一种大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙及其施工方法.pdf

本发明公开了一种大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙及其施工方法。幕墙包括平行的多个竖向抗风柱，相邻两竖向抗风柱间安装多榀水平鱼腹桁架，各水平鱼腹桁架间平行，各水平鱼腹桁架的曲线侧与相邻两竖向抗风柱间相应安装的竖向鱼腹桁架背索相接，水平鱼腹桁架的直线侧安装平行的多个竖向拉索，竖向拉索与水平鱼腹桁架的直线侧之间经转接件相连，转接件安装玻璃爪件，玻璃爪件之间安装玻璃面板，与相邻两玻璃面板间的竖向缝隙对应安装竖向玻璃肋。采取本发明施工方法构造的组合结构幕墙确保了受力特性截然不同的竖向拉索、水平鱼腹桁架、玻璃肋三种构件之间的合理受力、传力特性，安全隐患低。

1.  一种大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙，其特征在于：它包括互相平行的多个竖向抗风柱，相邻两个竖向抗风柱之间安装有上下排列的多榀水平鱼腹桁架，各榀水平鱼腹桁架之间相互平行，各榀水平鱼腹桁架的曲线侧与相邻两个竖向抗风柱之间相应位置处安装的一竖向鱼腹桁架背索相接，在水平鱼腹桁架的直线侧安装有互相平行的多个竖向拉索，竖向拉索与水平鱼腹桁架的直线侧之间通过转接件相连，转接件上安装有玻璃爪件，相应若干玻璃爪件之间安装一玻璃面板，在上下相邻的两榀水平鱼腹桁架的直线侧之间，与相邻两个玻璃面板之间形成的竖向缝隙相对应安装有竖向玻璃肋，竖向玻璃肋一侧的中部与和其相对应的相邻两个玻璃面板之间形成的竖向缝隙上安装的玻璃支撑爪件相接。

2.  如权利要求1所述的组合结构幕墙，其特征在于：
所述水平鱼腹桁架包括外弦杆、腹杆和弧形的内弦杆，外弦杆的两端与内弦杆的两端相接且内弦杆与外弦杆位于同一水平面内，外弦杆与内弦杆之间连接有多个腹杆。

3.  如权利要求2所述的组合结构幕墙，其特征在于：
所述竖向玻璃肋的上、下端部由夹板夹持，夹板经由连接钢件与相应所述外弦杆连接。

4.  如权利要求1所述的组合结构幕墙，其特征在于：
所述竖向玻璃肋一侧的中部由夹板夹持，夹板直接与所述玻璃支撑爪件固定连接。

5.  如权利要求1所述的组合结构幕墙，其特征在于：
所述竖向抗风柱包括立柱和腹杆。

6.  如权利要求1所述的组合结构幕墙，其特征在于：
当所述竖向抗风柱由多个单元抗风柱拼接而成时，所有所述竖向抗风柱之间经由横向平行设置的多个水平抗风桁架连接固定。

7.  一种权利要求1至6中任一项所述的组合结构幕墙的施工方法，其特征在于它包括步骤：
1)安装所述竖向抗风柱，在相邻两个所述竖向抗风柱之间安装所述水平鱼腹桁架；
2)在相邻两个所述竖向抗风柱之间相应位置处安装并张拉所述竖向鱼腹 桁架背索，所述水平鱼腹桁架与所述竖向鱼腹桁架背索之间实现固定连接，使所述水平鱼腹桁架在三点支撑下达到平衡；
3)安装所述竖向拉索；
4)张拉所述竖向拉索，完成索力调节；
5)抬高所述水平鱼腹桁架的直线侧，并通过所述转接件实现所述水平鱼腹桁架的直线侧与所述竖向拉索之间的固定连接；
6)在所述转接件上安装所述玻璃爪件；
7)在相应所述玻璃爪件之间安装所述玻璃面板；
8)安装所述竖向玻璃肋。

8.  如权利要求7所述的施工方法，其特征在于：
所述步骤8)包括：在上下相邻的两榀所述水平鱼腹桁架的直线侧之间，与相邻两个所述玻璃面板之间形成的竖向缝隙相对应安装所述竖向玻璃肋，并使所述竖向玻璃肋一侧的中部与和其相对应的相邻两个所述玻璃面板之间形成的竖向缝隙上安装的所述玻璃支撑爪件相接，以使所述竖向玻璃肋实现对所述玻璃面板的支撑。

9.  如权利要求7所述的施工方法，其特征在于：
当所述竖向抗风柱由多个单元抗风柱拼接而成时，在步骤1)中，在安装所述竖向抗风柱的同时进行所述水平抗风桁架的安装，以加强所述竖向抗风柱的抗风性能。

