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1、12 单层索网玻璃幕墙 单层索网玻璃幕墙由于具有良好通透性而受到青睐。单层索网玻璃幕墙分为单向单层索与玻璃组合体系和双向单层索网体系。如果单向单层索之间没有横向索把它们互相连接起来，就未形成结构体系，就会因整体失稳而破坏，就要把玻璃作为单向单层索的横向结构，即考虑玻璃的作用才能形成稳定的结构。双向单层索网体系靠双向索组成的索网形成稳定的结构。单层索网玻璃幕墙是国外开发的，但没有人给我们提供建造单层索网玻璃幕墙整套技术，完全靠自己摸索，国外也有些资料介绍了一根单索的挠度和内力的关系(见表12-6)，有些人以为表12-6的参数是用来选择最大挠度控制值的，并按最大挠度控制值求出索的内力，这样理解是不
2、完整的，索的挠曲（矢高）越大内力越小，挠曲（矢高）越小内力越大，表12-6所列参数说明了这一点。 表12-6 f/L1/4001/3001/2501/2001/1501/1001/801/601/50N100P75P62.5P50P37.5P25P20P15P12.5P 单层索网幕墙由于两个方向的约束，单层索网的挠度由两边中央逐步增加（不是线性的），表12-6参数说明了一幅幕墙不同部位索的挠曲（矢高）与内力的关系，因此在对索结构分析时，要把整个索网（包括是单向单层索与玻璃组成双向结构）作为双向结构来分析，这样就可求出每根索的挠度和分配到的荷载，从而求出索的内力。在效应分析时要取可变荷载最不利分
3、布，当可变荷载满布时，某些索截面内力最不利，而其他一些索则不然，因此要分别求可变荷载竖向3/4、1/2、1/4满布，横向3/4、1/2、1/4满布，整个索网十字型分割时的1/4分布时的荷载分配与挠曲（矢高），求每根索在荷载最不利分布时的内力，进行截面承载能力验算，如果以为只对可变荷载满布时，挠曲最大的一根索进行验算，可能这一根索不是起控制作用的，按此种方法计算结果设计的幕墙包含着相当大的风险。我们必须对单层索网按双向结构分析，找出每根索在最不利可变荷载分布情况下的挠曲（矢高）和荷载分配，再进入内力分析和截面承载能力验算。 单层索网玻璃幕墙是柔性张拉结构，在没有施加预应力之前没有刚度，其形状也是
4、不确定的，必须通过施加适当的预应力赋予其一定的形状，才能成为能承受外荷的结构。单层索网玻璃幕墙的预应力必须通过结构自身变位条件来维持，如果说张拉拉索是产生预应力的外在因素的话，那么能够通过变形协调条件来维持预应力的存在是产生预应力的内在因素。静定结构的内力可直接求解平衡方程得到，变位协调条件与静定结构的杆件内力无关，这种性质决定了静定结构不能作为预应力结构。相比之下，超静定结构却不相同，超静结构杆件内力并不由平衡条件唯一确定，同时还取决于变形协调条件，这种性能决定了单层索网玻璃幕墙是预应力结构，同时又是超静定结构，这是维持单层索网玻璃幕墙结构预应力在结构形式方面的要求。单层索网玻璃幕墙的稳定与
5、预应力控制是单层索网玻璃幕墙设计、施工技术中的关键问题。 单层索网玻璃幕墙和一般钢桁架不一样，从静力学角度分析，“Maxwell原理”指出：对有j个结点的结构体系必须有：b3j-6个杆件才能使其成为几何不变体系，但是C.R.Calladine指出：存在小于“Maxwell原则”要求杆件数的稳定体系。实际上，“Maxwell原则”是结构在线性条件下处于几何不变的必须条件，而例外的情况在非线性条件下成立，单层索网玻璃幕墙体系保持几何稳定的特征是：1、结构可以发生无穷小机构运动；2、至少存在一个预应力模态，存在可刚化的自应力平衡体系。当此类结构中的杆件长度即将发生改变时，就会在节点上产生不平衡力，该
