1、引言
我國(guó)的建筑幕墻經(jīng)過(guò)了三十年發(fā)展，特別是近二十年建筑幕墻在各大工程項(xiàng)目上的廣泛應(yīng)用，使得各項(xiàng)技術(shù)都逐步成熟，相關(guān)各類(lèi)幕墻的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范也都紛紛出版。對(duì)現(xiàn)代幕墻從設(shè)計(jì)、加工制作到施工技術(shù)質(zhì)量都有了相應(yīng)的要求和規(guī)范，使得設(shè)計(jì)單位和幕墻公司在進(jìn)行新項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工時(shí)有章可循。在一定程度上保障了建筑幕墻的安全性、可靠性，也推動(dòng)了建筑幕墻行業(yè)的發(fā)展。然而，由于設(shè)計(jì)單位和幕墻企業(yè)的技術(shù)能力上的差異，使得在對(duì)各類(lèi)幕墻在設(shè)計(jì)和施工不可避免的會(huì)在對(duì)技術(shù)層面上出現(xiàn)認(rèn)識(shí)上的差異。特別是對(duì)于在幕墻技術(shù)含量較高的索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的生產(chǎn)技術(shù)上，還存在不少認(rèn)識(shí)上的差異和經(jīng)驗(yàn)不足的情況，需要強(qiáng)調(diào)技術(shù)重點(diǎn)，以確保工程項(xiàng)目的安全使用。
本文是以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，結(jié)合單索結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻特點(diǎn)、形式，從結(jié)構(gòu)的工作原理到節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)思路和工藝技巧，對(duì)單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的抗風(fēng)、抗震、溫度變形等各項(xiàng)物理性能的實(shí)現(xiàn)和安全保障作深入介紹。
圖1.1、單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻實(shí)際工程照片
同時(shí)還將國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)“索結(jié)構(gòu)幕墻安全保護(hù)裝置”的工作原理和使用方法進(jìn)行講解和介紹。
2、單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻
單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻在我國(guó)已有十五、六年的歷史，比如“哈爾濱國(guó)際會(huì)議中心”就是建成于2002年9月，是我國(guó)第一個(gè)平面單層索網(wǎng)玻璃幕墻。其單索網(wǎng)玻璃幕墻高13米，總長(zhǎng)540米，采用矩形夾板式支承裝置，鋼索采用ф22mm不銹鋼絞線(xiàn)。其結(jié)構(gòu)是由多個(gè)單索網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元組成的玻璃幕墻。
在此之后有諸多的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用了單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻。最有代表性之一的“北京新保利大樓”東北立面玻璃幕墻，其索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是由兩根斜拉主索組合成三個(gè)相互聯(lián)動(dòng)并拼折的柔索網(wǎng)面, 洞口寬58m高87m，玻璃基本分格為:1300mm×1300mm。經(jīng)過(guò)對(duì)一些項(xiàng)目的質(zhì)量回訪(fǎng)和各方面的了解得知，諸多的單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻使用到今天，其工作狀態(tài)良好，索體的內(nèi)應(yīng)力（詞條“內(nèi)應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）變化和面板玻璃的穩(wěn)定性（詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供）都能在可控范圍內(nèi)。但是，也有個(gè)別項(xiàng)目已經(jīng)出現(xiàn)了這樣或那樣的問(wèn)題。由于個(gè)別問(wèn)題的產(chǎn)生，對(duì)有些功能性的問(wèn)題和安全性的問(wèn)題也越發(fā)廣泛的引起了人們的注意，這就要求我們進(jìn)一步對(duì)單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的安全可靠性的研究就顯得十分重要。
