《空间结构》第四篇第六、七章

第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构第一节概述1、环形张力索桁结构的结构形式：(1)结构构成有以下两个重要特征：①首先为中部大开孔的环状结构；②该结构的基本构成是单元为径向索桁架。(2)索桁架的构成：由上弦索、下弦索和竖腹杆构成，一端固定在周边支承构件上（如受压环梁或桁架），另一端与内部环索连接。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构环形张力索桁结构第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构(3)对环形张力索桁结构的结构性能理解：①辐射式预应力悬索结构（又称车辐式悬索结构）的衍生，无非是将中部钢拉环扩大，并用高强钢索代替。②从张拉整体结构体系的角度来理解其结构性能。客观地说，环形张力索桁结构吸收了悬索结构和张拉整体体系两者的结构特点，但以悬索结构的影响更为深远。原因：根据Fuller的描述，张拉整体体系的杆是作为连续张拉场中的压力过度，索穹顶结构充分体现了这种特征，但环形张力索桁结构中杆单元并不十分明显。因此，作为辐射式双层悬索体系的衍生更为贴切。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构(4)环形张力索桁结构的工程应用情况：通常适用于圆形、椭圆形以及近似圆形或椭圆形的环形平面形状。根据内外圈曲线形状的不同，环形张力索桁可以有不同的平面形状，如内外圈均为圆形（CC型）、外圈圆形内圈为椭圆形（CE型）、外圈椭圆形内圈为圆形（EC型）、内外圈均为椭圆形（EE型）。C→circle;E→ellipse第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构CC型环形张力索桁结构第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构CE型环形张力索桁结构第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构EC型环形张力索桁结构第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构EE型环形张力索桁结构第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构2、环形张力索桁结构的发展与应用：1993年建成的德国斯图加特纳卡体育场，是欧洲最大规模的膜结构之一，两主轴长度分别为200米、280米，EE型，罩棚最大悬挑达58米，结构由40榀辐射状索桁架及沿周围的两道箱形受压钢圈梁组成，钢圈梁支承在间距20米的箱形钢柱上。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构1998年建成的马来西亚吉隆坡室外体育场，内外圈形状均为椭圆形，EE型，罩棚宽66.5米。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构马来西亚吉隆坡室外体育场内景外部压力环为Φ1400×35的钢管，安放在36个V形柱上，V形柱又放在混凝土结构上。内部上拉环为4根Φ78的钢缆，下拉环为4根Φ97的钢缆，两拉环由36根高18～20米的钢柱相连。索桁的上索为Φ53～Φ78的钢缆，下索为Φ66～Φ94的钢缆，垂直索直径为24㎜.第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构2002年韩日世界杯的韩国釜山体育场—屋顶象汹涌的海浪升向天空，大型椭圆开口的索桁结构体系，CE型，面层材料是透明的白色膜材。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构①上层环向索；②下层环向索；③上层径向索；④下层径向索；⑤立柱；⑥垂直索；⑦柱；⑧混凝土柱；⑨桩基。韩国釜山体育场的单榀结构示意图第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构第二节环形张力索桁结构的施工施工过程分以下步骤：①首先在地面上将上环索拼装，再将上径向索一端与上环索连接，另一端与环梁处支座节点连接。②在支座节点处通过张拉设备收缩上径向索，并牵引上环索到一定的标高。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构③安装竖腹杆，将腹杆的上节点与上弦索的相应节点相连。④将事先在地面拼装好的下环索和下径向索连接到竖向压杆相应的下节点。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构⑤将上径向索收缩张拉到理论计算长度，并固定。⑥连接下弦径向索外段到支座处，并对其张拉提升整个结构。