0引言
單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)是近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種新型幕墻結(jié)構(gòu)，在建筑上營(yíng)造一種輕盈通透和內(nèi)外交融的高透視覺(jué)效果，結(jié)構(gòu)上具有很強(qiáng)的變形適應(yīng)能力，尤其適用于大空間的公共建筑，具有廣闊的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。
0.1 單層索網(wǎng)玻璃幕墻的受力特性
單層索網(wǎng)玻璃幕墻結(jié)構(gòu)包括預(yù)拉力拉索、夾具系統(tǒng)、玻璃面板三個(gè)部分，其中，玻璃的四個(gè)角點(diǎn)通過(guò)夾具與拉索連接，玻璃與玻璃之間采用硅酮密封膠嵌縫。其傳力途徑為：風(fēng)荷載和地震荷載→玻璃面板→夾具→拉索→主體結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)。單層索網(wǎng)體系是由兩向正交的鋼索構(gòu)成的平面或負(fù)高斯曲面受力體系，其中單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)不具有平面外剛度，只有當(dāng)產(chǎn)生平面外位移時(shí)才能抵抗平面外荷載的作用，平面外的剛度是依靠索網(wǎng)預(yù)拉力的二階效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的；而且，隨著荷載的增加，結(jié)構(gòu)變形越大，抵抗荷載的能力越強(qiáng)，表現(xiàn)出較明顯的幾何非線性特征。
1 工程概況
中國(guó)五礦商務(wù)大廈A樓高121.3m，共32層，平面呈矩形，為了使建筑物內(nèi)部形成封閉明亮的中庭， 在西立面上設(shè)置單層網(wǎng)玻璃幕墻，該幕墻輪廓尺寸14.5m*115m，由水平向索和豎向索正交布置，構(gòu)成2.0*1.85m的索網(wǎng)格，是目前國(guó)內(nèi)單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)跨度最大的工程。
2 結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)
本工程中單層索網(wǎng)幕墻的橫向拉索跨度為14.5m，左右兩端均連接在豎向鋼結(jié)構(gòu)柱上，鋼結(jié)構(gòu)柱通過(guò)轉(zhuǎn)接件將外荷載傳遞給主體混凝土柱；豎向拉索跨度115m，上端可靠連接在頂部鋼桁架上，下端連接在門框鋼結(jié)構(gòu)上，豎向索貫通支撐在橫向鋼梁上；由于混凝土柱本身特性決定了不宜承受較大的水平拉力，不宜把橫向索設(shè)計(jì)成主受力索，而豎向索的跨度比較大，如果做為主受力索，則豎索的截面會(huì)非常大，工程造價(jià)較高。
本工程設(shè)計(jì)中，沿高度方向每14.8m設(shè)置一道橫向鋼梁形成索梁結(jié)構(gòu)體系，以增加結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，采用剛?cè)峤Y(jié)合的混合張拉結(jié)構(gòu)體系。橫向鋼梁具有一定的抗彎剛度，其兩端與左右鋼立柱連接，并與各豎向索在相交處連接，與索網(wǎng)共同承受平面外的變形，同時(shí)豎向索的計(jì)算跨度和橫向索的計(jì)算跨度比較接近，按雙向受力進(jìn)行設(shè)計(jì)，大大地改善了整個(gè)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系的受力性能，同時(shí)整個(gè)幕墻體系的外觀效果好，施工工藝簡(jiǎn)單。
橫向鋼梁采用材質(zhì)Q235B的300*400*15箱型鋼梁，表面氟碳噴涂處理；頂部鋼桁架采用材質(zhì)Q345鋼，表面氟碳噴涂處理。
3.3拉索
橫索選用Ф26mm和豎索選用Ф34mm的不銹鋼鋼絞線，具體參數(shù)如下表所示：
4 單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)計(jì)算基本原理
4.2索變形協(xié)調(diào)方程
索的平衡方程只反映出了某一特定狀態(tài)下，q、x、H三者之間的關(guān)系，而不能考慮狀態(tài)的變化過(guò)程，因此必須在索由始態(tài)過(guò)渡到終態(tài)的過(guò)程中，考慮索的變形和位移情況，建立索的變形協(xié)調(diào)方程。