6、不平衡力能使节点具有恢复初始位置的趋势，使结构趋于硬化。实际上，“Maxwell原则”是结构在线性条件下处于几何不变的必须条件，而例外的情况在非线性条件下成立。不能认为单层索网玻璃幕墙预应力满足了始态的要求就算完成了任务（要满足始态的力系平衡，只要施加不太大的预应力就可以了），还要求预应力系统在终态（即张拉索杆结构承受最大设计水平作用时），任意一根索都不发生松弛，且保持一定大小的张力储备。单层索网玻璃幕墙最早出现在德国，在德国也用得很多，但德国是一个非抗震设防国家，因此，它不可能提供中国这个多强烈地震国家有抗震设防的要求的单层索网幕墙的设计计算方法，这个任务要中国工程技术人员来完成。北京土城电
7、话局信息港四季中庭是在两座建筑间设共享空间，它的外壁要采用单层索网幕墙，根据抗震设计计算，这两座建筑物在设防烈度下，其顶部位移达170mm，钢索不可能有如此大伸长，即两座建筑顶部位移达到170mm时，势必将钢索拉断，在设计时采用了过载保护器，过载保护器装有压缩量为170mm的弹簧。钢索用保险索与锚定结构连接，当钢索内力达到容许应力时，保险索自动断开（即保险索破断拉力的钢索的容许应力）钢索支承在弹簧装置的顶板上，由弹簧装置调节170mm位移，免使钢索破断。1221 哈尔滨国际体育会展中心预应力单层索网幕 哈尔滨国际会展体育中心是黑龙江省哈尔滨市重点工程，是全国首家将展览、会议和体育馆三部分功能统
8、一规划布置，能举办大型展览和召开国际会议及进行国际体育比赛的大型会议工程。工程位于哈尔滨市开发区红旗大街和长江路交汇处，占地面积63万m2，总建筑面积36万m2（图12-77）。 哈尔滨国际体育中心工程由三部分组成：12500个国际标准展位的国际展览中心、综合训练馆、体育馆；2 国际会议中心和宾馆，是含1800座会议厅兼剧场及多种规模的会议厅以及一座38层总高度169.70米的宾馆；35万人体育场。 一理念解读重构建筑内涵1 契合地域 设计中立于地域文化传承，用现代技术手段表现传统文化意韵，使建筑与环境有机结合，赋予会展体育中心独特的形象以及丰富内涵，使之成为哈尔滨市的标志性建筑。2 表征时代
9、 设计中强调完整协调的形体组合，力求以简明大方的整体美感达到可识别性，通过塑造会展建筑标志性的建筑形体、深层的文化内涵充分展现时代风貌。3 弘扬技术 设计中采用先进的技术手段实现建筑功能所需空间，索拱结构、膜结构，玻璃幕墙、金属板材等作为构图元素，将现代会展建筑高技术含量表现得淋漓尽致。4 注重效益 根据会展中心的复合性特征，分别从功能设置、空间高度、交通组织及结构协调等多方面研究其各部分要素的协同关系，并确定相应的设计方法。为避免空间的浪费，将建筑各组成部分有机的加以划分，采用高效实用的立体交通系统，合理组织人流和货运，确保展览、会议和体育设施多样化结合使用的灵活性，从而发挥综合体整体效益。
10、 二功能整合架构系统观念 会展体育中心是处在一定社会环境中的复杂人工系统，它包括展馆、会议中心、体育场馆等内容，多种功能的系统化组合，使单个功能克服了局限性，并在相互依存的基础上，创造了更为广泛与优越的整体功能。同时通过利用系统内部整体与部分、组成结构与功能、整体与目标以及系统与外部环境相互作用，促使系统整体向最优化的方向发展。 三总体布局遵循场地性质在创作中以符合场地性质、功能使用合理分区为原则，充分考虑城市景观与环境承载力，力求布局合理，兼顾建设和远期发展，使该工程建设具有综合的环境效益与社会效益。整个场地以泰山路为界分为东西两区，西区为会展中心，东区为体育中心。三个分项工程坐北朝南，呈U