一种大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙以及该幕墙的施工方法，属于幕墙技术领域。
背景技术
针对大跨度空间的幕墙结构，目前的解决办法主要有以下几种：采用纯拉索的柔性结构体系、采用纯钢结构体系、采用索与钢结构组合结构体系。纯拉索的柔性结构体系需要依靠较大的轴向力和变形来抵抗侧向荷载，故需要较严格的边界条件，不易实现。纯钢结构体系主要依靠钢结构受力，因此要么结构较密集，影响通透性，要么结构较粗壮，与建筑效果不协调，且竖向承重梁的设计往往都比较高大，占用可视空间。而目前在索与钢结构组合结构体系的实际施工中，对于索与钢结构组合结构体系应怎样设计才能更好地满足组合结构体系中各构件之间的合理受力且互不影响、采取何种施工方式和顺序才能更好地保证组合结构体系顺利搭建且正常使用等问题，都是目前急需解决的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙以及该幕墙的施工方法，该施工方法确保了由受力特性截然不同的竖向拉索、水平鱼腹桁架、玻璃肋三种构件组成的组合结构幕墙的受力、传力特性，安全隐患低。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙，其特征在于：它包括互相平行的多个竖向抗风柱，相邻两个竖向抗风柱之间安装有上下排列的多榀水平鱼腹桁架，各榀水平鱼腹桁架之间相互平行，各榀水平鱼腹桁架的曲线侧与相邻两个竖向抗风柱之间相应位置处安装的一竖向鱼腹桁架背索相接，在水平鱼腹桁架的直线侧安装有互相平行的多个竖向拉索，竖向拉索与水平鱼腹桁架的直线侧之间通过转接件相连，转接件上安装有玻璃爪件，相应若干玻璃爪件之间安装一玻璃面板，在上下相邻的两榀水平鱼腹桁架的直线侧之间，与相邻两个玻璃面板之间形成的竖向缝隙相对应安装有竖向玻璃肋，竖向玻璃肋一侧的中部与和其相对应的相邻两个玻璃面板之间形成的竖向缝隙上安装的玻璃支撑爪件相接。
一种所述的组合结构幕墙的施工方法，其特征在于它包括步骤：
1)安装所述竖向抗风柱，在相邻两个所述竖向抗风柱之间安装所述水平鱼腹桁架；
2)在相邻两个所述竖向抗风柱之间相应位置处安装并张拉所述竖向鱼腹桁架背索，所述水平鱼腹桁架与所述竖向鱼腹桁架背索之间实现固定连接，使所述水平鱼腹桁架在三点支撑下达到平衡；
3)安装所述竖向拉索；
4)张拉所述竖向拉索，完成索力调节；
5)抬高所述水平鱼腹桁架的直线侧，并通过所述转接件实现所述水平鱼腹桁架的直线侧与所述竖向拉索之间的固定连接；
6)在所述转接件上安装所述玻璃爪件；
7)在相应所述玻璃爪件之间安装所述玻璃面板；
8)安装所述竖向玻璃肋。
本发明的优点是：
本发明组合结构幕墙的结构设计合理，大跨度的竖向拉索、大跨度钢桁架结构的水平鱼腹桁架、玻璃肋之间受力明确、传力清晰，抗拉能力强的竖向拉索来承受自重，跨度较大、抗风能力强的钢桁架结构水平鱼腹桁架来抵抗侧向风荷载，透明的玻璃肋来支撑固定玻璃面板，整个组合结构幕墙充分发挥了各种结构和材料的特性，在实现整体结构较轻盈效果的基础上，不仅确保了通透性，还保证了建筑的合理受力效果。
本发明施工方法解决了柔性竖向拉索、韧性钢桁架结构水平鱼腹桁架、脆性玻璃肋三种受力特性截然不同的构件之间合理组合成共同受力的整体幕墙的问题，施工顺序的合理安排确保了幕墙整体在施工完成后受力明确、传力清晰，极大降低了安全隐患。
附图说明
图1是本发明组合结构幕墙的整体立体示意图(未示出玻璃面板、转接件等)。
图2是图1的A-A向剖视示意图(示出玻璃面板、转接件等)。
图3是从图1右视看去，鱼腹桁架节点的剖面放大示意图。
图4是图3的B-B向剖面示意图。
图5是从图1右视看去，C部分的剖面放大示意图。
图6是图5的D-D向剖面示意图。
具体实施方式