圖2.1、建成于2002年的哈爾濱國(guó)際會(huì)議中心是我國(guó)第一個(gè)平面單層索網(wǎng)玻璃幕墻
圖2.2、北京新保利大樓單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的點(diǎn)支式玻璃幕墻
2.1.單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)幕墻的概念與工作原理
單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)玻璃幕墻是索結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻中的一種類(lèi)型，其幕墻玻璃面板的支承體系為單層平面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，它可以是一個(gè)單索網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元組成的，也可以由多個(gè)單索網(wǎng)結(jié)構(gòu)組成的玻璃幕墻,(如圖2.1.1)大大節(jié)省了支撐結(jié)構(gòu)所用的空間，進(jìn)一步提高了玻璃幕墻的通透性，對(duì)于玻璃幕墻支撐結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，是一種全新的受力體系。
分析單索支撐結(jié)構(gòu)的工作原理也就是要了解單索網(wǎng)平面抵抗風(fēng)荷載作用時(shí)的工作狀態(tài)，了解單索網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為玻璃幕墻的支撐結(jié)構(gòu)使索網(wǎng)的變形與預(yù)應(yīng)力的關(guān)系。索內(nèi)應(yīng)力的大小索網(wǎng)平面在抵抗風(fēng)荷載時(shí)各節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)能力。
圖2.1.1 單索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的工作原理圖
在玻璃幕墻平面受外部荷載后，通過(guò)玻璃的連接機(jī)構(gòu)將外部荷載轉(zhuǎn)化成節(jié)點(diǎn)荷載P，節(jié)點(diǎn)荷載P作用在索網(wǎng)結(jié)構(gòu)上，只要在索網(wǎng)中有足夠的預(yù)應(yīng)力N0和撓度F，就可以滿(mǎn)足力學(xué)的平衡條件。當(dāng)P為某一確定值時(shí)，撓度F和預(yù)應(yīng)力N0成反比。即預(yù)應(yīng)力N0值越大，撓度F就越小。F=P/N0。因此撓度F和預(yù)應(yīng)力N0是單層平面索網(wǎng)的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算分析后才能確定。
圖2.1.2單層索網(wǎng)體系玻璃幕墻在實(shí)際應(yīng)用中的類(lèi)型
在工作原理示意圖上還可以看出，當(dāng)外部水平荷載P為正值和負(fù)值時(shí)都是由同一根鋼索來(lái)抵抗，其工作效率是雙層索系的一倍。近年來(lái)，在單層索網(wǎng)體系玻璃幕墻的實(shí)際應(yīng)用中，按其工作原理出現(xiàn)了單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻、單層曲面索網(wǎng)(鞍型)結(jié)構(gòu)玻璃幕墻、單向單索結(jié)構(gòu)平面玻璃幕墻、單向單索結(jié)構(gòu)曲面玻璃幕墻、隱形單向單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻，這些幕墻形式的出現(xiàn)，大大豐富了建筑造型的手段。(如圖2.1.2)
2.2、單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻實(shí)際工程案例
1、北京市聯(lián)想融科資訊中心單向單索玻璃幕墻，是在兩幢主樓之間用用懸索結(jié)構(gòu)垂吊的連廊大廳跨度63米，立面采用單向單索結(jié)構(gòu)的點(diǎn)式玻璃幕，單向單索最大受力跨度7m-12m.屋面及墻體由全透明的玻璃組成，通過(guò)4根懸索、2根纜風(fēng)索、31榀聯(lián)梁和62根垂直單向索及彈簧裝置構(gòu)成全柔性維護(hù)結(jié)構(gòu)。(如圖2.2-1)
圖2.2-1北京聯(lián)想融科項(xiàng)目玻璃幕墻采用了單向單索結(jié)構(gòu)
2、首都圖書(shū)館二期單索網(wǎng)結(jié)構(gòu)玻璃幕墻工程是在東、南兩棟樓的立面轉(zhuǎn)角處設(shè)置了一片單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻，使其形成一個(gè)大的共享空間。由于邊緣支承條件約束玻璃幕墻采用了豎向?yàn)橹饕芰Ψ较颍粤⒚娌捎昧穗p根豎向索、單根水平索形成的索網(wǎng)系統(tǒng)作為玻璃幕墻的支承體系。(如圖2.2-2)
