玻璃-拉杆组合结构点式幕墙设计

玻璃 -拉杆组合结构点式幕墙设计 高兑现 苏静丽 （西安理工大学 水利电力学院 西安 710048） 晏兴威 （长安大学 建筑工程学院 西安 710055） 摘 要：给出一种玻璃 -拉杆组合结构点式幕墙的布置形式，分析其受力特点，指出设计中应特别关注的几个问， 给出设计实例。 关键词：玻璃 -拉杆组合结构 点式幕墙 预应力 DESIGN OF POINT-SUPPORTING GLASS CURTAIN ALL OF GLASS-GUY ROD STRUCTURE Gao Duixian Su JingIi （CoIIege of ~ydrauIics and Power，Xi'an University of TechnoIogy Xi'an 710048） Yan Xingwei （CoIIege of Construction，Chang'an University Xi'an 710055） Abstract ：A form of a point-supporting gIass curtain waII of the gIass-guy rod structure was given，whose stressed features were anaIyzed. SeveraI probIems that merit speciaI attention in the design were pointed out；and finaIIy a design exampIe was aIso given. Keywords ：gIass-guy rod structure point-supporting curtain waII prestress 第一作者：高兑现 男 1963年 9月出生 副教授 收稿日期：2000 - 11 - 06 引 言 点式连接玻璃幕墙（简称点式幕墙）是建筑幕墙 最新发展形式。由于玻璃之间没有支架，可以获得 非常通透的建筑效果。若大量地采用透明玻璃，则 建筑内、外空间融为一体，更好地将结构美展现出 来，使建筑与环境求得统一。 根据结构形式的不同，点式幕墙可分为玻璃肋 点式、钢支撑点式、钢管与钢拉杆组合结构点式、钢 拉杆点式及钢拉索点式全玻璃幕墙等。 玻璃 -拉杆组合结构点式幕墙简介 图 1为整体布置。图 1 中支撑结构为平面刚 架，实际中亦可根据主体结构、建筑效果等因素选用 曲面或折线面的支撑结构。钢连接爪件与横梁相 连，玻璃分块尺寸与支撑结构分格相一致。单块玻 璃范围内的各部件布置见图 2所示。其中 ! 和 " 分 图 1 结构布置 1 -钢爪；2 -分格缝；3 -横梁；4 -立柱 图 2 玻璃 -拉杆组合结构 别为单块玻璃的宽和高，!'和 "'分别为角点孔至两 相邻边的距离。 玻璃 -拉杆组合结构的最大特点，其一是玻璃 在拉杆预拉时承受一定的预压力，该预压力可在使 用条件下抵消部分重力产生的拉力及风荷载作用下 产生的弯曲拉应力。由于玻璃的破坏主要是因拉应 力的过大产生的面裂缝而破碎的，所以玻璃的预 压力会减小使用时的拉力。其二，可使支撑横梁间 距加大，增大透明度。立柱的布置可按玻璃分块宽 度的整数倍布置。玻璃宽度加大时，可在中间布置 一道拉杆体系，具体见图 3所示。由于爪件是安装 在横梁上的，故支撑结构宽度的加大与玻璃宽度无 关，而选取整数倍关系仅从美观上考虑。 由于要施加预压力，同时考虑到使用时的受力 92IndustriaI Construction 2001，VoI.31，No.4 工业建筑 2001年第 31卷第 4期 图 3 多拉杆布置 状态，角部爪件孔宜距玻璃块边缘一定距离，特别是 与竖缝之间。 2 玻璃 -拉杆组合结构内力分析 图 4为纵剖面布置。