倾斜式竖向单拉索点支式幕墙计划与施工

文章来源:建材互联网       发布时间:2019年12月17日

倾斜式竖向单拉索点支式幕墙计划与施工


【中玻网】1.工程表面

  常州年夜剧院工程位于江苏省常州市新北区黄山路、城北干道交织口西北角,东侧隔黄山路与市体育中间、会展中间相看,西侧与市博物馆和计划展现馆远相呼应,北侧是广场年夜道,与市平易近广场融为一体,包罗1500座摆布的年夜剧院、423座的多功效小剧院、4个年夜小分歧的片子厅,总用地面积约为5.244公顷,总修建面积约4.30万平方米,地下1层,地上4层,框架布局,修建总高度34.800米(图1)。全部修建表面造型怪异,因为是绿色玻璃幕墙加上动感的计划,远了望往,犹如一个流淌着的音符。

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  图1建成后的常州年夜剧院工程

  2.幕墙专业工程表面

  常州年夜剧院修建幕墙工程幕墙面积约为43000平方米,按幕墙情势辨别首要为陶土板幕墙体系、倾斜式不锈钢单向索承玻璃幕墙体系、隐框玻璃采光穹顶幕墙体系、全玻幕墙体系、钛合金蜂窝铝板幕墙体系、肋点式玻璃幕墙体系、隐框窗玻璃幕墙体系、卵形单层铝木屋面幕墙体系、蜂窝铝板挑檐幕墙体系、点式玻璃雨蓬体系等(图2)。

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  图2常州年夜剧院幕墙情势辨别表示图

  常州年夜剧院修建幕墙工程按修建部位来辨别,分为立面幕墙及玻璃和金属屋面及装潢格栅两部门。立面幕墙在二层以上为表里两层,表里层幕墙间距约为2300mm(底部)和3750mm(顶部)。外层幕墙首要为倾斜式不锈钢单向(竖向)索承玻璃幕墙,菱形夹具情势,玻璃缝间开敞式机关,幕墙面积约为7300平方米,内层幕墙首要为陶土板幕墙及隐框玻璃窗幕墙和超长悬挂全玻璃幕墙情势;屋面首要包罗球形隐框玻璃采光穹顶幕墙、钛合金蜂窝铝板及铝单板金属屋面、铝合金金属装潢格栅等。

  3.不锈钢单向拉索幕墙计划

  常州年夜剧院修建总平面由四段分歧半径的圆弧构成,在圆心点牢固的根本上,分歧的修建标高地位其半径亦有所分歧(图3),随修建标高的增添其半径也随之增添。因为修建立面造型及修建艺术结果表示的必要,外保护采取了单层单向(竖向)不锈钢拉索幕墙,修建造型决议了其外倾斜式的机关特色。

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  图3单索幕墙底部修建平面表示图

  3.1整体计划

  单层索网玻璃幕墙位于年夜剧院修建标高5.3米以上,修建标高19.300米以下,与地面夹角为83o,幕墙高度为14米,竖向共五块玻璃分格,程度向在每一个箱型断面钢柱间共六块玻璃分格。玻璃较年夜分格尺寸为2821mm×1453mm,设置装备摆设为10+1.52PVB+10钢化夹胶玻璃;拉索直径φ22.5mm,采取1×61不锈钢铰线,仅在玻璃竖向分格缝处设置,不设置程度受力索。为修建表示情势必要,在从下至上第2、4块玻璃上各设置五根φ10mm程度五线谱装潢性拉索,吊挂动感音符标识,不介入布局感化。单层索网幕墙面板玻璃顶部及底部与混凝土布局梁之间设置铝合金格栅透风装配,作为内、外层幕墙的进风口和出风口。

  3.2计划及计较参数的取值

  根基风压:W0=0.40KN/㎡(江苏常州地域,50年一遇);

  地面粗拙度:B类;

  地动根基烈度为7度,近震斟酌;

  玻璃设置装备摆设为钢化夹胶玻璃,10+1.52PVB+10,密度为25.6kN/m3,弹性模量E=0.72×105N/m㎡;

  拉索采取φ22.5不锈钢拉索,规格1×61,弹性模量E=1.3×105N/m㎡,破断强度为340.66KN(单根不锈钢丝较小破断力Fy=1320Mpa);

  温差:单拉索幕墙布局计划温差-20℃~60℃;单拉索幕墙玻璃概况计划温差-20℃~60℃。

  3.3质料选用

  玻璃:采取钢化夹胶玻璃,昆山台玻团体公司产物;

  铝单板:3mm厚氟碳喷涂铝单板,铝合金材质3003H24,采取江苏合发团体“高格”牌产物;

  玻璃胶:透明,杭州之江公司“金鼠牌”中性密封胶;