圖2.2-2立面采用了雙根豎向索,單根水平索形成的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕
3、北京中青旅大廈單層索網(wǎng)玻璃幕墻工程是在建筑的東、西兩個(gè)立面上設(shè)計(jì)了寬20m×高75m的單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻;幕墻立面被水平支撐鋼梁分成20mx14.4m的受力單元，每個(gè)立面由五個(gè)單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)受力單元組成。(如圖2.2-3)
圖2.2-3 立面為多個(gè)單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的點(diǎn)支式玻璃幕墻
5、北京萬(wàn)通中心裙樓隱形單向單索結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)形式采用了隱形布置的索結(jié)構(gòu)，所謂隱形就是將作為支承結(jié)構(gòu)的豎向單索隱藏在兩片中空玻璃之間的縫隙中，在玻璃幕墻的室內(nèi)、外都看不見(jiàn)結(jié)構(gòu)，其支承結(jié)構(gòu)在受到外部荷載作用時(shí)能夠有效的工作。該工程單索結(jié)構(gòu)的受力跨度在8m至13m之間。(如圖2.2-4)
圖2.2-4隱形單向單索結(jié)構(gòu)的點(diǎn)支式玻璃幕墻外立面
2.3、 在索結(jié)構(gòu)支承玻璃幕墻設(shè)計(jì)中的相關(guān)術(shù)語(yǔ)
索結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)支式玻璃幕墻在當(dāng)今已經(jīng)有了較廣泛的應(yīng)用，但由于相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有更多的涉及到該幕墻的名稱(chēng)和相關(guān)技術(shù)術(shù)語(yǔ)，所以在市場(chǎng)上出現(xiàn)了在行業(yè)內(nèi)叫法不規(guī)范不統(tǒng)一的現(xiàn)象。下面對(duì)索結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)支式玻璃幕墻及索結(jié)構(gòu)中的相關(guān)術(shù)語(yǔ)作一介紹。
索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻：索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻是指用索結(jié)構(gòu)作為玻璃幕墻的支承體系的玻璃幕墻。由于玻璃面板一般都采用了點(diǎn)支承的支承方式，所以按幕墻分類(lèi)的原則，應(yīng)該叫“索結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)支式玻璃幕墻”。
拉索(tension cable)：具有一定預(yù)應(yīng)力的受拉構(gòu)件，由索體、錨具（詞條“錨具”由行業(yè)大百科提供）和防護(hù)層組成。
索體(cable body)：拉索受力的主要部分，可為鋼絲束、鋼絲繩、鋼絞線(xiàn)或鋼拉桿。
索結(jié)構(gòu)(cable structure)：由拉索作為主要承重構(gòu)件而形成的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系。
懸索結(jié)構(gòu)(cable-suspended structure)：由一系列作為主要承重構(gòu)件的懸掛拉索按一定規(guī)律布置而組成的結(jié)構(gòu)體系，包括單層索系(單索、索網(wǎng))、雙層索系及橫向加勁索系。
張弦結(jié)構(gòu)(structure with tension chord)：由上弦剛性桿件與下弦拉索以及上下弦之間撐桿組成的結(jié)構(gòu)體系。
索穹頂（詞條“穹頂”由行業(yè)大百科提供）(cable dome)：支承在圓形、橢圓形或多邊形剛性周邊構(gòu)件上，由脊索、環(huán)索、撐桿及斜索組成的結(jié)構(gòu)體系。
索桁架(cable truss)：由在同一豎向平面內(nèi)布置的承重索、穩(wěn)定索(或前受力索、后受力索)以及兩索之間的撐桿組成的結(jié)構(gòu)體系。
柔性索(flexible cable)：按受力要求僅承受拉力的構(gòu)件，如鋼絲束、鋼絲繩、鋼絞線(xiàn)及鋼拉桿。
勁性索(rigid cable)：按受力要求，可承受拉力和部分彎矩的構(gòu)件，如型鋼。
初始幾何狀態(tài)(initial geometrical state)：?jiǎn)嗡鲬覓旌螅谧灾刈饔孟碌淖匀恍螒B(tài)。
初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)(initial prestress state)：索結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力施加完畢后的自平衡狀態(tài)，是進(jìn)行結(jié)構(gòu)荷載分析的基礎(chǔ)。