如图1至图6所示，本发明大跨度索、钢桁架、玻璃肋组合结构幕墙包括互相平行的多个竖向抗风柱10，相邻两个竖向抗风柱10之间安装有上下排列的多榀水平鱼腹桁架20，各榀水平鱼腹桁架20之间相互平行，各榀水平鱼腹桁架20的曲线侧与相邻两个竖向抗风柱10之间相应位置处安装的一竖向鱼腹桁架背索30相接，竖向鱼腹桁架背索30可借由转接件(图中未示出，优选不锈钢转接件)与水平鱼腹桁架20相接，在水平鱼腹桁架20的直线侧安装有互相平行的多个竖向拉索40，竖向拉索40与水平鱼腹桁架20的直线侧之间通过转接件50(优选不锈钢转接件)相连，转接件50上安装有玻璃爪件60，相应若干玻璃爪件60之间安装一玻璃面板70，一般为形成矩形形状的四个玻璃爪件60之间安装有一块玻璃面板70，在上下相邻的两榀水平鱼腹桁架20的直线侧之间，与相邻两个玻璃面板70之间形成的竖向缝隙相对应安装有竖向玻璃肋80，竖向玻璃肋80一侧的中部与和其相对应的相邻两个玻璃面板70之间形成的竖向缝隙上安装的玻璃支撑爪件61相接，以实现玻璃肋80对玻璃面板70的固定支撑。
如图，水平鱼腹桁架20包括外弦杆21、腹杆23和弧形的内弦杆22，外弦杆21的两端与内弦杆22的两端相接且内弦杆22与外弦杆21位于同一水平面内，外弦杆21与内弦杆22之间连接有多个腹杆23。如图，整个水平鱼腹桁架20的形状如鱼腹，在本发明中，外弦杆21形成朝向室外的直线侧，内弦杆22形成朝向室内的曲线侧，由此如图所示，水平鱼腹桁架20的内弦杆22(一般选为内弦杆22的中点)与竖向鱼腹桁架背索30相接，外弦杆21对应安装有竖向拉索40，而内弦杆22与外弦杆21的相交点与竖向抗风柱10相接。
在实际设计时，各榀水平鱼腹桁架20可相同或不同。各竖向拉索40可对应水平鱼腹桁架20的腹杆23与外弦杆21之间的相接点设置，当然也可不对应水平鱼腹桁架20的腹杆23与外弦杆21之间的相接点而任意设置。
在本发明中，腹杆23与外弦杆21的相接点称为鱼腹桁架节点，如图3和图4所示，图中示出的是竖向拉索40与鱼腹桁架节点对应设置的情形，而转接件50与外弦杆21相接的位置即为转接件50与鱼腹桁架节点相接。
在实际安装中，竖向鱼腹桁架背索30的上、下端部可分别经由不锈钢索头(图中未示出)、连接钢件(图中未示出)与相应建筑结构相连，同样地，竖向拉索40的上、下端部可分别经由不锈钢索头(图中未示出)、连接钢件(图中未示出)与相应建筑结构相连，最上面的玻璃肋的上端部、最下面的玻 璃肋80的下端部可经由不锈钢夹板夹持后借由连接钢件与相应建筑结构相连。
在实际安装时，在上下相邻的两个水平鱼腹桁架20的外弦杆21之间安装竖向玻璃肋80时，如图3和图4，玻璃肋80一侧的上、下端部分别由夹板91(优选不锈钢夹板)夹持，夹板91借由双螺帽螺栓93固定于玻璃肋80上，夹板91经由连接钢件92与相应外弦杆21连接。如图5和图6，玻璃肋80一侧的中部由夹板81(优选不锈钢夹板)夹持，夹板81借由双螺帽螺栓82固定于玻璃肋80上，夹板81直接与玻璃支撑爪件61固定连接。
如图1，竖向抗风柱10一般包括立柱和腹杆。
在实际实施中，当竖向跨度很大、竖向抗风柱10需要由多个单元抗风柱拼接而成时，各竖向抗风柱10之间需要由水平抗风桁架(图中未示出)来连接固定，以提高竖向抗风柱10的抗风性能。在实际中，各竖向抗风柱10之间横向安装有多个水平抗风桁架，多个水平抗风桁架之间互相平行，每个水平抗风桁架为一贯通的单根结构，不是拼接结构。单元抗风柱的结构与竖向抗风柱10相同。
在本发明中，竖向抗风柱10、水平鱼腹桁架20、竖向鱼腹桁架背索30、竖向拉索40、转接件50、玻璃爪件60、玻璃支撑爪件61、玻璃肋80、水平抗风桁架等为本领域的熟知部件，故其具体构成不在这里详述。玻璃爪件60、玻璃支撑爪件61可选为不锈钢球铰夹具等。
对于上述本发明组合结构幕墙，本发明还提出了一种施工方法，包括如下步骤：
1)安装竖向抗风柱10，在相邻两个竖向抗风柱10之间安装水平鱼腹桁架20；
2)在相邻两个竖向抗风柱10之间相应位置处安装并张拉竖向鱼腹桁架背索30，水平鱼腹桁架20与竖向鱼腹桁架背索30之间借由转接件(图中未示出)实现固定连接(点固定)，使水平鱼腹桁架20在三点支撑下达到平衡；