玻璃块安装前先安装其上 的拉杆并通过中间点处的压杆来施加预拉、压力。 随后将组合结构整体安装于支撑结构上。 图 4 受力分析 图 5 正压时受力简图 实际使用状态下，幕墙的主要外部作用为风荷 载。在设计荷载作用下，玻璃 -拉杆组合结构的内 力将发生变化。 在正风压作用下，杆 1、2最不利状态时其预拉 力完全损失，转而承受压力。由于各拉杆截面较小， 其承受压力的能力有限，故取其预拉力完全损失时 为临界状态。此时杆 3、4与玻璃组成一个受力体， 杆 3、4受拉，玻璃受压，如图 5所示，跨中弯距由该 拉、压杆所承受。 实际设计时，应以玻璃最大容许侧移所产生的 拉应力为控制条件，同时使拉杆的拉应力得到充分 利用。图 5为一次超静定结构，用力法求得拉杆内 力及玻璃板内力。玻璃板自重（略去各拉杆重量）由 玻璃自身承担。 求得各部件内力后，应与预拉、压力进行叠加， 最终以叠加后的内力来确定各杆截面及玻璃厚度。 3 预应力大小的确定及施加方法 3.1 预应力大小的确定 玻璃安装前预应力的施加量，以玻璃板承压临 界力为准。此时中间孔处玻璃与压杆不接触，玻璃 取整块高度来计算。由于是点接触，故还应特别考 虑孔（上、下孔）边缘处的应力大小。最终预应力的 取值为以上两种因素的小者。临界力的计算，按半 块宽（对竖向两排孔）、整块高、两端铰接、孔处施加 压力来计算。孔处应力则依上步结果，对孔附近区 域用有限元法来计算。 玻璃安装后，由于受重力的影响，玻璃板内预压 力有所减小。此时按照上、中、下各孔都受力对重力 进行分析，由分析结果确定再次施加预应力的大小。 最终预应力的确定准则是，当正压时，杆 1、2预 拉力（图 4）完全损失，受力体系转化成图 5，玻璃的 侧向位移所产生的板内应力与板内预应力之和不超 过玻璃的抗拉强度值。同时杆 3、4的截面由相同状 态下两力之和不超过其抗拉强度来确定。由于负压 小，故对称布置杆 1、2且取值分别同杆 3、4。 实际设计时，取图 4进行分析，计算在风载作用 下各杆及玻璃板内力。取杆 1、2所得的计算结果为 应施加的预应力值大小（计算结果为负，则为压杆）。 3.2 预应力的施加 考虑到施工因素，本文提出可通过中间孔处水 平杆施加预应力。具体为，水平杆设计成空心或将 玻璃板附近设计成半空心杆，板两侧为两个独立杆， 空心处采用反纹螺母，穿越玻璃板的螺杆亦采用反 纹螺杆，如图 6所示。施加预应力时，只需旋转螺杆 即可。构造上应设限位螺母，用其来固定玻璃板。 图 6 水平杆构件示意 1 -玻璃；2 -水平杆；3 -限位螺母 4 设计实例 如图 4所示，h = 3.3 m，: = 0.015 m，h = 0.130 m，a = 0.5 m， 1 = 3.03 kN/m， 2 = 0.416 kN/m，玻璃 宽度为 2.2 m，钢化玻璃［ f g］= 84 Mpa，拉杆直径为 !12 mm，［ f S］= 210 Mpa。 （下转第 49页） 03 工业建筑 2001年第 31卷第 4期 图 4 各桩挠度、弯矩、剪力沿深度的分布 1 -后排桩，桩头不能转动；2 -码头后排桩；3 -码头前排桩；4 -前排桩，桩头不能转动 （2）码头工程实例分析表明：与无横梁作用相比 较，有横梁约束时，桩身的受力情况有一定改善，其 桩身的最大位移、最大弯矩和最大剪力均居两者（前 后各排桩）之间。 （3）分析表明：岸坡中桩身的最大剪力位于最危 险滑面位置上，最大弯矩则处于滑面位置稍稍偏下 一点，最大位移发生在桩顶处。 （4）对于软土，桩受到的极限侧向力可采用 To- mio提出的侧向力公式进行计算，该侧向力的发挥 程度与岸坡土体的变形大小有关，因此，本文进一步 的研究工作是考虑如何利用土体实测的变形资料计 算作用于桩的实际作用力及桩基的受力性状。 参考文献 1 周铭 .弹性桩与弹性梁通解 .