單層索網(wǎng)玻璃幕墻技術(shù)特點及施工方法(一)

    近年來，隨著我國建筑市場的發(fā)展以及人們對工作、生活環(huán)境要求的進一步提高，越來越多的新型建筑材料被應用于建筑行業(yè)中，建筑外裝飾行業(yè)產(chǎn)品中也由原來的以鋁合金框架、鋼框架為主的結(jié)構(gòu)形式開發(fā)出多種新型結(jié)構(gòu)形式，例如索桿結(jié)構(gòu)體系（上海威斯玎酒店、重慶百貨公司）、單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系（新保利大廈、紐約時代華納廣場）、索膜結(jié)構(gòu)體系（中國國家游泳中心、哈吉國際航空港）。本文以新保利大廈柔索玻璃幕墻工程為例簡要的介紹單層索網(wǎng)玻璃幕墻（柔索玻璃幕墻）的技術(shù)特點及施工方法，供業(yè)內(nèi)人士參考。

    新保利大廈是由中國保利集團下屬新保利大廈房地產(chǎn)開發(fā)有限公司開發(fā)的商用寫字樓，整個大廈結(jié)構(gòu)設計新穎獨特，擁有90 米摩天中廳、特式鋼結(jié)構(gòu)吊樓、立體流水雕塑、以及被予為“世界首席”的柔索玻璃幕墻。

    大廈建筑平面呈直角三角形，建筑標高105.2 米，建筑面積109341 平方米，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，各核心筒之間通過鋼結(jié)構(gòu)桁架連接，特式鋼結(jié)構(gòu)吊樓自地上二層起從主體三號核心筒結(jié)構(gòu)中懸挑出約25 米，吊樓共7 層，吊樓頂部通過四根預應力主鋼索（超耐久性低松弛鋼絞線）分別與主體核心筒頂部結(jié)構(gòu)相連，大廈東北立面柔索玻璃幕墻既是以靠近東北側(cè)的兩根主鋼索為骨架，高強度不銹鋼拉索為次受力體系形成的空間棱錐索網(wǎng)玻璃幕墻。

    整個幕墻結(jié)構(gòu)體系由大型合金鑄鋼件、主鋼索 A、主鋼索 B、主鋼索與面索之間連接拉桿、不銹鋼面索、面索索夾組成，各組成構(gòu)件技術(shù)特點如下：

    ▲ 合金鋼鑄件轉(zhuǎn)動機構(gòu)（簡稱搖擺機構(gòu)）

    鑄鋼件搖擺結(jié)構(gòu)位于特式鋼結(jié)構(gòu)吊樓頂部的兩個吊點，每套搖擺機構(gòu)由馬蹄鉤鑄件（2件）、搖擺臂（2 件）、搖擺上支座（1 件）、搖擺下支座（1 件）和銷軸（4 件）共10 個組件組成。整個搖擺機構(gòu)下端通過搖擺下支座采用高強度螺栓組和銷軸與吊樓鋼結(jié)構(gòu)立柱、橫梁連接，上端通過馬蹄鉤鑄件與主鋼索錨固連接。如圖所示，搖擺機構(gòu)在兩個平面內(nèi)具有轉(zhuǎn)動性能，設計中一方面利用搖擺機構(gòu)的轉(zhuǎn)動性能很好的完成了從剛性結(jié)構(gòu)到柔性結(jié)構(gòu)的過度，另一方面解決了整個東北立面柔索幕墻在地震荷載作用和風荷載作用下對于位移量的要求。

    ⑴ 主鋼索結(jié)構(gòu)設計安全系數(shù)的取定：

    在北京新保利大廈工程中，四條主鋼索一方面作為連接特式鋼結(jié)構(gòu)吊樓和主體鋼筋混凝土核心筒的重要構(gòu)件，另一方面，其中兩條主鋼索也作為東北立面柔索幕墻的重要組成部分。主鋼索為平行束預應力低松弛鋼絞線，因平行束預應力低松弛鋼絞線多用于橋梁工程，國內(nèi)尚未明確此鋼絞線用于民用建筑時安全系數(shù)的取值。相關的國內(nèi)規(guī)范僅在《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中，規(guī)定了索體材料本身的安全系數(shù)K=1.82，考慮荷載組合中分項系數(shù)K=1.351，索體強度總體安全系數(shù)為K ′=1.35x1.8=2.43 。

   美國規(guī)范：ASCE1996《Structural Applications of Steel Cables for Building》（建筑結(jié)構(gòu)用鋼索）中規(guī)定，鋼索安全系數(shù)為T=2.2（永久載荷+預應力）；T=2.0（永久載荷+預應力+風或地震）。

    我國橋梁工程規(guī)范：《斜拉索熱擠聚乙烯高強鋼絲拉索技術(shù)條例》GB/T18365-2001中規(guī)定，拉索安全系數(shù)為K=2.5；《斜拉索熱擠聚乙烯拉索技術(shù)條例》JT/T694中規(guī)定安全系數(shù)取2.5～3.0。

    在新保利大廈柔索幕墻結(jié)構(gòu)設計中，考慮到主鋼索與斜拉橋用拉索的室內(nèi)外使用情況不同，以及主鋼索在整個柔索幕墻中的骨架作用，本工程在主索的計算分析中，其總體安全系數(shù)取2.5。

    ⑵ 主鋼索設計

    東北立面兩條主鋼索由超耐久性低松弛鋼絞線組合而成，主索截面排列形式如圖所示，主鋼索 A由馬蹄鉤鑄件引出連接至一號核心筒，主鋼索B由馬蹄鉤鑄件引出連接至三號核心筒，主鋼索頂部位置標高約93 米，底部標高約45 米，A 索全長61.7 米。 B 索全長51.2米。主索端部每條鋼絞線選用專用錨具進行錨固，錨固端布置如頂部錨固節(jié)點圖所示：

    ● 面索及面索錨具支座

    東北立面柔索玻璃幕墻橫向拉索選用Φ36mm，1×91 股高強度不銹鋼拉索，鋼絲抗拉強度 1570MPa，豎向拉索選用Φ26mm，1×61 股不銹鋼拉索，鋼絲抗拉強度 1450MPa，其中橫向拉索主要承擔正、負風荷載作用和水平地震作用，豎向拉索主要承擔玻璃及其附件重量。幕墻拉索強度按照百年一遇風壓計算，索體強度安全系數(shù)