  点式幕墙配件:全部不锈钢拉索、菱形夹具、驳接体系等材质SUS316,深圳坚朗公司产物。

  3.4团体布局系统计划

  因为主体土建布局蒙受不了单索的拉力,在全部主体土建布局四周采取了箱型断面的框格局钢布局,框格局布局与主体土建布局的毗连采取铰接,使其能将程度荷载通报给主体土建布局,本身重量由主体土建布局承当。竖向单拉索顶、底部直接感化在框格局布局高低箱型断面的钢梁上,拉索拉力由框格局布局本身承当,不通报给主体布局(图4)。

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  图4单拉索幕墙布局支持系统安插图

  框格局钢布局均采取箱型断面,顶、底部箱型钢梁断面尺寸为450×400×22×14mm,立柱箱型断面尺寸为400×300×10mm。框格局钢布局在顶、底部箱型钢梁与立柱毗连地位处采取铰接板与混凝土毗连,立柱间设置5条竖向φ22.5mm不锈钢拉索,程度方不设受力索(图5)。

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  图5幕墙布局支持系统剖视图

  (①幕墙玻璃,②不锈钢拉索,③底部箱梁,④顶部箱梁,⑤箱型立柱)

  为包管幕墙玻璃的平安,应节制单索布局系统的变形,变形过年夜,会对幕墙玻璃造成晦气影响;反之,单索变形节制过严,索的拉力亦随之增年夜,对单索鸿沟支持前提的刚度请求就越高。单层索网自己稳定形时,不克不及抵当法向荷载,只有发生变形后才有法向承载力,因此索网的挠度和布局受力紧密亲密相干。跟着荷载的增添,布局的位移在增添,随之布局承载力也在增添。因此在不异荷载增量下,布局的位移增量随之减小,响应索的伸长量减小和索拉力增添的削减。为到达抱负的计划结果,以L/45挠度限值来举行计划。为增添单层索网布局系统平安储蓄,竖向拉索采取φ22.5不锈钢绞线。

  3.4.1幕墙布局传力路子

  程度荷载由玻璃面板及不锈钢菱形夹具经由过程竖向不锈钢拉索传给顶部及底部450×400×22×14mm箱形钢梁,通报给顶部及底部混凝土梁;幕墙自重由竖向拉索经由过程顶部箱形钢梁和钢立柱通报给混凝土梁;竖向拉索的预张力及在荷载感化下发生的拉力由其周边框格局钢布局本身承当,不通报给主体布局。

  3.5节点机关计划

  3.5.1尺度节点机关计划

  竖向单层索网玻璃幕墙尺度节点,采取了不锈钢菱形夹具毗连的机关办法(如图6),菱形夹具根部开凹槽,竖向不锈钢拉索采取2根M10×40不锈钢螺栓将其与菱形夹具不锈钢压块相连。操纵不锈钢拉索与压块间的磨擦力来承当幕墙玻璃的自重(图6)。

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  图6竖向单层索网玻璃幕墙尺度节点

  (①幕墙玻璃,②不锈钢菱形夹具,③不锈钢竖向拉索,④不锈钢程度装潢拉索)

  在施工中,采取内六角扭矩扳手将2根M10×40不锈钢螺栓拧紧,扭矩扳手的扭矩值的设定按下式举行计较:

  M=k×d×p

  式中:

  d---螺栓公称直径;

  p---螺栓轴力,p=G/u;

  M---施加在螺母上的扭矩;

  k---扭矩系数;

  G---玻璃及菱形夹具等自重计划值;

  u---不锈钢拉索与不锈钢压块间磨擦系数;

  3.5.2竖向拉索端部节点机关计划

  竖向不锈钢拉索顶部及底部节点锚固在顶部及地部箱形钢梁的外侧,为避免竖向单索在蒙受程度荷载变形时使拉索端部锚固端头螺杆发生曲折,单拉索端头调理张拉装配采取半球铰机构(图7)。

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  为蒙受竖向不锈钢拉索的拉力,在顶部及底部箱形钢梁的外侧计划采取钢板拼焊成“U”型装配,U槽内底部钢板开年夜圆孔,上或下部安排半球铰机构带半球型(内凹)的压块,外凸半球型压块中心开罗纹孔,经由过程拉索锚固端头螺杆与内凹半球型不锈钢压块相符合。拉索锚固端螺杆经由过程半球铰机构在“U”槽内底部钢板内沿垂直幕墙玻璃面有±5°的万向扭转自由度,来顺应单索幕墙的比力年夜的柔性变形。为避免半球铰机构在动弹时发生金属噪音及包管动弹矫捷,半球铰机构内安装有1mm厚ETFE垫片(聚四氟乙烯-乙烯共聚物)。