3)安装竖向拉索40，此时竖向拉索40与水平鱼腹桁架20的鱼腹桁架节点之间不相互固定，以保证竖向拉索40在张拉过程中与水平鱼腹桁架20之间能相对滑动；
4)张拉竖向拉索40，完成索力调节，通过索力调节来满足其预应力的要求；
5)采取相应措施(公知技术)抬高水平鱼腹桁架20的直线侧，并通过转接件50实现水平鱼腹桁架20的直线侧与竖向拉索40之间的固定连接(卡死)；
6)在转接件50上安装玻璃爪件60；
7)在相应玻璃爪件60之间安装玻璃面板70；
8)安装竖向玻璃肋80。
其中步骤8)包括：在上下相邻的两榀水平鱼腹桁架20的直线侧之间，与相邻两个玻璃面板70之间形成的竖向缝隙相对应安装竖向玻璃肋80，并使竖向玻璃肋80一侧的中部与和其相对应的相邻两个玻璃面板70之间形成的竖向缝隙上安装的玻璃支撑爪件61相接，以使竖向玻璃肋80实现对玻璃面板70的支撑固定。
当竖向跨度很大、竖向抗风柱10需要由多个单元抗风柱拼接而成时，在步骤1)中，在安装竖向抗风柱10的同时便进行水平抗风桁架的安装，以加强竖向抗风柱的抗风性能。而后再进行水平鱼腹桁架20的安装。
需要提及的是，抬高水平鱼腹桁架20的距离应根据竖向拉索40预承受各榀水平鱼腹桁架20和玻璃面板70竖向荷载而导致的向下变形来合理设计。一般地，与水平鱼腹桁架20的曲线侧所在高度相比，直线侧高于曲线侧即可。另外，在施工时，应由上而下逐榀定位各榀水平鱼腹桁架20的位形。在实际安装水平鱼腹桁架20的过程中，可借由工具吊住腹杆23，以起到临时支撑作用，在将水平鱼腹桁架20与竖向拉索40之间卡死后，便可卸载临时支撑的工具，保证施工的顺利进行以及施工完毕后竖向拉索40在承受水平鱼腹桁架20自重情况下不松弛且水平鱼腹桁架20整体保持水平。
需要提及的是，当安装完玻璃面板70后，因各榀水平鱼腹桁架20和玻璃面板70自重产生的竖向荷载，使得水平鱼腹桁架20的直线侧随竖向拉索40向下产生位移，最终与自身曲线侧处于同一水平面。
在实际安装玻璃肋80时，玻璃肋80一侧的上、下端部以及中部要实现与相应结构的连接固定，包括：玻璃肋80一侧的上、下端部分别由夹板91夹持，夹板91借由双螺帽螺栓93固定于玻璃肋80上，夹板91经由连接钢件92与相应外弦杆21连接，以及玻璃肋80一侧的中部由夹板81夹持，夹板81借由双螺帽螺栓82固定于玻璃肋80上，夹板81直接与玻璃支撑爪件61固定连接。
在本发明组合结构幕墙中，大跨度索是指竖向拉索40，大跨度钢桁架是指水平鱼腹桁架20，玻璃肋即为支撑固定玻璃面板70的玻璃肋80。在实际中，水平鱼腹桁架20的水平跨度可长达9米，竖向拉索40的高度可高达几十米，面对如此大跨度的组合结构幕墙，采取上述本发明施工方法的合理施工顺序可以很好地避免水平鱼腹桁架20承受不利内力，整个施工过程中竖向拉索40的 索力变化均匀，确保水平鱼腹桁架20的竖向变形不会对玻璃肋80产生挤压，水平鱼腹桁架20的钢桁架结构变形和应力均可控制在可控范围内，本发明组合结构幕墙的整体受力系统合理形成，共同承担后期幕墙所承受的荷载。
本发明的优点是：
本发明组合结构幕墙的结构设计合理，大跨度的竖向拉索、大跨度钢桁架结构的水平鱼腹桁架、玻璃肋之间受力明确、传力清晰，抗拉能力强的竖向拉索来承受自重，跨度较大、抗风能力强的钢桁架结构水平鱼腹桁架来抵抗侧向风荷载，透明的玻璃肋来支撑固定玻璃面板，整个组合结构幕墙充分发挥了各种结构和材料的特性，在实现整体结构较轻盈效果的基础上，不仅确保了通透性，还保证了建筑的合理受力效果。
本发明施工方法解决了柔性竖向拉索、韧性钢桁架结构水平鱼腹桁架、脆性玻璃肋三种受力特性截然不同的构件之间合理组合成共同受力的整体幕墙的问题，施工顺序的合理安排确保了幕墙整体在施工完成后受力明确、传力清晰，极大降低了安全隐患。
以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。