荷載狀態(tài)(loading state)：索結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下的平衡狀態(tài)。
不銹鋼絞線(xiàn)(stainless steel strand)：由一定數(shù)量，一層或多層的圓形不銹鋼絲螺旋絞合而成的鋼絲束。
節(jié)徑比(lay ratio)：絞線(xiàn)中單線(xiàn)的捻距與該層的外徑之比。
捻距(lay length)：絞線(xiàn)中的一根不銹鋼絲形成一個(gè)完整的螺旋的軸向距離。
壓管接頭(the swaged fitting)：金屬套管與嵌入其內(nèi)的鋼絞線(xiàn)或鋼絲繩經(jīng)冷擠壓成型（詞條“擠壓成型”由行業(yè)大百科提供）的接頭。
接頭最小破壞拉力：使接頭處的金屬壓管錨具產(chǎn)生斷裂、裂紋;接頭處的鋼索破斷或鋼索與金屬壓管錨具產(chǎn)生滑移失效的最小拉力，稱(chēng)之為接頭最小破壞拉力。
3、索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的設(shè)計(jì)
3.1、在索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問(wèn)題：
索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，以分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。荷載及荷載效應(yīng)組合（詞條“荷載效應(yīng)組合”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009進(jìn)行計(jì)算。
索結(jié)構(gòu)的計(jì)算應(yīng)包括初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的確定及荷載狀態(tài)的計(jì)算，索結(jié)構(gòu)的初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)確定和荷載狀態(tài)分析應(yīng)考慮幾何非線(xiàn)性影響，不考慮材料非線(xiàn)性。
索結(jié)構(gòu)的荷載狀態(tài)計(jì)算應(yīng)在初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)的基礎(chǔ)上考慮永久荷載與活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載的組合;并應(yīng)根據(jù)具體情況，考慮施工安裝荷載、地震和溫度變化等作用。
索結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮索邊緣支承結(jié)構(gòu)的相互影響，有條件時(shí)宜采用包含邊緣結(jié)構(gòu)的整體模型進(jìn)行分析。
索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在永久荷載控制的荷載組合作用下，應(yīng)避免索退出工作;在可變荷載控制的荷載組合作用下，應(yīng)防止因索松弛而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。索截面根據(jù)承載力按下式驗(yàn)算：
索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻中的索按受力要求可選用僅承受拉力的柔性索和可承受拉力和部分彎矩的勁性索，柔性索可采用鋼絲束、鋼絞線(xiàn)或鋼拉桿，勁性索可采用型鋼。為保證索結(jié)構(gòu)的整體剛度可采用在索中建立預(yù)應(yīng)力的措施：
用以支承玻璃幕墻的索結(jié)構(gòu)其索結(jié)構(gòu)形狀的布置和索系的確定，可以根據(jù)具體工程項(xiàng)目確定，應(yīng)考慮到邊緣結(jié)構(gòu)的承受力和穩(wěn)定性。
圖3.1.1 索桁架的矢高與跨度簡(jiǎn)圖
索桁架的矢高與跨度之比：在雙層索系索結(jié)構(gòu)點(diǎn)支式玻璃幕墻索桁架中受力索主要是承受風(fēng)荷載，抵抗正負(fù)風(fēng)壓及水平地震荷載（詞條“地震荷載”由行業(yè)大百科提供）作用下，其布置形式、體型尺寸，索桁架的矢高與跨度比的大小，預(yù)應(yīng)力施加的大小都直接影響索桁架的剛度和幕墻的性能，索桁架的矢高與跨度比是雙層索系工作性能的重要幾何參數(shù)，根據(jù)索布置的不同形式一般對(duì)于玻璃幕墻，索桁架矢高可取跨度的1/10~1/20。
3.1.1索內(nèi)預(yù)應(yīng)力值確定時(shí)需要考慮的因素
自初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)之后的最大撓度與跨度之比：
雙層索系玻璃幕墻及曲面(鞍形)單層索網(wǎng)自初始預(yù)應(yīng)力狀態(tài)之后的最大撓度與跨度之比不宜大于1/200。單層平面索網(wǎng)玻璃幕墻的最大撓度與跨度之比不宜大于1/45。張弦結(jié)構(gòu)玻璃采光頂的最大撓度與跨度之比不宜超過(guò)1/200。
