索網(wǎng)幕墻及桁架體系鋼桁架構(gòu)造設(shè)計及解決措施

楊湧波

摘 要：某工程為大型車站配套商業(yè)綜合體工程，建筑面積達二十萬平米，該建筑體長度較長，建筑主體分成三個區(qū)域，拉索幕墻位于大樓主入口中部三層至六層（屋頂層）位置。該項目主體結(jié)構(gòu)形式為混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)，屋頂蓋為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。拉索幕墻的立面幕墻寬約57m，高21.5m。

關(guān)鍵詞：索網(wǎng)幕墻；鋼結(jié)構(gòu)桁架；鉸榫支座

1 拉索幕墻重點設(shè)計

1.1 垂直鋼結(jié)構(gòu)桁架

因建筑主體的屋頂蓋為網(wǎng)架體系不能承受幕墻和主要支承幕墻構(gòu)件垂直荷載，而該幅幕墻跨八個軸線長度，因此我們考慮用兩榀垂直鋼結(jié)構(gòu)桁架為結(jié)構(gòu)柱，將幕墻分成三個小區(qū)間。所以加設(shè)兩榀三角形垂直鋼結(jié)構(gòu)桁架，分別在幕墻門幅的三分之一處，每榀垂直鋼結(jié)構(gòu)桁架是為二根主前桿鋼方管350x250x20mm，一根后置圓管φ299x20mm，并有水平向十道間隔1700mm的矩形管為腹桿的鋼管，采用170x50x10mm；在三角形垂直鋼結(jié)構(gòu)桁上端架與水平桁架焊接處，布置二道水平桿為二根φ325x18mm，后桿頂端布置φ299x10mm和φ159x10mm各兩根對稱斜向撐桿，豎向桁架與水平桁架相接處的正前方，交匯各角部對稱布置20mm厚三角筋板對桁架加強焊接達到固接作用。

1.2 水平鋼結(jié)構(gòu)桁架

該水平桁架分成三段，是有二根下弦桿φ325×18mm和一根上弦桿φ325x18mm，組成三角形鋼結(jié)構(gòu)水平桁架。水平三角形桁架的前桿下方均布置索體固定點耳板，固定點在玻璃分割中心線上。與垂直桁架的交匯處的水平桁架端部都采用對稱布置20mm厚三角筋板，起加強焊接達到固接作用。水平桁架的設(shè)置是為拉索索體上支端的固定作用。

1.3 垂直鋼結(jié)構(gòu)桁架地面支座的設(shè)計

每榀垂直鋼結(jié)構(gòu)桁架底部各有兩個球面鉸榫和支座框，兩個支座分別支承垂直桁架的前桿，支座框與地面栓接固定，三角形后桿在離地面一個水平分割收于兩根前桿合并。

該支座設(shè)計能消化現(xiàn)場施工的誤差，球面鉸榫入框后可以適應(yīng)桁架的X方向和Y方向的微量擾動變化，支座仍為面接觸。對于大噸位的結(jié)構(gòu)承重，這種設(shè)計方案是非常有效避免直接與地面焊接的簡單處理工藝，且能保證外觀美觀簡潔。

1.4 水平桁架兩端支座的設(shè)計

與兩榀垂直鋼結(jié)構(gòu)桁架上部采用焊接形成一個整體，并增加對稱布置三角筋板，起加強焊接達到固接作用。水平桁架的外側(cè)兩段分別架于主體結(jié)構(gòu)柱內(nèi)側(cè)和背側(cè)，支座采用為兩向約束一向可滑動的支座（即順桁架X方向可滑動的支座），后支座為鉸支座。

采用這種支座的作用是由于水平桁架左右跨為17m和中間跨為23m，中間與垂直柱完全焊接，總長約57m，溫度變化產(chǎn)生的位移將近60mm，因此需在支座處設(shè)計能吸收和消除微量位移的支座。選用橡膠支座，它一方面在X方向可接受桁架的位移，但支座是不能有移動，另一方面是同樣可傳遞垂直荷載和水平迎風荷載，每個支座位移量為±15mm。

與結(jié)構(gòu)柱連接形式采用普通牛腿形式，與水平桁架連接形式運用桁架圓管設(shè)計成圓形內(nèi)凹形式支座架將桁架圓管架于上方，保證桁架鋼管落槽。

后支座因離混凝土柱邊有750 mm，屬于偏心支座采用四層加筋板和直板做轉(zhuǎn)接，該支座為鉸接，僅起到水平桁架后桿固定作用，穿銷孔需加大些，可有微量滑移和轉(zhuǎn)角變化。

1.5 搖臂支座的設(shè)計

因整幅玻璃幕墻的迎風荷載（Y方向）較大，且上部連接點不能直接在桁架的垂直線上方的網(wǎng)架球直接固定，因此選在幕墻完成面的外側(cè)4.2m位置做固定點。因整個桁架承受幕墻的荷載較大，用八個支撐點承受荷載和彎矩，且考慮側(cè)向穩(wěn)定因素。連桿用六個雙撐連續(xù)桿和一個四撐連續(xù)桿組成。該支撐連續(xù)桿桿件直徑為φ152×8mm，桿件的兩端與桁架上的支座（搖臂支座a）和網(wǎng)架上的支座（搖臂支座a和b）。在搖臂支座a和耳板上都設(shè)計一個球形外表面中心帶直孔的零件，其主要作用是可以三維空間微調(diào)各角度，減少加工誤差和施工誤差造成支撐桿件在安裝時產(chǎn)生附加應(yīng)力，且能確保安裝理想化就位。

