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宁波栎社机场预应力索结构点支式幕墙设计

2019-03-04 14:05:57

宁波栎社机场预应力索结构点支式幕墙设计

[摘 要] 本文介绍了宁波栎社机场航站楼预应力双鱼腹索桁架点支式玻璃幕墙结构设计,分析了幕墙结构体系与主体结构的关系,论述了双鱼腹索桁架这一新的结构型式,并通过实验进行了验证。

[关键词] 幕墙结构、预应力双鱼腹索桁架,结构实验。

dEsign of the Point-Supporting class curtain Wall

in the NingBo LiShe Airport

Qin Yun Liu Chang-Long Han Ping-Yuan Zhao Xi-An

[Summary] The article introduces the structural design of Spider-fitting glass curtain wall of the NingBo Lishe airport and analyses the relations between the glass curtain wall systems and the main anwhile,the article also presents the new structual form of fish-like cable truss and testifies it by structual experiments.

[Keyword] curtain wall, fish-like cable truss,structure test.

1.工程简介

宁波栎社机场二期扩建航站楼工程位于宁波市鄞县内,是宁波市跨世纪标志性建筑之一。工程总建筑面积为43500m2,建筑点为27m,分上下两层,底层为钢筋混凝框架结构,柱间尺寸为11.4 m×11.4m;二层为大跨度钢桁架无柱空间,主体屋面呈单曲或双曲面形,一层层高6.8m,二层室内净高随屋面变化,点近17.3m(图1)。宁波栎社机场是世界上个采用预应力双鱼腹索桁架点支式玻璃幕墙作为外围护结构的机场工程,是国家建设部2001年重点工程建设项目之一。

(a)陆侧立面效果 (b)空侧立面效果

图1 宁波栎社机场立面图

2.幕墙简介

2.1幕墙结构体系

由于建筑功能及建筑艺术的要求,机场出发层四周外围护结构大面积采用预应力双鱼腹索结构点支式玻璃幕墙,幕墙抗风柱间距11.4m(图2),玻璃分格尺寸为2850mm×2100mm,抗风柱间采用预应力双鱼腹索桁架作为幕墙抗风支撑体系(图3),每块玻璃分格处设置竖向拉索承受玻璃及幕墙结构自重(图4),在索桁架中间前索与后索撑杆后端设置竖向吊索,用以平衡索桁架平面外稳定(图5)。到达层陆侧立面采用了吊挂式玻璃幕墙,15mm钢化面玻璃,19mm厚钢化玻璃肋,玻璃分格尺寸5100mm×1800mm,到达层空侧上面1号、2号、3号花园周侧主要采用了12mm钢化玻璃落地式玻璃幕墙。

2.2幕墙结构传力途径

水平风荷载由玻璃面板通过接驳接传给水平索桁架,再通过竖向幕墙抗风柱分别传递给楼板及屋盖。玻璃及幕墙结构重量通过吊索传给抗风柱上部空间钢架,然后由空间钢架通过幕墙抗风柱传给楼面。

2.3幕墙结构的节点构造设计

2.3.1幕墙顶部节点设计

主体大跨度钢屋盖只能传递水平力,不允许传垂直力,在不利荷载作用下,其fx、fy、fz三个方向的变形分别为30mm、60mm、50mm,因此要求幕墙结构不但满足牢固地连接在主体建筑物上的同时,还必须适应主体大跨度钢屋盖

图2 幕墙抗风柱剖面图 图4 竖向吊索剖面图 图5 竖向吊索与稳定索剖面图

图3 预应力双鱼腹索桁架标准平面

的多向位移。为防止主体钢屋盖变形对幕墙结构的影响,在幕墙抗风柱顶部采用了三向活动调节连杆铰支机构(图6),当屋架发生变形时,此结构完全可以满足屋面的三向位移并能可靠的传递水平力。同时,由于玻璃为脆性材料,在幕墙玻璃顶部采用了风琴板密封屏,用以防止主体钢屋盖及幕墙抗风柱变形导致玻璃破损的现象发生。

2.3.2索结构体系中承重索及稳定索底部节点设计

在预应力双鱼腹索桁架中,在水平荷载作用下,索桁架会产生变形,导致φ10稳定索随索桁架的变形而弹性伸长(图7),虽然在施工张拉时φ10稳定索有一定的预张力,但在玻璃安装结束后, 预张力已经很小,约为500~1000kg,在水平索桁架承受水平荷载出现变形时会导致φ10稳定索出现松弛现象。为杜绝此种现象发生,在其底部采用了弹簧调节机构(图8),调置机构中对内部弹簧的技术要求如下:变形伸缩△α:△α≥2(B-A);倔强系数K:K≥(500~1000)kg/2(B-A)

2.3.3拉索与主体钢构干涉节点设计

竖向承重索与稳定索在顶部与主体大跨度钢屋盖三角空间拱架下弦管相撞,由于主体钢构架只能承受水平荷载,不能承受竖向荷载,所以不能直接将承重索和稳定索与三角形空间拱架相连。同时为保证水平索桁架平面外的稳定,我们采取了套环的构架措施(图9)。

在套环的设计当中,要满足以下技术条件:

① 承重索顶部套环及其顶部拉杆与底部φ12拉索长螺杆调节端承载力大于20KN;稳定索顶部套环及其顶部拉杆与底部φ10拉索长螺杆调节端承载力大于1000kg;

② 承重索顶部套环稳定索顶部套环与主体三角钢拱架下弦管上下活动量大大于60mm;

③ 承重索顶部套环在荷载20KN作用下,中间内凹量不大于10mm;稳定索顶部套环在荷载1000kg作用下,中间内凹量不大于8mm。

3.索结构体系静力计算分析

3.1基本参数取值

3.1.1基本风压取WO=0.50kN/m2,地面粗糙度类别:B 类;

3.1.2地震设防烈度:宁波机场地震烈度为6度,抗震措施按7度考虑;

图6 幕墙顶部节点 图7 稳定索变形示意图 图8 稳定索底部构造

注:A、B为稳定索变形前后的长度

(a)干涉位置剖面 (b) 承重索节点示意 (c) 稳定索节点示意

图9 稳定索与承重索干涉节点构造措施

3.1.3玻璃配置为钢化夹胶玻璃,12(FT)+1.52PVB+10(FT),自重0.6Kpa,弹性模量E=1.0×105N/mm2,在水平荷载作用下,应力σ=71.8N/mm2,变形μ=42.47mm。

3.1.4水平索桁架采用的φ16不锈钢拉索。弹性模量E=1.25×105N/ mm2,破断强度为1470Mpa,设计安全系数取2.5~3.0。

3.2索体系空间计算

3.2.1结构计算模型

在索体系计算中,选取两跨这一张拉单元进行空间有限元分析,计算模型如图10所示。在计算中其边界条件假定为:中间幕墙抗风柱和竖向承重索下端铰接,约束三个方向线位移;幕墙抗风柱顶端仅约束幕墙平面外位移;水平索桁架两端边界连接条件考虑为刚性,水平索桁架与其连接考虑为铰接,约束三个方向的线位移。在每个节点处,水平索桁架及幕墙抗风柱受集中荷载作用,荷载标准值为7.84KN。

图10 索体系计算模型

3.2.2构件截面

幕墙抗风柱采用20号无缝钢管。不锈钢φ16拉索采用

1×19单股绳,主要杆件截面见表1。

幕墙抗风柱主要杆件截面 表1

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