索內(nèi)預(yù)應(yīng)力值確定時(shí)需要考慮的因素：預(yù)應(yīng)力索結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)，在沒(méi)有施加預(yù)應(yīng)力之前索桁架是沒(méi)有剛度的，其形狀也不能確定，必須施加適當(dāng)?shù)念A(yù)應(yīng)力才能使索和連系桿賦予索桁架一定的形狀。才能成為承受外荷載的索結(jié)構(gòu)。在給定的邊界條件下，所施加的預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)的分布大小和所形成的結(jié)構(gòu)初始形狀是相互聯(lián)系的，這是索桁架自平衡內(nèi)應(yīng)力系統(tǒng)的建立，如何最合理地確定這一“初始平衡狀態(tài)的確定”，這是索網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵的所在。
受力索的預(yù)應(yīng)力值確定時(shí)需考慮的因素:
1)所使用地區(qū)的風(fēng)壓值，地震設(shè)防指標(biāo)，體形系數(shù)，地面粗糙度等的直接荷載力;
2)溫度變化應(yīng)力：
3.2、拉索、索體與錨具
3.2.1、拉索
拉索是由索體及兩端的錨具組成的受拉構(gòu)件。在索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻中大量使用的不銹鋼拉索其兩端的錨具叫建筑幕墻用鋼索壓管接頭。
圖3.2.1 建筑幕墻用不銹鋼拉索
拉索的索體可采用鋼絲束、鋼絲繩、鋼絞線(xiàn)或鋼拉桿等材料構(gòu)成。
拉索兩端錨具的構(gòu)造應(yīng)由建筑外觀、索體類(lèi)型、索力、施工安裝、索力調(diào)整、換索等多種因素確定。
3.2.2、不銹鋼絞線(xiàn)索體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的計(jì)算：
不銹鋼絞線(xiàn)索體強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按不銹鋼絞線(xiàn)最小破斷拉力的計(jì)算方法《建筑用不銹鋼絞線(xiàn)》JG/T200-2007計(jì)算最小破斷拉力，公式如下：
3.2.3、溫度變化對(duì)拉索索體內(nèi)力的影響分析：
溫度荷載對(duì)拉索索體內(nèi)力的影響應(yīng)按如下公式進(jìn)行計(jì)算：
從以上計(jì)算中可以看出溫度變化對(duì)索體內(nèi)力的變化影響很大，所以不論是在對(duì)索結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力的過(guò)程中，還是在索結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)時(shí)預(yù)先設(shè)定溫度范圍是很重要的。
4、索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的部分節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與構(gòu)造
4.1單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻重要節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
單層索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的平面外變形的大小與索內(nèi)預(yù)應(yīng)力有著直接的關(guān)系。隨著索結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力的變化，玻璃幕墻平面外的變形量也隨之變化。 在單向單索結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計(jì)時(shí)可以利用這個(gè)原理來(lái)解決索體與墻體相對(duì)位移過(guò)大的問(wèn)題。
由于單索的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是靠跨中彎曲變形來(lái)支承風(fēng)荷載的，所以對(duì)鋼索的要求和節(jié)點(diǎn)的適應(yīng)變形能力要求及高。理論上只要有風(fēng)，鋼索就要產(chǎn)生變形，每個(gè)索上節(jié)點(diǎn)就必須承擔(dān)相應(yīng)的工作來(lái)達(dá)到整體幕墻的性能。
圖4.1.1、單向單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻工作狀態(tài)示意圖
在單索網(wǎng)工作示意圖中可以看到，幕墻的玻璃面在受風(fēng)荷載產(chǎn)生變形時(shí)，節(jié)點(diǎn)部相對(duì)變形角度大在邊部，所以對(duì)邊部節(jié)點(diǎn)的變形適應(yīng)能力要求高，此外節(jié)點(diǎn)的處理好壞直接影響著幕墻的安全性和使用性能。邊部固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）端可以采用活動(dòng)鉸連接方法(如圖4.1.2-1).
