施加初始预张力后,整个结构可以更好地承受正常载荷。如果在施工过程中仅施加一个预应力,它将无法很好地承受水平力。外部载荷的逐渐增加给边界结构增加了负担,这在设计过程中违反了经济合理性原则。在良好的预应力下,常用的控制方法约为索网断裂张力的15 至30。同样,在控制索网内部力的过程中,直接方向是选择索网直径。在施工过程中,按照《索网结构技术》的相关要求,整条索网的安全系数应不大于2.5。

2.5 变形

在主要受风荷载影响的单层索网结构中,边界位置出现一定的变形曲线,切向斜率逐渐增大。而且,接触变形位置中间位置附近的变形表面的切线的斜率较小,如图3 所示。

图3 单层索网变形结构

因此,玻璃面板在周边附近的四点变形比较大,在幕墙面板的设计过程中必须加强,并且在连接结构上必须采取几种措施以减少不良的变形。另外,为了确保幕墙的安全性,有必要通过单层索网的结构分析来确定面板的变形范围。变形太大会影响幕墙玻璃的安全性。如果严格控制变形,索网的张力也会增加。因此,必须不断提高单层索网的边界刚度。从以上分析可以看出,索网的结构设计主要控制以下关键点:最大索网力不应超过最低温度下的索网力值。在最高温度下无法放松。

3 索网幕墙结构施工关键技术

在高层建筑建造过程中,索网幕墙结构与以前的形式共存并相互影响。特别是在高层建筑物中的索网幕墙结构的建造存在困难,并且存在技术困难,需要建筑人员集中精力处理。

3.1 索张拉伸较大

在施工过程中,索网网幕墙结构的高层建筑被竖向和水平方向的索网拉伸,其伸长率随着张力的增加而增加。因此,在通常情况下,对索网进行必要的调整很难满足其配置要求,并且某些特殊的张紧技术可以很好地解决该问题。

3.2 变形影响

由于高层建筑使用单层索网状幕墙结构,因此它们通常具有在顶部共享桁架的日光屋顶。此时,桁架在张紧过程中逐渐变形,桁架的变形逐渐导致缆索力分布的变化,下部缆索受到门厅和遮篷梁的影响。例如,在变形的情况下,内力的影响变得非常敏感,其它载荷导致内力的重新分布,因此在施工过程中必须格外小心。

4 结论

从以上分析可以看出,单层索网幕墙的结构是根据索网的几何形状、索布布置和边界条件的各种差异进行具体分类的。索网的表面主要由预应力决定,它由两部分组成:索网的结构和几何非线性特性:应力产生器,大位移和小变形。这些用于高层建筑。索网的布局和预应力都与以前的结构有很大不同。因此,施工人员需要根据这些情况制定合理的施工计划,以不断提高高层建筑施工的整体质量。