趙寶玉 （上海華建工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司，上海 200040）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本項(xiàng)目位于浙江省寧波市東部新城核心區(qū)附近。為超高層辦公綜合體，由 1 棟主體 43 層，標(biāo)準(zhǔn)層高 4.30 m，由205.58 m 高的 A 塔樓和 4 層 23.35 m 高的 B 裙樓組成，并另有 13.6 m 埋深的地下 3 層的車(chē)庫(kù)。

本項(xiàng)目幕墻面積約 8 萬(wàn) m2，外立面采用單元玻璃幕墻，塔樓大堂采用不銹鋼拉索幕墻，體現(xiàn)玻璃通透的效果。

2 幕墻設(shè)計(jì)難點(diǎn)

為滿(mǎn)足建筑師的效果要求，大堂拉索幕墻只采用縱向豎索，拉索高度為 17 m，拉索間距為 2.9 m。按照規(guī)范要求，單索的撓度變形為 1/50，變形量很大，相當(dāng)于柔性結(jié)構(gòu)。根據(jù)荷載計(jì)算結(jié)果，采用直徑為 40 mm 不銹鋼拉索，滿(mǎn)足要求。難點(diǎn)在于轉(zhuǎn)角部位，在單索點(diǎn)支式玻璃幕墻施工中，拉索受到風(fēng)荷載作用后，拉索以及玻璃變形較大，玻璃之間互相擠壓，如果玻璃之間的膠縫小于玻璃變形的數(shù)值，很容易造成玻璃的破損。另外，傳統(tǒng)的整個(gè)駁接系統(tǒng)與玻璃間的連接完全固定，沒(méi)有任何的活動(dòng)量，勢(shì)必導(dǎo)致玻璃的破壞。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，常規(guī)的解決方案是在此處設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)立柱，保證有足夠的剛度來(lái)抵抗幕墻承受的風(fēng)荷載，從而減小玻璃的變形，降低玻璃的破損幾率。

但是本工程建筑師對(duì)效果要求較高，采用鋼立柱的方式會(huì)影響點(diǎn)式幕墻的通透效果，因此需要采用一種既能滿(mǎn)足通透性要求，又能夠滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)計(jì)算的新型幕墻體系。

3 解決方案

根據(jù)以上分析，若要減小玻璃的破損概率，需要從 2 個(gè)方面來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：① 減小轉(zhuǎn)角部位拉索的變形，既增加轉(zhuǎn)角部位支撐結(jié)構(gòu)的剛度，索桁架的構(gòu)造形式是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，根據(jù) JGJ 254—2012 《索結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，索桁架的撓度變形要求為 1/200，相當(dāng)于一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，可以減小轉(zhuǎn)角位置支撐結(jié)構(gòu)以及玻璃的變形；② 增加玻璃與駁接爪件之間的活動(dòng)余量，即玻璃與駁接件之間有一定的變形量，從而保證在拉索以及駁接件變形較大的情況下，玻璃能夠有一定的適應(yīng)變形能力。

4 具體設(shè)計(jì)方案

4.1 在轉(zhuǎn)角位置采用索桁架的方式

采用了一種全新的索桁架構(gòu)造方式，即在轉(zhuǎn)角位置采用縱向拉索、水平方向的不銹鋼平衡桿、交叉拉索組合而成，其中轉(zhuǎn)角相鄰的縱向拉索直徑為 52 mm，其他縱向單索仍為φ40 mm 拉索；交叉索的直徑為 24 mm，水平的平衡桿為φ50 mm 不銹鋼拉桿。轉(zhuǎn)角位置的交叉索以及橫向不銹鋼撐桿組成一個(gè)互相支撐的索桁架體系，撓度計(jì)算按照1/200，相當(dāng)于一個(gè)剛性結(jié)構(gòu)，從而減少轉(zhuǎn)角位置的變形，避免玻璃的破碎風(fēng)險(xiǎn)。索桁架平面圖如圖1 所示。