  (①幕墙玻璃,②不锈钢拉索,③底部及顶部透风格栅,④底部及顶部箱梁,⑤铰接机构)

  3.5.3程度五线谱装潢索节点机关计划

  从下至上第2、第4块玻璃后竖向不锈钢拉索上设置5根φ10mm装潢性程度拉索(图8,),用于吊挂音符标记。顶、底部φ10mm装潢性程度拉索置于不锈钢菱形夹具后,中心三根φ10mm装潢性程度拉索采取不锈钢夹具安装在竖向不锈钢拉索上,在平面上分成7段牢固安装,程度装潢索两头均采取弹簧套筒支座牢固。(图9)。

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  为制止φ10mm装潢性程度拉索介入布局感化,程度拉索在施工安装时赐与100Kg的预张力,拉直便可,采取2个M10不锈钢螺栓经由过程不锈钢压块将其紧固在竖向拉索上,程度拉索在夹具上的牢固孔径采取φ12mm,包管程度装潢索可以在孔内程度滑动。别的,为包管程度五线谱装潢索在竖索蒙受正负风压时不介入受力及不至于掉往预拉力曲折下垂,故程度φ10mm五线谱装潢索两头采取弹簧套筒支座牢固(图10)。音符标识安装挂接在竖向拉索菱形夹具上,由竖向拉索承当其重量。

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  图10弹簧套筒支座表示图

  4.布局计较

  在布局计较进程中,采取ANSYS9.0对单拉索布局举行空间有限元阐发,并对施工状况、正常利用极限状况、承载本领极限状况三种状况举行阐发,为施工供给手艺参数和指点。

  4.1拉索计划

  对拉索轴心拉压构件:

  轴心拉力计划值:N≤ZB(拉索承载本领计划值)

  4.2布局计较的根基理论

  a.本工程布局计划采取承载本领极限状况法和正常利用极限状况法计划;

  b.玻璃幕墙构件内力应采取弹性方式计较,其截面较年夜应力计划值不该跨越质料强度的计划值:σ<f;

  c.荷载和感化效应可按下式举行组合:

  S=γGSGK+γwψwSwK+γEψESEK

  玻璃幕墙布局按各效应组合中的较晦气组合举行计划。

  4.3计较工况

  按照单索幕墙工程施工工艺和布局蒙受载荷请求必要举行下面几种工况的幕墙布局模子法式计较。

  4.3.1施工状况摹拟计较

  a.1.0×拉索预拉力+1.0×自重。

  4.3.2正常利用极限状况计较

  b.1.0×预拉力+1.0×自重+1.0×风荷载+0.6×地动荷载;

  c.1.0×预拉力+1.0×自重+1.0×风荷载+0.6×ΔT(+60℃)。

  4.3.3承载本领极限状况计较

  d.1.0×预拉力+1.2×自重+1.4×风荷载+0.6×1.3×地动荷载;

  e.1.0×预拉力+1.2×自重+1.4×地动荷载+0.6×1.3×ΔT(-20℃)。

  在施工深化计划进程中卖力供给幕墙布局对修建主体混凝土布局的支座反力,由计划院斟酌卖力修建主体布局的平安复核。同时必要注重的是,但竖索幕墙拉索位移(变形)因为今朝还没有国度尺度,参照海内外年夜量近似工程履历和相干实验成果,本工程按1/45节制。

  必要指出的是,本工程拉索属于斜向单索系统,拉索位移应不斟酌幕墙自重发生的位移,而是幕墙成形后外部荷载感化下发生的位移。

  4.4有限元建模

  模子计较采取的有限元法式ANSYS9.0,计较模子如图11。拉索模子计较根基假定为:

  a.拉索构件质料完整合适线弹性;

  b.拉索构件只能蒙受轴向拉力,不克不及蒙受轴向压力;

  c.拉索构件不克不及蒙受任何标的目的的弯矩。

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  图11单索幕墙计较模子

  4.5鸿沟前提

  布局计较模子下端箱形钢横梁采取三向铰支座与修建物主体布局毗连,上端箱形钢横梁采取竖向平面铰支座与修建物主体布局毗连。幕墙自重经箱形钢立柱通报给标高6.35米处的修建主体混凝土布局梁。

  4.6荷载施加

  计较工况包罗幕墙布局蒙受外荷载感化请求的全部工况,构件自己的自重和地动荷载在有限元模子中为均布荷载,而玻璃自重及地动感化,和风荷载等效为响应的会合荷载。钢布局自重由法式主动斟酌。