11、字形布局，环抱南向中心广场，沿红旗大街一侧为国际会议中心、剧场以及为会议服务的超高层宾馆，沿长江路由西向东一字形布置国际展览中心、综合训练馆和万人体育馆；南直路一侧为5万人体育场。城市干道泰山路南北方向穿过综合训练馆下；另设有三条穿越展览中心的消防通道和能进入体育场的消防通道；整个场地内共设有8个道路出入口，与城市道路相连，车辆进出方便快捷。 四空间调度诠释高效品质1 内部空间展厅从功能实用、人员安全疏散和节能等角度综合考虑划分为相对独立又紧密联系的三个展厅，由南侧宽21m的共享长廊联系在一起，每两个展厅之间设一条室外街，街道两侧的分隔采用玻璃幕墙，其作用是在保证各展厅之间视线通畅的同时，也能
12、使各展厅之间通过室外街建立便捷的交通联系。在紧急事故时，三条室外街作为安全通道可以疏散大量人员，7.20 m的净宽度还可以保证消防车顺利通行。此外通过室外街分隔墙的开启和关闭，各个展厅既可单独使用又可根据不同展览规模联为一体。每个展厅均有独立的空调系统及展览配套设施，展位满足3 m 3 m国际标准模数，展厅最低净高为15.30 m，在满足10 m国际通用净高的同时更有利于实现蓄烟排烟方式。国际会议中心和宾馆部分平面形式为富于生机的“叶”形，既隐喻建筑与自然的和谐，又通过“叶子”的上、中、下部设置的三个中庭空间将平面功能有机的组织在一起，建筑内部功能紧凑，有序，空间设计收放自然、适度。三个大小不
13、同的中庭既缓解了大量人流带来的紧张，又创造了充满动感活力和凝聚力的公共空间，使空间更具流动性、开放型和多功能性。为改善高层环境质量，我们在塔楼顶部设六组边厅共享空间，作为地面公共活动在垂直方向的延续和补充，更为重要的是它将阳光、绿化、空气等自然生态元素引入高层建筑，赋于建筑更为完善的生理机能。训练馆和体育馆设计均按标准比赛场地考虑，同时也兼顾体育建筑与会展建筑的互补。室内训练馆部分为综合训练馆的核心内容，所有建筑空间均围绕它进行组织设计，其功能具有长期性和开放性两大特点。结构形式采用单层大跨度钢结构索拱体系，为田径馆及乒乓球馆提供了无柱大空间。从自然采光和节约能源的角度出发，我们在造型设计上采
14、用南高北低的做法，南面利用点支式玻璃幕墙作为间接采光面，形成采光廊，避免眩光。此外屋面每隔15 m设置面积为660平米的三角形玻璃天窗，由自控系统控制启闭，可获得良好的通风和火灾状态下的排烟。2 外部空间三个分项工程在该地段集中布局，节约用地，既提高了绿化率，又为大面积室外展场提供了场所。室外中心广扬主要用以组织集会、室外展览、交通集散、居民游览休息等功能。会议中心邻近展览中心，便于提供会议期间的展览场地，展览中心与综合训练馆联合布置，可以互为借用，体育馆也可在比赛时作为运动员热身场地。沿场地周围主要干道设置多处室外停车场和下沉停车场，便于交通快速疏散。 五形式创作表达技术美学先进的结构技术、
15、新型的建筑材料赋予设计师丰富的建筑语言，展现了现代建筑的无穷魅力。我们从建筑自身的技术美学出发，强调综合设施的统一性和整体感。优美的轮廓线体现了建筑群的自然有机，曲线与直线交强的语汇体现着人与自然、人与建筑、人与人之间的互动关系。在营造连续而丰富的空间效果的同时，展现了大型城市公共特殊视觉特征。建筑群以超高层会议中心和宾馆作为景观序幕，经过展览中心、综合训练馆、体育馆形成的连续稳定的空间序列，至5万人体育场作为收尾。建筑群天际轮廓线变化丰富，起伏跌宕。建筑群整体形象简洁流畅，其强烈的雕塑感和明快的色彩赋予建筑造型鲜明的时代特征和强烈的视觉志震憾。六技术支持综合创新理念技术不仅是建筑创作的物质基础，更是实现空间的可靠保障。设计中优化技术措施，采用高技术手段来实现建筑功能的需求。主体展厅采用先进的钢结构索拱体系，形成128 m跨度的无柱空间，目前在国内同类建筑中位居领先。哈尔滨国际会展体育中心工程设计中采用的预应力垂直单索结构玻璃幕墙系统在国内尚无应用实例，为防止哈尔滨地区寒冷的冬季因室内外温差通过连接件不锈钢金属热传递而在室内玻璃表面出现结露或冷凝等现象，设计中采用两各专利技术及科研成果：第一种为中空玻璃外置式连接件，其特点在于室外有一球形不锈钢金属扣盖，在扣盖与连接件