圖1 索桁架幕墻局部立面圖

此部分所處的最危險(xiǎn)標(biāo)高He=17 m，計(jì)算得到索桁架的最大變形u=54.3 mm，縱索的跨度L=16 275.0 mm，許用變形L/200=16 275/200=81.4 mm，因此索桁架的變形滿(mǎn)足要求(X軸為索桁架矢高為 1 450 mm 方向)。

4.2 索桁架與相鄰玻璃的處理

由于索桁架的撓度計(jì)算為 1/200，而相鄰單索的撓度為1/50，兩者相差很大，索桁架與單索之間固定的一排玻璃，由于兩者變形不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致玻璃容易破損。

為了解決這一問(wèn)題，需要在轉(zhuǎn)角索桁架與φ40 mm 的單索之間增加一個(gè)過(guò)渡結(jié)構(gòu)，過(guò)渡結(jié)構(gòu)的撓度變形要在L/200與L/50 之間，解決的方案就是將索桁架相鄰的單索直徑增加到φ52 mm，增加此根單索的預(yù)緊力，來(lái)滿(mǎn)足剛性結(jié)構(gòu)過(guò)渡到柔性結(jié)構(gòu)的需要。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，玻璃邊緣最大應(yīng)力為 35.11 MPa，小于半鋼化玻璃邊緣強(qiáng)度 44.00 MPa，強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。

4.3 采用球鉸式駁接頭

本工程單索幕墻駁接頭采用專(zhuān)用結(jié)構(gòu)，允許駁接頭和駁接爪之間產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，可以吸收玻璃縫隙的變化，保證玻璃的安全使用。

以往點(diǎn)式幕墻駁接件采用的均為固定夾具，面板玻璃四角被夾具嵌固住，則從夾具壓蓋內(nèi)側(cè)的邊緣開(kāi)始產(chǎn)生撓度變形。單索幕墻在風(fēng)荷載作用下拉索結(jié)構(gòu)發(fā)生撓度變形，導(dǎo)致與拉索連接的面板玻璃四個(gè)端點(diǎn)不在同一平面上，引起了面板玻璃的翹曲，從而增加玻璃的破碎概率。

本工程采用一種新型的駁接組件，即球鉸式駁接頭，面板玻璃依球鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，與面板玻璃接觸的球鉸面與夾具壓蓋內(nèi)側(cè)有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)空間，則面板玻璃在撓度限值范圍內(nèi)隨意產(chǎn)生撓度變形，降低玻璃角部的變形，保證玻璃在風(fēng)荷載的作用下不破碎。球鉸式駁接組件如圖2 所示。

圖2 球鉸式駁接組件節(jié)點(diǎn)

由于固定夾具和球鉸夾具與面板玻璃間的連接方式不同，所以在計(jì)算面板玻璃時(shí)，約束方式也不同。采用固定夾具連接面板玻璃，面板玻璃四角被夾具嵌固住，約束方式為垂直玻璃面方向的面約束。采用球鉸夾具連接面板玻璃，面板玻璃依球鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)中心發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，約束方式為垂直玻璃面方向的鉸接約束。

如果固定夾具采用橡膠墊作為隔離的方法，缺點(diǎn)有兩方面。一是膠墊太薄容易引起玻璃尖點(diǎn)應(yīng)力，導(dǎo)致玻璃更易破損。如果膠墊太厚，膠墊老化又極易造成大間隙，不利于玻璃的安全使用。二是在極限荷載狀態(tài)下玻璃面積是墊片面積的 300～500 倍，橡膠難以承受這么大的壓力，起不到彈性變形作用。所以，球鉸夾具是比較理想、合理的結(jié)構(gòu)配件。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上設(shè)計(jì)，同時(shí)經(jīng)過(guò)實(shí)際工程的驗(yàn)證，本文所采用的索桁架是一種合理的支撐結(jié)構(gòu)體系，同時(shí)由于索桁架支撐方式具有輕巧、通透的特點(diǎn)，對(duì)于拉索幕墻遇到轉(zhuǎn)角位置的情況，在滿(mǎn)足受力要求的前提下，采用索桁架的構(gòu)造是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。