在調(diào)節(jié)軸端的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮在變形時(shí)的適應(yīng)能力，防止在鋼索與索壓頭結(jié)合處產(chǎn)生彎曲，調(diào)節(jié)端的作用是調(diào)節(jié)索內(nèi)應(yīng)力。
球形鉸接系統(tǒng)：
圖4.1.2、單索幕墻邊部球形鉸支座節(jié)點(diǎn)圖
圖4.1.3、球形鉸支座在使用狀態(tài)下的有限元分析
索結(jié)構(gòu)中索與支承結(jié)構(gòu)連接是通過(guò)一對(duì)球面結(jié)構(gòu)(球座、球頭)實(shí)現(xiàn)，此結(jié)構(gòu)隨索拉力方向變化而產(chǎn)生微小的相對(duì)位移，避免構(gòu)件產(chǎn)生附加彎矩，有利于結(jié)構(gòu)安全和安裝。
4.2索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻應(yīng)力補(bǔ)償裝置
在索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的設(shè)計(jì)中，由于每個(gè)項(xiàng)目的支承結(jié)構(gòu)體系都有所不同，在設(shè)計(jì)時(shí)為了使索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻中的每一根索的內(nèi)力能夠按設(shè)計(jì)給定的值實(shí)現(xiàn)，減少索結(jié)構(gòu)中每根索之間的內(nèi)力差，可以在索的端部設(shè)置索內(nèi)應(yīng)力補(bǔ)償裝置。還能通過(guò)彈簧組的彈性變形，減小鋼索因蠕變而產(chǎn)生的應(yīng)力損失。
索內(nèi)應(yīng)力補(bǔ)償裝置的工作原理：此裝置是安裝在每根索的端部，索內(nèi)應(yīng)力的大小是由在端部彈簧系統(tǒng)所產(chǎn)生的內(nèi)力所決定的，彈簧中彈力是可以預(yù)先設(shè)定的，是可控、易控的，所以應(yīng)力補(bǔ)償裝置能使每根索的內(nèi)力控制在一定的范圍內(nèi)。(如圖4.2.1)
圖4.2.1索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻應(yīng)力補(bǔ)償裝置示意圖
4.3、索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻過(guò)載保護(hù)裝置
在索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的設(shè)計(jì)中，由于每片幕墻的邊緣結(jié)構(gòu)支承體系的條件不同，在一定極限狀態(tài)下可能對(duì)索結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生影響。如在考慮地震荷載和變形時(shí)如索結(jié)構(gòu)的邊緣支撐結(jié)構(gòu)不在一個(gè)基礎(chǔ)上，或在兩棟建筑之間設(shè)置索結(jié)構(gòu)幕墻時(shí)，當(dāng)?shù)卣鹱冃螘r(shí)索結(jié)構(gòu)自身的彈性變形量已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)總變形量時(shí)，索結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生破壞。為了避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，使玻璃幕墻實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的原則，可在索結(jié)構(gòu)的端部設(shè)置過(guò)載保護(hù)裝置。(如圖4.3.1)
索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻過(guò)載保護(hù)裝置的工作原理：在過(guò)載保護(hù)裝置中，當(dāng)索的內(nèi)力在極限狀態(tài)，達(dá)到一定的內(nèi)力時(shí)使過(guò)載保護(hù)裝置中的保險(xiǎn)部件發(fā)揮作用，使彈簧系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)，以此來(lái)保證玻璃幕墻支承體系的正常工作。
圖4.3.1、索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻過(guò)載保護(hù)裝置示意圖
5、索結(jié)構(gòu)幕墻及采光頂拉索安全保護(hù)裝置
5.1、個(gè)別項(xiàng)目在實(shí)際工程中出現(xiàn)的的安全問(wèn)題
索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻在實(shí)際工程中出現(xiàn)的安全問(wèn)題，主要表現(xiàn)在不銹鋼接頭螺紋處斷裂、索錨固接頭與索體之間滑移、索體跳絲等現(xiàn)象。索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的豎向吊重索，在不銹鋼接頭螺紋處斷裂。
圖5.1.1、玻璃在固定節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生滑移已經(jīng)不能起到固定作用了，玻璃也已出現(xiàn)破損現(xiàn)象。
