筒形交叉環(huán)管-索網(wǎng)幕墻設計與施工關鍵技術研究.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，形成相對獨立的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構相連，立面上布置大量傘狀支撐與主體結構相連，從而使幕墻依附于主體結構。此類結構具有體型大、造型美觀等特點，但構件布置復雜，拉索數(shù)量巨大，索力相

2、互影響大，結構受力復雜，給設計及施工都帶來了相當大的難度。
　　武漢萬達漢秀劇場項目為大型水上表演中心，富有濃郁中國元素的傳統(tǒng)“紅燈籠”造型極好地詮釋了漢文化的特點，而筒形交叉環(huán)管-索網(wǎng)幕墻形象地表現(xiàn)了這一造型。本文結合該項目，對筒形交叉環(huán)管-索網(wǎng)幕墻進行了索網(wǎng)找形-找力方法的應用研究，結構動力特性與荷載分析，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研究及關鍵節(jié)點性能研究。以下就此分別進行介紹:
　　對索網(wǎng)結構

3、的常見形式及工程應用進行了歸納總結。索網(wǎng)結構主要應用于場館屋蓋結構及玻璃幕墻中，而武漢萬達漢秀劇場項目中索網(wǎng)結構應用于碟片式鏤空幕墻中，與常規(guī)屋蓋索網(wǎng)結構的水平向布置不同，又與封閉式玻璃幕墻不同，具有其獨特之處。對該幕墻的工程概況及結構特點進行介紹。
　　對索網(wǎng)結構的找形-找力進行了細致的研究。為了找到滿足已知預應力狀態(tài)力學平衡條件和結構邊界條件的曲面，需要對結構進行找形分析，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行了研究。編制了相應的計算程序，利用小彈性模量找形法對索網(wǎng)進行找形，在不考慮拉索及索夾自重的條件下找到滿足預定等效預張力的索網(wǎng)形態(tài)。同時從拉索等效預張力的施加、迭代法找力分析理論兩個方面對結構找力分析進行了研究。同樣在不考慮索網(wǎng)及索夾自重條件下找到與找形結果相對應的索力分布，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、形下求解結構平衡剛度，基于恒載初始態(tài)的剛度求解結構的動力特性，該幕墻結構自振頻率密集，振型以局部彎曲為主。研究處于恒載初始態(tài)的索網(wǎng)結構在外荷載作用下的性能。索網(wǎng)幕墻自重輕、剛度小，屬于風敏感型結構，重點研究在風荷載作用下的結構性能。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)下結構應力適中，安全且經(jīng)濟。在極限風荷載作用下鋼結構部分未見明顯剛度退化，而索網(wǎng)由于幾何效應剛度更是有所增加

6、。除風荷載外，溫度作用對預應力索網(wǎng)結構的預張力將產(chǎn)生一定影響，進而影響索網(wǎng)的整體剛度，故溫度作用也作為重要荷載進行分析。分析結果顯示，士30℃的溫度荷載對索網(wǎng)變形的影響為風荷載引起變形的1/27左右。
　　索網(wǎng)幕墻結構拉素數(shù)量大，結構整體性強，不同的施工順序對工程量、施工精度、工期等都有很大影響。通過協(xié)調各目標間的矛盾，確定合理的施工順序，并據(jù)此進行施工全過程模擬分析，掌控施工過程結構安全并為拉索張拉控制力提供參考。
　　索