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1、单索结构玻璃幕墙的安全保障单索结构玻璃幕墙的安全保障 系统解析系统解析 王德勤王德勤 北京德宏幕墙工程技术科研中心主任； 中国建筑金属结构协会幕墙委员会专家组成员； 中国建筑装饰协会幕墙委员会专家。 中国钢协 空间结构分会索结构专业委员会成员 引言引言 我国的建筑幕墙经过了三十年发展，特别是 近二十年建筑幕墙在各大工程项目上的广泛应用， 使得各项技术都逐步成熟技术都逐步成熟，相关各类幕墙的标准、 规范也都纷纷出版。对现代幕墙从设计、加工制 作到施工技术质量都有了相应的要求和规范，使 得设计单位和幕墙公司在进行新项目的设计、施 工时有章可循。在一定程度上保障了建筑幕墙的 安全性、可靠性，也推动了
2、建筑幕墙行业的发展。 然而，由于设计单位和幕墙企业的技术能力技术能力 上的差异上的差异，使得在对各类幕墙在设计和施工不可 避免的会在对技术层面上出现认识上的差异。特 别是对于在幕墙技术含量较高的索结构玻璃幕墙 的生产技术上，还存在不少认识上的差异和经验 不足的情况，需要强调技术、安全的重点，以确 保工程项目的安全使用。 本次汇报是以实际工程项目为例，结合单索 结构点支式玻璃幕墙特点、形式，从结构的工作从结构的工作 原理原理到节点设计思路和工艺技巧，对单索结构玻 璃幕墙的抗风、抗震、温度变形等各项物理性能各项物理性能 的实现和安全保障作深入介绍的实现和安全保障作深入介绍。 同时还将发明专利技术发
3、明专利技术“索结构幕墙安全保护 装置”的工作原理和使用方法进行讲解和介绍。 1851年为在伦敦举办的工业博览会建造了水晶宫水晶宫，该建筑的玻璃板覆盖 了93000m2的面积，它宣告了现代幕墙时代的开始； 设计人：约瑟夫.帕克斯顿、因他的水晶宫工程 被封为爵士。他以建造铁和玻璃建筑而闻名 英国园艺师英国园艺师JJ帕克斯顿帕克斯顿按照当时建造的植物园温室和铁路站 棚的方式设计，大部分为铁结构，外墙和屋面均为玻璃，整个建 筑通体透明，宽敞明亮，故被誉为“水晶宫” 。 建筑幕墙发展历史建筑幕墙发展历史 1851年伦敦海德公园伦敦海德公园的世博会水晶宫水晶宫 1851年10月移至伦敦南部的西得汉 姆后扩
4、建1854年6月向公众开放的水 晶宫 1、建筑幕墙从延伸自今也只有160多 年的历史（1851年伦敦世博会壮丽辉煌的水 晶宫）， 幕墙的特性是将面板通过连接系统与支面板通过连接系统与支 承结构进行连接承结构进行连接。玻璃幕墙在一百多年的发 展过程中，面板玻璃基本没有大的变化。而 连接系统和支承结构确有很大的发展。 幕墙结构也从钢结构、铝结构发展到索幕墙结构也从钢结构、铝结构发展到索 结构。从刚性结构发展到柔性结构。结构。从刚性结构发展到柔性结构。 英国园艺师英国园艺师JJ帕克斯顿帕克斯顿 联合国总部联合国总部位于纽约曼哈顿东河 沿岸，是1949年10月至1951年6月 建成的。 1983198
5、3年北京长城饭店算起年北京长城饭店算起，随后陆续建成 的高层建筑如深圳国贸广州国际大厦 北京国贸等都大面积采用了建筑幕墙。 2、从索结构作为玻璃幕墙的支承结构开 始，使幕墙大家族中增加了一个最新颖 活泼的成员，使得玻璃幕墙又增添了很 强的美学表现能力 索结构玻璃幕墙在我国已有十我国已有十 五、六年的历史五、六年的历史，有些功能性和安 全性的问题也越发广泛的引起了人 们的注意，对单索结构玻璃幕墙的 安全可靠性的研究安全可靠性的研究十分重要。 单索网玻璃幕墙高13米，总长米，总长540米米，采用矩形夹板式支承装置， 钢索采用22mm不锈钢绞线。其结构是由多个单索网结构单元组成的 玻璃幕墙。 哈尔滨