索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻在實(shí)際工程中出現(xiàn)的安全問(wèn)題，主要表現(xiàn)在不銹鋼接頭螺紋處斷裂、索錨固接頭與索體之間滑移、索體跳絲等現(xiàn)象。 由于單向單索結(jié)構(gòu)的主索在頂部節(jié)點(diǎn)索頭處斷裂，造成玻璃在固定節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生滑移。索結(jié)構(gòu)玻璃采光頂（詞條“玻璃采光頂”由行業(yè)大百科提供）的主索斷裂已經(jīng)退出工作狀態(tài)。
圖5.1.2、索結(jié)構(gòu)玻璃采光頂在不銹鋼接頭螺紋處斷裂。
5.2、拉索安全保護(hù)裝置
在充分分析能引起索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻安全隱患原因后，針對(duì)單索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的構(gòu)造和受力特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際工程案例，設(shè)計(jì)發(fā)明了一套專(zhuān)門(mén)針對(duì)索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻及采光頂拉索系統(tǒng)的安全保護(hù)裝置，其最大特點(diǎn)是在鋼索或索端頭錨具(索套管接頭)發(fā)生斷裂時(shí)的瞬間就可以對(duì)索體起到固定作用。
圖5.2.1、使用在玻璃幕墻上的拉索安全保護(hù)裝置
確保索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻或采光頂在索結(jié)構(gòu)出現(xiàn)斷裂時(shí)不產(chǎn)生玻璃幕墻傾覆的現(xiàn)象。大大提高了索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的安全度。
這套系統(tǒng)使用靈活安裝方便，可以在索結(jié)構(gòu)安裝時(shí)同時(shí)安裝，也可以在索結(jié)構(gòu)已經(jīng)安裝完成后加裝這套系統(tǒng)。同時(shí)還適用于既有索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻的索結(jié)構(gòu)加裝。
索結(jié)構(gòu)幕墻及采光頂拉索安全保護(hù)裝置：【專(zhuān)利號(hào)為：ZL 2008 1 0024545.0】本發(fā)明索結(jié)構(gòu)幕墻及采光頂拉索安全保護(hù)裝置是一種適用于玻璃幕墻工程和玻璃采光頂工程領(lǐng)域中，單層、單向索結(jié)構(gòu)支承的拉索安全保護(hù)裝索結(jié)構(gòu)幕墻及采光頂拉索
圖5.2.2、對(duì)出現(xiàn)斷索現(xiàn)象的既有索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻進(jìn)行安全維護(hù)和修復(fù)
安全保護(hù)裝置作用：在拉索構(gòu)件因過(guò)載或其他原因?qū)е吕鲏汗芙宇^(錨固端)破壞后，安全保護(hù)裝置開(kāi)始起作用，讓豎向拉索繼續(xù)保持正常工作狀態(tài)，玻璃板塊不致因豎向拉索破壞而高處傾覆脫落，傷及人員，提高幕墻的安全性能，為后續(xù)維修贏得時(shí)間。
6、結(jié)束語(yǔ)
索結(jié)構(gòu)支承點(diǎn)支式玻璃幕墻,在近年來(lái)愈來(lái)愈多的使用在現(xiàn)代建筑中，從雙層索系到單層索網(wǎng)、單向單索、隱形單索，從平面玻璃幕墻到曲面玻璃幕墻，從立面索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻到索結(jié)構(gòu)玻璃采光頂，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。在建筑幕墻市場(chǎng)上能夠?qū)λ鹘Y(jié)構(gòu)玻璃幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工的單位也多了起來(lái)。大家也都通過(guò)自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了不少的工藝方法,并應(yīng)用在實(shí)際工程中。但是我們應(yīng)該注意索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻是一種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)支承的幕墻，對(duì)其安全度的考量極為重要，特別是在相關(guān)的國(guó)家規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)還不全面時(shí)，更應(yīng)該對(duì)每一片索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻在設(shè)計(jì)和施工中都要給予足夠的重視。
參考文獻(xiàn)
[1] 《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》報(bào)批稿，建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)，2011
[2] 王德勤，索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻用索桁架的構(gòu)造與設(shè)計(jì)，《建筑技術(shù)》,北京 2003
[3] 王德勤，點(diǎn)支式玻璃采光頂應(yīng)用技術(shù)探討，《2010年全國(guó)鋁門(mén)窗（詞條“門(mén)窗”由行業(yè)大百科提供）幕墻行業(yè)論文集》, 第6篇，49-66頁(yè)
[4] 王德勤，曲面索結(jié)構(gòu)玻璃幕墻承載性能探討，幕墻設(shè)計(jì)，北京2010
