【實例】哈爾濱國際體育會展中心預應力單層索網幕墻設計

　　3.1.1基本風壓取Wo=0.55KN/㎡，地面粗糙度類別：B類；風壓高度變化系數μz取1.0；風荷載體形系數μs取1.2；風振系數βz取2.0；

　　3.1.2地震設防烈度：地震烈度為6度，抗震措施按7度考慮：

　　3.1.3玻璃配置為鋼化中空Low-E玻璃，12（FT）+12A+10（FT），自重0.6Kpa，彈性模量E=1.0×105N/mm2。

　　3.1.4水平及豎向拉索采用ф22不銹鋼拉索。彈性模量E=1.25×105N/mm2，破斷強度為304.80KN。

　　3.2索網體系空間計算
　　3.2.1結構計算模型
　　在索網體系計算中，選取7.5m跨進行空間有限元分析，計算模型如圖8。在計算中其邊界條件假定為：水平拉索與兩端幕墻抗風柱、豎索與頂部片式鋼桁架及底部考慮為鉸接，約束三個方向線位移；幕墻抗風柱頂端鉸接，約束平面外位移。水平與豎向拉索邊界條件考慮足夠剛性，索網不受主體結構變形的影響。索網尺寸為7500mm×12000mm。每個節點承受的荷載為：PK1=7.2KN，PK2=6.93KN，PK3=6.44KN，GK1=3.94KN，GK2=4.23KN。

　　3.2.2構件截面
　　幕墻抗風柱采用Q345無縫鋼管。水平與豎向ф22不銹鋼拉索采用1×37規格單股繩，主要桿件截面見下表1：

　　3.2.3索網強度及變形分析
　　為保證幕墻玻璃的安全，應控制單層索網結構體系的變形，變形過大，會對幕墻玻璃造成不利影響；反之，單層索網變形控制過嚴，索的拉力亦隨之增大，對單層索網邊界的剛度要求就越高。單層索網本身不變時，整個體系是沒有剛度的，只有產生變形才有剛度，因而索網的撓度和結構剛度密切相關。隨著荷載的增加，結構的位移在增加，隨之結構剛度在增加。因而在相同荷載下，結構的位移增量隨之減小，相應索的伸長量減小和索拉力增加的減少。為達到理想的設計效果，就要求在單層索網變形和索的拉力二者中求一個最佳的結合點。

表2 各種不同控制撓度變形下索的拉力與應力對照

　　上表中，Fx、Fy為x、y向的最大支座反力，L=7500mm，計算中考慮預張力70KN。從表中我們可以看出，在索的預應力相近，Z向撓度相差不大時，因其支座反力略小宜優先采用細的拉索。根據ANSYS有限元計算結果，拉力最大值出現在節點單元號6，最大拉力105.42KN，拉應力463.6N/mm2；最小值出現在節點單元號14，最小拉力81.16KN，拉應力356.3N/ mm2。實際工程設計中，以L/50撓度限值來進行設計，索的拉應力合理取值范圍界定在387~464.4Mpa。為增加單層索網結構體系安全儲備，水平與豎向拉索采用ф22不銹鋼絞線。

　　4.幕墻試驗對幕墻設計的保證

　　4.1預應力單層索網結構是本工程的關鍵性結構，加工制作要求高，單根拉索的張拉工藝施工方法較為復雜。其力學性能、單索的張拉工藝、設計中計算參數的取值及節點構造措施等均有賴于試驗驗證。本次試驗在深圳三鑫公司索結構試驗中心進行，試驗檢測由廣東省建筑幕墻質量檢測中心負責。

　　4.1.1試驗目的
　　a.采集單層索網結構在各種分級荷載作用下的各種數據，和理論計算結果比較，積累和實測設計參數，驗證設計的正確性；

　　b.檢驗單層索網的強度和變形是否滿足要求：

　　c.通過實驗驗證單導索網結構的節點構造以及施工過程中可能存在的問題。

　　4.1.2測試過程與方法
　　本次試驗選取的平面索網長邊跨度為11200mm，分布3條單索，索間距從左到右依次為3000mm、2800mm、2800mm、2400mm；短邊跨度為7500mm，分布3條單索，索間距均分為1875 mm（如圖9）。主索為1×37股ф22不銹鋼絞線，每股直徑為ф3.15mm。以沙袋重量來模擬水平風荷載由玻璃面板通過距形爪點傳遞來的集中力，每個節點的設計荷載為：PKA=PKB= PKC=7.20KN；PKD= PKE= PKF=6.93KN；PKG= PKH= PKI=6.44KN。

　　試驗過程：首先安裝試驗所用的吊藍、水準儀、直尺、重物及位移計、百分表等試驗工具及設備，然后對平面索網進行預張拉，預張拉力70KN，以短邊跨度的兩端節點為參照物記錄位移初始值。分別施加0.25Pk、0.5Pk、0.75Pk、1.0Pk的設計荷載，保持10分鐘左右，記錄各個荷載值下的位移值。

　　4.1.3測試結果
　　試驗中最大變形出現在B節點，最大位移140.90mm，與理論計算誤差率3%；最大索拉力103.73KN，與理論計算誤差率1.6%，最小拉力90.33KN，與理論計算誤差率3%，實測數據比理論分析略小，但誤差皆在5%內，驗證了設計當中計算參數取值及理論分析是比較可靠的，能真實的反應單層索網結構實際情況，并且從另一方面說明了試驗結果是可信的。

　　由此我們可以得出結論：本幕墻工程采用直徑為ф22的水平與豎向單層索網結構體系，在預張力為70KN時索網的強度儲備和剛度均能滿足設計要求，即安全系數K=2.5-3.0，撓度f≤L/50。

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