  4.7计较成果

  4.7.1施工状况计较结论

  a.幕墙拉索张拉终了+安装玻璃面板后,主体钢布局箱形横梁构件发生16.6mm的竖向位移;

  b.幕墙拉索张拉终了+安装玻璃面板后,主体钢布局箱形立柱构件发生26.6mm的竖向位移;

  c.幕墙拉索玻璃终了后,主体钢布局箱形梁构件发生16.6mm的竖向位移;是以主体钢布局建造安装应采纳预起拱,以知足幕墙必要;

  d.阐发施工进程布局计较,竖向拉索了理论预拉力T=127.9KN,张拉终了后其拉力稍稍削减;竖向拉索在全部张拉进程中的内力转变比力庞大,现实张拉施工时应严酷按照计较陈述采纳公道办法。

  4.7.2正常利用极限状况计较结论

  a.幕墙在晦气荷载感化下,竖向拉索位移f=274.4mm<12450/45=276.7mm,是以拉索位移知足请求;

  b.幕墙在晦气荷载感化下,箱形钢横梁位移f=22.4-15.9=6.5mm<8532/600=14.2mm,是以钢横梁位移知足请求;

  4.7.3承载本领极限状况计较结论

  a.幕墙布局在晦气荷载感化下,竖向拉索应力σ=590.4 N/m㎡<[σ]=630.8 N/m㎡,拉索应力知足请求;

  b.幕墙布局在晦气荷载感化下,箱形钢横梁应力σ=159.3 N/m㎡<[σ]=205 N/m㎡,钢横梁应力知足请求;

  c.幕墙布局在晦气荷载感化下,箱形钢立柱应力σ=114.3 N/m㎡<[σ]=215 N/m㎡,钢立柱应力知足请求。

  5.不锈钢单向拉索幕墙施工

  5.1施工张拉装备

  斟酌到ANSYS计较中设定的拉索理论预拉力在钢框架的变形、工况计较中拉索的预拉力会减小,故理论预拉力其实不是施工时的有用预拉力,经计较,施工时有用预拉力为103KN,采取扭矩扳手人工张拉方式很难使单索到达预拉力值,现实施工时采取液压泵+液压千斤顶机器张拉方式。

  5.2施工张拉挨次

  在举行拉索张拉前,先将竖向不锈钢拉索安装到位,采取扭矩扳手先将拉索拉直,使拉索的拉力在10KN摆布,拉索在每一个施工张拉步调中按“先中心,后摆布两侧”的挨次举行,即在每一个施工张拉步调中先张拉钢框内里间竖向拉索,中心竖向拉索张拉终了后,在张拉其摆布两侧竖向拉索,以次举行,直到竖向拉索张拉终了。

  5.3施工张拉步调

  a.采取带拉力传感器的液压千斤顶举行第1级张拉,第1级张拉到预拉力值的25%,到达张拉值后丈量单索支持布局的变形环境;

  b.待全部竖向单索第1级张拉终了落后行第二级张拉,第二级张拉到预拉力值的50%,到达张拉值后丈量单索支持布局的变形环境及采取索内力测力仪丈量拉索的内力;

  c.待全部竖向单索第二级张拉终了落后行第三级张拉,第三级张拉到预拉力值的75%,到达张拉值后丈量单索支持布局的变形环境及采取索内力测力仪丈量拉索的内力。然后延续24小时后在举行第二次丈量,对达不到预拉力值的拉索举行抵偿和调剂;

  d.待全部竖向单索第三级张拉终了落后行第四级张拉,第四级张拉到预拉力值的105%(5%为超张拉数值,详细超张拉数据,要依托张拉装备装卸、情况温度、支持钢布局变形等多种身分来加以鉴定),到达张拉值后丈量单索支持布局的变形环境及采取索内力测力仪丈量拉索的内力。然后延续72小时后在举行第二次丈量,对达不到预拉力值的拉索举行抵偿和调剂,使每根拉索的预拉力值知足计划请求;

  e.每阶段预拉力张拉值偏差节制在±8%。

  5.4施工注重事项

  a.施工时预拉力值简直定要按施工时的气温转变调剂预拉力,要依照合拢温度与预拉力值对比表肯定每级张拉预拉力值;

  b.张拉装备的拉力传感器及索内力测力仪在利用前应举行标定,包管丈量的精确性。

  c.竖向单索张拉终了且索夹具及驳接爪件安装后应举行沙袋配重实验。将相称于1.2倍玻璃重重的沙袋挂在每一个节点处,与玻璃的重力线在统一竖向平面内,沙袋的挂放按玻璃安装挨次举行。对索的内力举行丈量,并丈量节点的位移环境,考查玻璃安装后索的内力转变环境及节点的位移和变形是不是在计划许可规模内。在沙袋卸载后考查拉索的复位环境及内力转变,合适计划请求后方可举行玻璃的安装。

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