筒形交叉環(huán)管-索網(wǎng)幕墻設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、筒形交叉環(huán)管-索網(wǎng)幕墻主要由交叉環(huán)管骨架和馬鞍形單層索網(wǎng)組成。8個(gè)橢圓形環(huán)管以與地面呈一定角度放置，在空間上相互交叉形成56個(gè)區(qū)格，作為幕墻支承骨架;幕墻索網(wǎng)被骨架環(huán)管分割，形成相對(duì)獨(dú)立的56片索網(wǎng)填充于骨架區(qū)格內(nèi)。交叉環(huán)管和索網(wǎng)共同構(gòu)成幕墻主體，底部通過支座與裙樓相連，頂部通過連接桿件與屋蓋結(jié)構(gòu)相連，立面上布置大量傘狀支撐與主體結(jié)構(gòu)相連，從而使幕墻依附于主體結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)具有體型大、造型美觀等特點(diǎn)，但構(gòu)件布置復(fù)雜，拉索數(shù)量巨大，索力相

2、互影響大，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，給設(shè)計(jì)及施工都帶來了相當(dāng)大的難度。
　　武漢萬達(dá)漢秀劇場(chǎng)項(xiàng)目為大型水上表演中心，富有濃郁中國(guó)元素的傳統(tǒng)“紅燈籠”造型極好地詮釋了漢文化的特點(diǎn)，而筒形交叉環(huán)管-索網(wǎng)幕墻形象地表現(xiàn)了這一造型。本文結(jié)合該項(xiàng)目，對(duì)筒形交叉環(huán)管-索網(wǎng)幕墻進(jìn)行了索網(wǎng)找形-找力方法的應(yīng)用研究，結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性與荷載分析，施工方法及施工全過程模擬分析的研究，索夾抗滑移性能試驗(yàn)研究及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)性能研究。以下就此分別進(jìn)行介紹:
　　對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3、的常見形式及工程應(yīng)用進(jìn)行了歸納總結(jié)。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于場(chǎng)館屋蓋結(jié)構(gòu)及玻璃幕墻中，而武漢萬達(dá)漢秀劇場(chǎng)項(xiàng)目中索網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于碟片式鏤空幕墻中，與常規(guī)屋蓋索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的水平向布置不同，又與封閉式玻璃幕墻不同，具有其獨(dú)特之處。對(duì)該幕墻的工程概況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行介紹。
　　對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形-找力進(jìn)行了細(xì)致的研究。為了找到滿足已知預(yù)應(yīng)力狀態(tài)力學(xué)平衡條件和結(jié)構(gòu)邊界條件的曲面，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行找形分析，理論方面分別從非線性有限元法的拉索單元位移函數(shù)、UL坐

4、標(biāo)列式的拉索單元、非線性平衡方程的求解方法以及非線性有限元法找形的具體方法進(jìn)行了研究。編制了相應(yīng)的計(jì)算程序，利用小彈性模量找形法對(duì)索網(wǎng)進(jìn)行找形，在不考慮拉索及索夾自重的條件下找到滿足預(yù)定等效預(yù)張力的索網(wǎng)形態(tài)。同時(shí)從拉索等效預(yù)張力的施加、迭代法找力分析理論兩個(gè)方面對(duì)結(jié)構(gòu)找力分析進(jìn)行了研究。同樣在不考慮索網(wǎng)及索夾自重條件下找到與找形結(jié)果相對(duì)應(yīng)的索力分布，并在此初始平衡態(tài)下考慮索網(wǎng)及索夾自重，得到恒載初始態(tài)下的索力分布。
　　在幾何大變

5、形下求解結(jié)構(gòu)平衡剛度，基于恒載初始態(tài)的剛度求解結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，該幕墻結(jié)構(gòu)自振頻率密集，振型以局部彎曲為主。研究處于恒載初始態(tài)的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的性能。索網(wǎng)幕墻自重輕、剛度小，屬于風(fēng)敏感型結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)研究在風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)性能。由于鏤空幕墻沒有防水防撞等要求，故雖索網(wǎng)在正常使用極限狀態(tài)下變形較大但仍能滿足要求。承載能力極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)應(yīng)力適中，安全且經(jīng)濟(jì)。在極限風(fēng)荷載作用下鋼結(jié)構(gòu)部分未見明顯剛度退化，而索網(wǎng)由于幾何效應(yīng)剛度更是有所增加

6、。除風(fēng)荷載外，溫度作用對(duì)預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的預(yù)張力將產(chǎn)生一定影響，進(jìn)而影響索網(wǎng)的整體剛度，故溫度作用也作為重要荷載進(jìn)行分析。分析結(jié)果顯示，士30℃的溫度荷載對(duì)索網(wǎng)變形的影響為風(fēng)荷載引起變形的1/27左右。
　　索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)拉素?cái)?shù)量大，結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，不同的施工順序?qū)こ塘?、施工精度、工期等都有很大影響。通過協(xié)調(diào)各目標(biāo)間的矛盾，確定合理的施工順序，并據(jù)此進(jìn)行施工全過程模擬分析，掌控施工過程結(jié)構(gòu)安全并為拉索張拉控制力提供參考。
　　索