1.6 玻璃幕墻板塊支承體系

水平索φ26mm和垂直索φ40mm，水平索為張拉索，垂直索為自重索。其分別按立面和平面布置的尺寸進行安裝，兩種索交叉處采用玻璃夾具，用螺釘和夾板夾緊，索夾前端安裝四片玻璃板塊的角部。每片玻璃板塊2100×1700mm，玻璃雙層夾膠中空玻璃，每塊玻璃板塊重約295 kg 。

2 鋼結(jié)構(gòu)桁架安裝要點

按設(shè)計圖紙，分別對豎向鋼結(jié)構(gòu)桁架、水平鋼結(jié)構(gòu)桁架及拉索用耳板件的平面和高程位置進行測量定位及放線；對不符合設(shè)計要求的埋件部位進行糾正，并復(fù)檢至達到設(shè)計要求；

鋼桁架的預(yù)拼裝應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件進行預(yù)拼裝，并做好起拱點位置；拼裝各焊接時應(yīng)采用合理的施焊順序，減少焊接產(chǎn)生的次應(yīng)力；支座的固定主要有地面上球面鉸榫落位地面支座；水平桁架兩端支座有前側(cè)為兩個橋式支座，其僅承受結(jié)構(gòu)重量和荷載力及其變形，水平桁架的溫度變形是不能傳遞至主體砼結(jié)構(gòu)，后支座僅為鉸支座；搖臂支座是與上部網(wǎng)架固定的支座，其承受水平荷載，且抗側(cè)向穩(wěn)定；拉索耳板支座固定；在鋼結(jié)構(gòu)桁架就位后，進行張拉索的安裝，因此，需檢查桁架的現(xiàn)場焊接各點是否符合要求。

3 索體的安裝要求

本幅玻璃幕墻的水平索為張拉索，索體理論長度為57.8m，垂直索理論長度為20m。水平索φ26mm承載力設(shè)計值為170kN，垂直索為φ40承載力設(shè)計值為480kN。

按設(shè)計圖紙及放線尺寸，依次安裝豎向承重索和水平張拉索。安裝時，應(yīng)與標高最低及最高處的水平張拉索體同時進行，豎向承重索有兩端向中間依次安裝，同時與連接耳板初步固定。

張拉索拉力調(diào)整遵循對稱式依次從“由中向邊、先上后下、先豎后橫（先長后短）”的原則調(diào)整。調(diào)整過程中，要注意玻璃夾具的位置變化，玻璃夾具設(shè)計其內(nèi)部為球形面可轉(zhuǎn)動的夾具，它可以吸收玻璃面板微小偏差和角度變化。

索體的安裝張拉分級可分成5級或按設(shè)計值20%、40%、60%、80%和100% 進行張拉，也可根據(jù)傳力設(shè)備能力做張拉級數(shù)調(diào)整。豎向索下端安裝調(diào)節(jié)裝置，水平索在兩端或豎桁架位置安裝調(diào)節(jié)裝置，同時加設(shè)傳力設(shè)備千斤頂進行張拉（或置于上端根據(jù)現(xiàn)場情況做調(diào)整）。通過扭力扳手擰動豎向索上端的螺母和水平索中間調(diào)節(jié)頭使各索索端長度的水平和垂直在一條線上，調(diào)勻各索的索力，消除不利因素。因水平索較長，需注意索的兩端對稱性和索的高低調(diào)整。每一級別都需用索力計檢測儀或相似設(shè)備記錄索力值，用全站儀記錄測點位移。實測值和理論值對照分析，進行調(diào)整計算分析制訂調(diào)整修正方案。

索網(wǎng)幕墻安裝、張拉完畢后，對索桁架進行索力抽檢；若張拉力仍不足值的，加以補足；若張拉力過量值的，適當放松。不足和過量不宜大于張拉力設(shè)計值的5%，小于者則為符合設(shè)計要求。

索網(wǎng)幕墻施工中可能存在索力損失，如張拉端錨具變形引起的預(yù)應(yīng)力損失；入口雨篷及門架施工中對張拉力損失；鋼結(jié)構(gòu)桁架的變形對張拉力損失；索體松弛引起的張拉力損失；額外荷載使主體結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致索網(wǎng)跨度變化引起的張拉力損失。為了避免索力損失必須對索網(wǎng)張拉力控制在張拉力設(shè)計值的5%之內(nèi)，不宜過大或偏小；現(xiàn)場實測的鋼索下料長度需準確，不宜過長或過短；選用的鋼索需符合設(shè)計要求。

4 各部件碰撞處理要點

在設(shè)計該幅拉索幕墻時發(fā)現(xiàn)有幾處部件固定位置緊湊，空間小，部件之間發(fā)生碰撞，在施工中應(yīng)根據(jù)部件的主受力情況適當調(diào)整部件之間的位置或錯位布置，如其一，上支座與垂直索耳板碰撞處理，可將垂直索耳板局部碰撞，施工時可以考慮對支座局部切割一角，但不能影響支座板的固定；其二，垂直拉索耳板與垂直桁架底座空間布置不足而相碰撞的處理方式是對垂直拉索耳板與垂直桁架底座框焊于一體或是將支座對稱鏡像安裝與與框碰撞做切割達到尺寸要求；其三，門廳處水平拉索與雨篷變截面H型三角支撐架相碰撞時，因確保三角支撐架焊接焊縫完整后，再做拉索支座焊接或?qū)⑷侵渭芎屠髦ё象w為一個構(gòu)件完成雙功能作用；其四，雨蓬的變截面支撐桿與玻璃夾具的后端耳板相碰時，可取消該處后端耳板不做固定。

以上是我在設(shè)計拉索幕墻的一些心得體會，愿項目順利進展，成為城市建筑的亮點。