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    深圳少年宮點支式弧形玻璃幕墻設計與施工技術

    作者:幕墻工程網 時間:2008-10-22 10:05:16

    文章摘要:深圳少年宮點支式弧形玻璃幕墻設計與施工技術

      深圳少年宮位于深圳市福田中心區,建筑面積5.29萬平方米,工程由少年山、科學山和水晶石大廳組成。水晶石大廳在整個建筑中部,為直徑50m,高30m,玻璃展開面積為2850m2的圓柱形玻璃體,玻璃體表面是由610片10FT+2.28PVB+10FT圓弧形曲面鋼化夾膠玻璃組成。其主要支承結構是由φ18mm不銹鋼鉸線經預張拉形成的懸索桁架, 圓柱頂部是由412片異形鋼化夾膠玻璃和32扇鋼化夾膠玻璃排煙窗組成,投影面積為1486m2。玻璃總重量為232噸,工程是由深圳三鑫特種玻璃股份有限公司設計與施工。

      1. 工程特點與難點

      1.1 預應力懸索桁架屬柔性結構,其支撐剛度是通過預應力的施工而形成的,在索桁架形狀確定后,其支撐剛度的大小和每榀索桁架的剛度是否一致都取決于施加預應力值和預應力是否均衡。懸索桁架的空間定位和均衡施加預應力是保證玻璃安裝精度和受力平衡的關鍵工序,是本工程的施工難點。

      1.2水晶石大廳的圓柱形玻璃幕墻,是由多片曲面玻璃組成,這就要求每個支撐點有極高的尺寸精度,每片玻璃的形狀和尺寸誤差要控制在很小的范圍內,施工中尺度精度能否達到設計要求是整個施工成敗的關鍵。

      2. 預應力索桁架結構形狀與布設

      由于本工程為少年宮,是青少年的活動園地,在索桁架結構形狀確定時考慮到結構的形體語言與建筑主題相適應,選用了具有蓬勃向上為內含的Y形多跨豎向連續受力拉索結構體系,這種結構形式在我國是首次被使用在幕墻結構上(如圖2)。

      后受力索A-A'、前受力索B-B'、承重索B-B'都是整根連續索,通過懸空桿和固定撐桿上的連接夾塊固定鋼索形成索桁架結構形狀,其中,A'和B'為固定端,A和B為調整端。

      3. 主材的選用

      鋼索直徑的選定除考慮到能承受50年一遇的最大荷載,同時考慮到視覺及心理因素,在本工程的主受力索(前受力索和后受力索)和承重索都選用1×37φ18不銹鋼絞線,其最小破斷力為191 KN,彈性模量E=1.45×105N/mm2 ,懸空桿和撐桿及駁接系統均選用1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼件。玻璃采用深圳三鑫公司生產的2442mm×1988mm的拱高為30mm的10FT+2.28PVB+10FT透明圓弧形曲面彎鋼化夾膠玻璃,其透光率為76% ,紫外線阻隔率為99.99%,隔音值為40.5dB。

      4.主要施工工藝

      4.1工藝流程

      測量放線空間定位→尺寸精度控制單元的確定→連接耳板固定撐桿安裝→前后受力索安裝調整→承重索安裝調整→索內力檢測調整定位→水平索安裝定位→駁接系統安裝→玻璃安裝→調整打膠收口→交驗。

      4.2預應力索桁架的安裝檢測

      4.2.1空間尺寸定位

      由于本工程是曲面點駁接幕墻玻璃是靠邊緣的四個孔通過駁接系統與索桁

      架連接,這就對預應力索桁架的安裝尺寸精度有著極高的要求,按可調整度確定索桁架上的每個支撐定位點誤差必須控制在±1.5mm以內,因此我們采用了三維空間坐標定位的方法。對每一個支撐點進行尺寸精度控制,同時設定尺寸控制單元和觀測點,防止誤差積累,對整體圓弧面進行幾何尺寸控制(如圖3)。每一個尺寸控制單元水平和豎向誤差控制在±3mm以內,對角線誤差控制在±5mm以內。

      4.2.2索桁架預應力值的確定

      索桁架預應力值的設定和預應力平衡的施工方案決定著本工程的成敗。水晶石大廳的索桁架支撐體系,是由90條φ18mm的豎向前后受力索、63條φ18mm的垂直承重索和756條φ10mm的水平穩定索組成.最大高度為27900mm。豎向前后受力索的預應力值設定考慮的因素有:受最大荷載作用時反向索內力大于零的應力、溫度變化應力、保持索桁架剛度的應力(剩余張力)、保持索桁架剛度(50年)松馳應力。經SAP8450和ANSYS5.4電算軟件作平面和空間整體計算確定:在合攏溫度在20℃-25℃時,前后受力索預拉力P1=29KN,垂直承重索的預拉力值P2=33KN。(見圖4)

      4.2.3施加預應力

     ?。?)、在每榀索桁架內,前受力索和后受力索的預應力值誤差要控制在1.5KN以內。各榀索桁架中鋼索預應力值誤差控制在2.5KN以內。

     ?。?)、用超張拉法達到內力平衡

      豎向受力索桁架是采用整條索通過固定支點形成的多榀桁架。在預拉力施加時只能在一端進行,當預拉力通過固定支點時,因磨擦阻力等因素造成的內力損失,經試驗證明每通過一個固定支點其內力損失為10%左右,會出現內力不平衡的現象,為消除此現象,我們采用了超張拉的方法。

      在施加預應力時根據單根索所通過的固定支點的數量按損失的內力值來確定超張拉力。經12小時持荷后將超張拉值松馳到設定的預拉力值后達到內力平衡。

     ?。?)、預應力張拉步驟

      首先安裝垂直承重索并將預應力值一次施加到位,然后安裝受力索。前后受力索必須同時在一端張拉,分四步進行:①在索布設結束后先進行第一級張拉,按總預拉力值的20%控制拉力.②經調整達到內力基本平衡,空間定位基本到位后進行第二級張拉,按總預拉力值的80%控制拉力。當拉力到位后粗調懸空桿的位置并保持拉力48小時再進行定位尺寸調整。③當內力穩定后測量每榀桁架的內力損失情況,確定超張拉值進行超張拉,并持荷12小時。④當超張拉內力穩定后將內力放松至100%的預拉力控制值,經測量調整后使每一榀索桁架的內力均達到預張拉值后將節點固定鎖緊并與垂直承重索連接鎖緊(如圖5)。

      4.2.4索桁架檢測

      經預張拉后的索桁架要按尺寸控制單元進行全面的尺寸精度檢測確保安裝

      節點的精度。索內預拉力值的檢測使用索內力測定儀進行100%檢測,并記錄在案,進行跟蹤測量。為確保在玻璃安裝后的桁架變形量達到設計要求,必須采用配重檢測的玻璃安裝前進行。配重的重量按玻璃自重的1.2~1.5倍觀察支撐結構系統的工作性能和抗變形能力。

      5. 曲面玻璃的質量控制與安裝

      曲面玻璃的彎曲尺寸必須按模板進行彎鋼化成型檢查,與標準弧線吻合度±2.5mm,弦長尺寸公差為±2mm。水平孔位和豎向孔位的尺寸公差為±0.5mm。

      彎鋼化玻璃必須進行100%的均質處理(引爆處理)降低鋼化玻璃的自爆率,保證玻璃幕墻的使用安全性能。

      玻璃安裝的原則是先上后下,先中部后邊緣,采取邊安裝邊調整的辦法,待全部玻璃安裝后進行整體調整,達到設計要求后進行打膠收口處理。

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