岩土工程学报，1982，14（1） 2 Tomio Ito et ai . Design Method for Stabiiizing Piies against Landsiide— One Row of Piies. Soiis and Foundations，1981，21（1） 3 朱同浩，钟小萍 .侧向受荷桩与土体的相互作用分析 .岩土工程学 报，1988，10（1） 4 胡人礼 .桥梁桩基础分析和设计 .北京：中国铁道出版社，1987 . 90 ~ 112 5 Tomio Ito et ai . Methods to Estimate Laterai Force Acting on Stabiiizing Piies. Soiis and Foundations，1975，15（4） （上接第 30页） 图 7为风荷载及重力作用下各部件内力值。 图 7 内力分布 由 AC及 BC杆的内力值可确定预拉力为 6.801 kN，考虑到预应力损失及安全因素后，可取为 7.5 kN，即有 10%左右的加大量。由该预拉力确定玻璃 及其它各杆内力。玻璃中产生的压力为 7.358 1 X 2 = 14.72 kN。CD 杆、DE 杆产生的压力均为 1.45 kN。 将外部风载、重力及预拉、压力进行叠加，用叠 加结果校核各杆及玻璃的强度。 !AE = 127 .86 N/mm2 <［ f s］= 210 N/mm2 !BD = M W 1 N A = 29.57 27 .79 N/mm 2 <［ f g］= 84 N/mm2 杆 CD和杆 DE因构造要求直径取得较大，不存 在强度及稳定问题。 作为比较，上例中当 z = 0.012 m，拉杆直径 0.01 m，其它数据不变时，则有以下验算结果： !AE = 196.74 N/mm2 <［ f s］= 210 N/mm2 !BD = 49.914 47.506 N/mm 2 <［ f g］= 84 N/mm2 从结果看满足要求，但中间节点处的侧向位移 过大，玻璃不能承受。同时考虑到，所截取的玻璃板 因较薄且存在面内偏心作用，应力的分布存在差异， 而整块玻璃在实际风载作用下的变形为四角点支 承、中间两支点为弹性支承的双向弯曲变形。因此 设计上应考虑安全度为好。 ! 结 论 玻璃 -拉杆组合结构点式幕墙能充分发挥各种 材料的优势，经济效益好。由于加大了玻璃板的尺 寸，可使支撑主体布置较为开阔，室内有效空间增 大，便于使用。 玻璃 -拉杆组合结构可以丰富幕墙立面造型， 使其更富于变化。由于是一种全新的幕墙形式，实 际采用前应进行试验、测试，特别是在节点处。 参考文献 1 JGJ102 - 95 玻璃幕墙工程 2 陈绍蕃主编 .钢结构 .北京：中国建筑工业出版社，1988 .96 ~ 97 94软粘土地基中码头桩基的受力分析———李仁平等 玻璃-拉杆组合结构点式幕墙设计 作者： 高兑现， 苏静丽， 晏兴威， Gao Duixian， Su Jingli， Yan Xingwei 作者单位： 高兑现,苏静丽,Gao Duixian,Su Jingli(西安理工大学 水利电力学院)， 晏兴威,Yan Xingwei(长安大学 建筑工程学院) 刊名： 工业建筑 英文刊名： INDUSTRIAL CONSTRUCTION 年，卷(期)： 2001,31(4) 被引用次数： 1次 参考文献(2条) 1.JGJ102-1996.玻璃幕墙工程技术规范 1996 2.陈绍蕃 钢结构 1988 引证文献(1条) 1.高兑现.郑蕊.唐永胜.杭银龙.柯江 平面索桁支承体系动力特性分析[期刊]-西安理工大学学报 2004(4) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gyjz200104009.aspx