 5 單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)計(jì)算
5.2 計(jì)算模型
采用有限元軟件Ansys軟件對(duì)單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，拉索的預(yù)拉力經(jīng)過(guò)反復(fù)試算后確定，橫向索預(yù)拉力為100KN，豎向拉索預(yù)拉力為100KN。對(duì)結(jié)構(gòu)在ANSYS軟件中，采用如下考慮[7]：
�。�1）分析類型：非線性結(jié)構(gòu)、靜態(tài)；
（2）單元類型：拉索采用只拉單元LINk10，橫向鋼梁采用Beam188單元；
�。�3）材料本構(gòu)模型假設(shè)為理想彈性材料，符合HOOKE定律；
�。�4）邊界條件：豎向索與頂部鋼架和門框鋼結(jié)構(gòu)均為鉸接，橫向索與豎向鋼結(jié)構(gòu)柱為鉸接；
�。�5）荷載以集中力形式施加在模型上；
（6）地震荷載由軟件自動(dòng)施加；
6 夾板螺釘預(yù)緊力的計(jì)算
6.1連接和傳力途徑
螺釘受到水平方向的風(fēng)荷載、地震荷載和防止豎向自重下滑的預(yù)緊力，玻璃自重通過(guò)壓塊1直接傳遞給豎向索，用2個(gè)M10不銹鋼螺釘把壓塊2和壓塊1鎖緊固定在豎向索上；然后再用2個(gè)M10不銹鋼螺釘把壓塊2和壓塊3鎖緊固定在橫向索上。所有荷載均利用壓塊與索的預(yù)緊力，以摩擦力的形式傳遞。
�。�5）考慮玻璃自重對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)豎向變形的影響，根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算分析結(jié)果，反調(diào)整夾具的位置，以確保玻璃安裝到會(huì)，夾具恢復(fù)到設(shè)計(jì)位置；并根據(jù)計(jì)算的螺釘所需預(yù)緊力值，擰緊夾具上的所有螺絲，直至夾具達(dá)到最佳受力狀態(tài)。
（6）玻璃安裝從上到下進(jìn)行，待玻璃全部安裝完畢后，在自重作用下，夾具達(dá)到設(shè)計(jì)位置。
按照以上的施工順序，當(dāng)索網(wǎng)幕墻全部完成后，近地面處的豎向索拉力與計(jì)算的結(jié)果基本一致，表明整個(gè)單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算分析是精確、可靠的。
8 結(jié)論
1、隨著跨度的增加，索中內(nèi)力及支座反力都會(huì)相應(yīng)增加，從而增加了邊緣構(gòu)件處理的復(fù)雜性，因此對(duì)于大跨度的單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，沿長(zhǎng)跨方向設(shè)置剛度較大的支撐結(jié)構(gòu)，以減少索和索網(wǎng)的計(jì)算跨度，是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度的有效措施之一。設(shè)置的支撐結(jié)構(gòu)形式除應(yīng)根據(jù)建筑造型的要求外，還應(yīng)使其受力合理，尤其應(yīng)使其具有足夠的側(cè)向剛度。
2、采用有限元軟件ANSYS，對(duì)單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力非線性整體計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果與施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基本一致，表明采用的計(jì)算方法及參數(shù)是精確、可靠的；同時(shí)，計(jì)算結(jié)果為大跨度單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)施工工藝的合理制定提供了重要的依據(jù)。
3、對(duì)單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用、結(jié)構(gòu)計(jì)算和施工控制過(guò)程進(jìn)行了全面的分析，對(duì)今后類似工程的研究和應(yīng)用提供了重要的參考價(jià)值。（賀玉珍 曹繼明 余長(zhǎng)江 花定興）
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