第四篇索杆张力结构第六章环形张力索桁结构⑦最终将下径向索收缩张拉到理论计算长度，则整个结构施工完毕，结构成形。第四篇索杆张力结构1986年建成的纽约会议中心大楼，高45米，巨大的玻璃大厅空间令人失去了尺度的感觉。第七章点支式玻璃幕墙结构第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构1第一代玻璃幕墙点式安装法：早在20世纪60年代，英国皮尔金顿首先开发了第一代点式连接安装法，又称为补丁式装配体系。基本构造做法是在经过强化处理后的玻璃四角打上孔，然后用方形的连接板前后夹住玻璃，并用螺栓固定，位于玻璃后面的连接板则与金属肋连接，从而把玻璃板吊住。采用这种方式安装的玻璃幕墙的高度曾达到20米以上。补丁式装配系统第一节点支式玻璃幕墙结构概述第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构2第二代玻璃幕墙点式安装法：20世纪70年代皮尔金顿公司开发的第二代的安装方法——平式装配体系。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构3第三代玻璃幕墙点支式安装法：20世纪80年代，随着纪念法国大革命200周年的十大建筑之一拉·维莱特科学城在1986年的建成，又诞生了点式连接的第三代工艺，又称为拉·维莱特体系。是在玻璃四角开的孔洞中安装了一个半球状的铰接螺栓，它可以自由地转动，而且这个特制螺栓的转动中心和玻璃的重心（厚度的中心）是一致的。点支式连接方法第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构与平式体系的根区别：(1)平式体系由于玻璃的支撑构件都突出于玻璃之外，很容易在连接处产生扭转弯矩；拉·维莱特体系则使转动中心与玻璃重心一致，从而解决了这个问题。(2)同时每四块玻璃的四个孔洞用一个H形的构件加以连接，在四个点上分设每块玻璃各自的回转铰，以此来控制因风力和地震力引起的每块玻璃的位移。这样也使这种体系可以应用于变形较大的结构骨架上。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构4、点式玻璃幕墙的新体系和新工艺：(1)如德国SEELE公司在玻璃屋顶的开发上采用了索网结构与点式连接安装法相结合的方式：(2)有的公司开发了最小连接点法，简称MJG法。是用与玻璃分缝相应的钢缆索网做成墙面的支承结构，但又避免了点式连接法在玻璃上打孔以及连接铰的复杂技术。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构MJG体系第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构5点支式玻璃幕墙的特征：点支式玻璃幕墙利用玻璃的透明特征，追求建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能。点支式玻璃幕墙设计和一般建筑结构设计最大的不同之处在于建筑和结构设计的一体化。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构第二节点支式玻璃幕墙的组成1、玻璃：玻璃是一种脆性材料，与混凝土相比，抗压性能好，抗拉性能差，应力—应变关系为线性，弹性模量在0.72×105左右，约为钢材模量的1/3。(1)抗弯强度：一般浮法玻璃的抗弯强度在49MPa左右，经过热处理的钢化玻璃的抗弯强度在147MPa左右。(2)自重：2500㎏/m3,其强重比优于钢材，并给人以视觉上轻巧的感觉。(3)膨胀系数：1.0×10-5，与钢材相比，使得钢材和玻璃能够用于同一种结构，发挥各自的特长。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构(4)耐腐性：很强，可抵抗强酸腐蚀，玻璃结构的防腐费用低。用于结构的玻璃主要有钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃。(1)钢化玻璃：由平板玻璃热处理而成。方法是将普通平板玻璃或浮法玻璃原片在特制的加温炉里均匀加温至软化点，随后在空气中迅速冷却。钢化玻璃抗压与抗冲击能力的提高，对减轻建筑物自重有益，适用于大板面的幕墙及无框架支撑的玻璃结构。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构(2)夹层玻璃：夹层玻璃是一种性能优良的安全玻璃。它由两片或多片玻璃用透明的有机胶粘合而成，中间层有机材料最常用的是PVB，还有甲基丙烯酸甲酯、有机硅、聚氨酯等。中间层胶片在常温下是高弹性物质，在常温以上呈弹塑性。夹层玻璃在受到冲击破坏后，碎片粘在中间层胶片上并保持为整体，不会溅人，只是有辐射状裂纹，仍能保持原有的形状和可见性。