6、国际会议中心哈尔滨国际会议中心 （建于建于2002年年9月是我国第一个单索网玻璃幕墙）月是我国第一个单索网玻璃幕墙） 北京新保利大楼北京新保利大楼 玻璃基本分格为:1300mm1300mm。 东北立面幕墙索网结构两根 斜拉主索组合成三个相互联动拼 折的柔索网面, 洞口宽洞口宽58m58m高高87m87m . 单层索网结构点支式玻璃幕墙单层索网结构点支式玻璃幕墙 单索结构玻璃幕墙在工程中的应用单索结构玻璃幕墙在工程中的应用 53序号边缘支撑结构端部预应力调节器竖向受力索横向受力索4576图 02356776212幕墙玻璃板块幕墙连接装置12324横向受力索幕墙连接装置端部铰支座端部预应力调节器竖
7、向受力索名 称边缘支撑结构幕墙玻璃板块4单索结构示意图 单索网玻璃幕墙 单层索网结构相对挠度小于L/45 (L跨度) No+ N单索工作状态示意图 RzPPF受力索PNo+ NRz单层索网结构点支式玻璃幕墙单层索网结构点支式玻璃幕墙 单层索网结构幕墙的概念与工作原理： 单层索网结构玻璃幕墙是索结构点支式玻璃幕墙中的一种类型，其幕墙玻璃面板的支承体系为单层平面索网结构，它可以是 一个单索网结构单元组成一个单索网结构单元组成的，也可以由多个单索网结构多个单索网结构单元单元组成组成的玻璃幕墙。大大节省了支撑结构所用的空间，进一步提高 了玻璃幕墙的通透性，对于玻璃幕墙支撑结构来说，是一种全新的受力体系
8、。 单索结构玻璃幕墙的结构形式单索结构玻璃幕墙的结构形式 结构的受力状况与安全度的分析结构的受力状况与安全度的分析 幕墙的支承结构必须是安全有效的结构体系，（对 索结构的几种情况的分析）对面板玻璃起到可靠的支承 作用，确保在各种荷载的作用下幕墙整体的稳定性。 单索结构玻璃幕墙平面外变形静压实验单索结构玻璃幕墙平面外变形静压实验 自初始预应力状态之后的最大挠度与跨度自初始预应力状态之后的最大挠度与跨度 之比之比： 双层索系双层索系玻璃幕墙及曲面（鞍形）单曲面（鞍形）单 层索网层索网自初始预应力状态之后的最大挠度与跨 度之比不宜大于不宜大于1/200。单层平面索网玻璃幕 墙的最大挠度与跨度之比不宜
9、大于不宜大于1/45。 结构的受力状况与安全度的分析结构的受力状况与安全度的分析 单索网玻璃幕 墙1:1静力试验。在 试验中单层平面索网 玻璃幕墙的最大挠度 与跨度之比做到了 1/35未出现玻璃破损未出现玻璃破损 的现象的现象。 单向单索结构玻璃幕墙单向单索结构玻璃幕墙(平面单向索) No+ N单索工作状态示意图 RzPPF受力索PNo+ NRz端部预应力调节器幕墙连接装置幕墙玻璃板块竖向受力索连廊跨度63米，立面采用长度长度不等的竖向单索结构不等的竖向单索结构玻璃幕墙，单索 最大受力跨度7m-12m.。 北京联想融科联想融科项目玻璃幕墙采用了长度长度不等不等 的竖的竖向单索结构向单索结构，在
10、竖的底部安装了索内力均衡装置。（弹簧系统） 单索结构玻璃幕墙的结构形式单索结构玻璃幕墙的结构形式 (曲面单向索) 结构的受力状况与安全度的分析结构的受力状况与安全度的分析 单向单索结构玻璃幕墙的支承体系由多组单根竖 向索组成的平面或曲面索结构玻璃幕墙。 平面单向索玻璃幕墙 曲面单向索玻璃幕墙曲面单向索玻璃幕墙 隐形单向单索结构玻璃幕墙隐形单向单索结构玻璃幕墙(平面单向索) No+ N单索工作状态示意图 RzPPF受力索PNo+ NRz隐形单向单索 幕墙 边缘支撑结构幕墙玻璃板块幕墙连接装置端部预应力调节器竖向受力索单向隐形索结构玻璃幕墙 单索结构玻璃幕墙的结构形式单索结构玻璃幕墙的结构形式 结
11、构的受力状况与安全度的分析结构的受力状况与安全度的分析 隐形单向单索结构玻璃幕墙的支承体系由多组单根竖向索 组成的其竖向索隐藏在玻璃板块胶缝之间的平面或曲面索结构 玻璃幕墙。 (曲面单向索) 北京万通中心北京万通中心裙楼采用了 隐形单索结构玻璃幕墙其最大 受力跨度为8m。 端部预应力调节器幕墙连接装置幕墙玻璃板块竖向受力索单索结构玻璃幕墙的节点形式单索结构玻璃幕墙的节点形式 中部节点和边部节点在结构中部节点和边部节点在结构受力变形状受力变形状 况下况下的的安全度分析安全度分析 序号边缘支撑结构端部预应力调节器竖向受力索横向受力索4576312幕墙玻璃板块幕墙连接装置横向受力索幕墙连接装置端部铰