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构(3)中空玻璃：双层中空玻璃由玻璃、密封胶、间隔框及干燥剂组成。(a)玻璃：可以是普通浮法玻璃、镀膜玻璃、吸热玻璃、安全玻璃等。(b)密封胶：一般有两道，第一道密封胶一般使用热融性丁基胶，它的扩散率很低，可以延长中空玻璃的使用寿命。第二道密封胶有聚硫胶、硅酮胶和聚氨酯胶。第二道密封胶主要实现玻璃板和间隔框之间的结构性粘结。(c)间隔框：为铝框，它决定空气层厚度。(d)干燥剂：最通用的干燥剂为分子筛，被灌在间隔框中。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构中空玻璃结构形成第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构2、金属紧固件：点支式玻璃幕墙结构的玻璃面板，通过金属紧固件相连固定在支承钢结构上，金属紧固件包括连接件和爪件。(1)连接件：连接件按构造可分为活动式和固定式，按外形又有沉头式和浮头式之分。(a)浮头式(b)沉头式玻璃与连接件的连接方式玻璃与螺栓的连接方式第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构(2)爪件：支承爪件按爪臂的可动性和不可动性分为可转动结构爪件和不可转动结构爪件。爪件开孔方式见下图。1、2—双向调节孔；3—基准孔；4—单向调节孔爪件及开孔方式第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构按固定点数和外形，爪件又可分为：四点爪——X形和H形，见下图中(a)、(b)。三点爪——Y形，见下图中(c)。二点爪——U形、V形、I形、K形，见下图中(d)、(e)、(f)、(g)。单点爪——V/2型和I/2型，见下图中(h)、(i)。多点爪。支承爪件的分类第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构3、点支式玻璃幕墙支承结构的形式与分类分类方法很多，根据支承构件的材料可分为：全玻式、钢构式、拉索式、索网式、钢构—拉索组合式。(a)全玻式(b)钢构式(c)拉索式(d)拉索式(e)索网式(f)钢构—拉索组合式支承结构的分类第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构1刚性结构：点支式玻璃幕墙的刚性支承结构分为平面结构体系与空间结构体系两种。平面结构体系主要包括梁式体系、桁架体系、框式体系和拱式体系等。幕墙的空间结构形式一般有网架结构、网壳结构等。(1)梁式体系：梁式支承结构通常用于层高不是很高、荷载不是很大的场合。它的优点是截面高度小、制作简单、施工方便。无论是横梁还是立柱，一般都处于受弯状态。梁式体系中最常见的是钢构梁式体系，一般用钢管或美化工字钢做成，通常视跨度及荷载情况分别采用单管式、管—管格构式、板—管格构式及其他组合截面。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构IBM大厦采光顶第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构点支式玻璃幕墙候车亭第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构玻璃肋是另一种常用的梁式支承体系，玻璃肋点支式全玻璃幕墙是一种全透明、全视野的玻璃幕墙。根据玻璃肋支承在主体结构上下支座的不同约束情况，玻璃肋支承体系又分为落地式和吊挂式两种。吊挂式全玻璃幕墙是指面玻璃及肋玻璃通过上部钢结构，用吊夹悬吊起来的全玻璃幕墙。这种全玻璃幕墙的设计类似于竖向放置的楼面，玻璃面板相当于楼板，直接承受风力和地震荷载作用，进而传递到玻璃肋上，最后传给主体结构。玻璃肋的设计可采用简支梁模型。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构单层高度在4~6米时，一般采用落地式全玻璃幕墙体系；当单层高度达6~10米时，可采用吊挂式全玻璃幕墙体系。(2)平面桁架、空间桁架体系：当层高较大时，一般采用钢构式支承体系，是幕墙结构中最为“坚固”的一种，但由于局部和整体稳定性的要求，钢构式点连接玻璃幕墙体系显得有点笨拙。点支式玻璃幕墙结构中常用的体系包括平面桁架和空间网格结构。钢桁架可以根据实际情况变化腹杆的布置形式，使结构更富于变化；而空间网格结构则可以根据需要设计成网架结构形式或形态各异的空间网壳结构形式。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构深圳高交会会馆玻璃幕墙第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构覆盖科隆铁路车站的玻璃顶。是轻质与透明材料形成的空间结构，采用钢桁架支承。第四篇索杆张力结构第七章点支式玻璃幕墙结构1996年建成