12、支座端部预应力调节器竖向受力索名 称边缘支撑结构 幕墙玻璃板块单索结构示意图 竖受力索NHRz变形后节点位置RzHNF承重索PPPNo+ NNo+ NRzRz单向单索结构工作示意图竖受力索横向受力索NHRz变形后节点位置RzHNF承重索PPPNo+ NNo+ NRzRz单层平面索网结构工作示意图横向受力索单层索结构玻璃幕墙的平面外变形的大小与索内预应力有着直接的关系平面外变形的大小与索内预应力有着直接的关系。随着索结构预应力的变化，玻璃幕墙平面外的 变形量也随之变化。 在单向单索结构幕墙设计时可以利用这个原理来解决索体与墙体相对位移过大解决索体与墙体相对位移过大的问题。 点支式玻璃幕墙面板玻璃
13、工 作原理 在点支式玻璃幕墙使用的玻璃面板由于其 支承形式的特点，应进行严格的计算。 水平受力孔承重受力孔承重受力孔承重受力托块承重受力托块单索结构玻璃幕墙的面板玻璃支承形式单索结构玻璃幕墙的面板玻璃支承形式 玻璃玻璃的受力状况与安全度的分析的受力状况与安全度的分析 面板：钢化夹胶玻璃，应进行均 质处理（面板的边部、中部变形分析） 玻璃分割宽在1500m*1500m,不应大于 1800m*1800m， 穿透式连接点支式玻璃幕墙简图 无穿透夹板式连接点支式玻璃幕墙简图 点支承装置 (连接件。 ) 球球铰式连接件 宜采用不锈钢 材料制作 连接玻璃面板与爪件的组件（驳接头） 11.3.1.2连接件与
14、玻璃之间宜设置衬垫、 衬套，厚度不宜小于1mm,选用的 材料在幕墙设计使用年限内不应 失效。 单索结构玻璃幕墙的连接节点形式单索结构玻璃幕墙的连接节点形式 连接节点的连接节点的安全度的分析安全度的分析 玻璃硅胶条密封胶不锈钢索不锈钢索连接玻璃面板连接玻璃面板的的爪件（驳接爪）爪件（驳接爪） 连接玻璃的夹板式连接件连接玻璃的夹板式连接件 连接玻璃的夹板式连接件连接玻璃的夹板式连接件 连接系统：应能最大程度的适应面板和 结构在受荷载时产生的位移，和变形量。 （顶部、边部、中部节点分析） 钢索地锚连接技术钢索地锚连接技术 柔性结构与主体建筑 连接采用球形铰接 系统 传力流畅可靠 释放大变形转动刚度
15、避免转折破坏钢索 单索玻璃幕墙特殊节点 索结构中索与支承结构连接是通过一对球面结构（球座、球头）实现，此结构随 索拉力方向变化而产生微小的相对位移，避免构件产生附加弯矩，有利于结构安全和安 装。 球形铰接系统球形铰接系统 端部、端部、 底部连接节点的底部连接节点的安全安全 度的分析度的分析 柔性幕墙适应大位移技术 单索玻璃幕墙特殊节点 不锈钢驳接头系统不锈钢拉索铰接连接面玻璃不锈钢驳接爪系统球头垫块结构腹板竖向单索球头底座柔性垫圈 定位垫压紧头球形转轴玻璃圆锁紧帽驳接爪边部连接节点的边部连接节点的安全度的分析安全度的分析 应力补偿装置 通过弹簧组的弹性变形，减小钢索粘弹 性引起塑性变形（蠕变）
16、而产生的应力损失。 应力补偿装置 单索玻璃幕墙特殊节点 应力均衡均衡装置 通过弹簧组的弹力，使多组钢索 的内应力保持一致或按设计有节奏的 变化。 应力均衡装置 安全保障系统的设置安全保障系统的设置 过载保护装置 “小震不坏，中震可修，大震不 倒”当一旦出现超过索结构变形极 限时（如大地震），过载保护装置 中的保险构件首先会断开，使弹簧 系统起作用。使幕墙整体结构不出 现倾覆 过载保护装置 单索玻璃幕墙特殊节点 安全保障系统的设置安全保障系统的设置 水平安装的过载保护装置 垂直安装的过载保护装置 在实际工程中的安全问题在实际工程中的安全问题 单向单索结构玻璃幕墙的主 索在上部节点索头处断裂，索结 构已经退出工作状态。 索结构玻璃幕墙在实际工程中出现的安全问题， 主要表现在不锈钢接头螺纹处断裂、索锚固接头与索体 之间滑移、索体跳丝等现象。 由于单向单索结构的主索在 顶部节点索头处断裂，造成玻璃 在固定节点处产生滑移。 玻璃在固定节点处产 生滑移已经不能固定作用 了。玻璃也已
