CN117145116A - 一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，属于索网幕墙技术领域，解决了现有单层平面索网结构的索网周边支撑结构荷载过大，导致实现难度大以及马鞍形的索网面与幕墙外立面吻合度差的技术问题。竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系包括：幕墙立柱，幕墙立柱竖向布置，多个幕墙立柱位于第一弧形面上；承压索，承压索为弧形结构，多个承压索位于第二弧形面上；承压索的两端分别铰接于幕墙立柱的两端，并与幕墙立柱形成劣弧弓形结构；防风索，防风索连接多个劣弧弓形结构，防风索横向布置，且与幕墙立柱和承压索垂直；撑杆，撑杆连接于防风索、承压索之间。本发明能够减少索网对周边支撑结构的作用力，与幕墙立面匹配度高。

Description

一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系

技术领域

本发明属于索网幕墙技术领域，具体而言涉及一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系。

背景技术

索网体系是一种极致通透的幕墙骨架结构解决方案，因其简洁的形式，最佳的通透性，深受青睐。

常见的单层索网幕墙形式有单层平面索网结构和单层马鞍形索网结构。单层平面索网结构依靠索力建立平面外刚度，必须给予索足够的预张力，才能保证结构的计算刚度和允许挠度，但巨大的预张力势必会导致索网周边的支撑结构承受较大的荷载，进而导致构件截面过大，甚至是无法实现。马鞍形索网幕墙可一定程度的减少施加在周边支撑结构上的索力，但玻璃幕墙外立面多数情况为平面或是弧形立面，双曲率马鞍形的索网面无法与幕墙外立面完全吻合。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，用以解决现有单层平面索网结构的索网周边支撑结构荷载过大，导致实现难度大以及马鞍形的索网面与幕墙外立面吻合度差的技术问题。

本发明的目的是这样实现的：

一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，包括：

幕墙立柱，所述幕墙立柱竖向布置，多个所述幕墙立柱位于第一弧形面上；

承压索，所述承压索为弧形结构，多个所述承压索位于第二弧形面上；所述承压索的两端分别铰接于所述幕墙立柱的两端，并与所述幕墙立柱形成劣弧弓形结构；

防风索，所述防风索连接多个所述劣弧弓形结构，所述防风索横向布置，且与所述幕墙立柱和所述承压索垂直；

撑杆，所述撑杆连接于防风索、承压索之间。

进一步地，还包括稳定索，所述稳定索连接多个承压索且与所述承压索垂直布置。

进一步地，同一个所述劣弧弓形结构的防风索和承压索之间，连接有多个横向平行布置的所述撑杆。

进一步地，所述撑杆的第一端通过第一铰接组件与所述承压索铰接，所述撑杆的第二端通过第二铰接组件与所述幕墙立柱铰接。

进一步地，所述第一铰接组件包括夹套，所述夹套通过螺栓夹持固定在所述承压索上；所述夹套上设有耳板，所述耳板通过第一销轴与所述撑杆的第一端转动连接。

进一步地，所述第二铰接组件包括第一夹部和第二夹部，所述第一夹部的第一端通过第二销轴与所述撑杆的第二端转动连接，所述第一夹部的第二端的端面上设有第一凹槽，且所述第一凹槽的长度方向与所述第二销轴的轴线平行或近似平行；所述第二夹部的第一端与所述幕墙立柱焊接连接；当所述第一夹部和第二夹部对接后，所述第二夹部的第二端与所述第一凹槽形成一通孔，以供所述防风索穿过。

进一步地，所述通孔内还安装有夹持配件，所述夹持配件具有平行且相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有与所述承压索的外周相适配的弧形凹面，所述第二侧面设有第二凹槽；所述第二夹部的第二端的端面上凸出设有插接部，所述插接部上能够装入所述第二凹槽内，并通过锁紧螺栓将插接部与所述夹持配件锁紧固定。

进一步地，所述幕墙立柱的顶部通过第一转接结构与主体结构桁架圆管底部转动连接；所述第一转接结构包括摇臂杆，所述摇臂杆水平布置，所述摇臂杆的第一端与所述幕墙立柱的顶部铰接，所述摇臂杆的第二端与主体结构桁架圆管底部铰接。

进一步地，所述第一转接结构的数量为两个，两个摇臂杆之间的夹角为60°。

进一步地，所述承压索的下端通过第二转接结构与所述幕墙立柱的底部转动连接，所述承压索的上端通过第三转接结构与所述幕墙立柱的顶部转动连接。

进一步地，所述第二转接结构包括第一钢索调节器、第一固定耳板和转动耳板，所述承压索的下端连接所述第一钢索调节器，所述第一钢索调节器与所述转动耳板铰接，所述转动耳板与所述第一固定耳板铰接，所述第一固定耳板与结构基础固定连接；所述第三转接结构包括索头和第二固定耳板，所述承压索的上端连接所述索头，所述索头与所述第二固定耳板铰接，所述第二固定耳板与所述幕墙立柱的顶部固定连接。

进一步地，所述承压索的矢高为幕墙高度的1/8~1/20。

进一步地，所述防风索贴合幕墙立面设置。

进一步地，相邻两所述承压索、相邻两防风索的间距均为3~6m。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

a）本发明提供的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，通过将承压索的两端分别铰接于幕墙立柱的两端，并与幕墙立柱形成劣弧弓形结构，竖向承压索索力通过设置幕墙立柱实现自平衡，能够减少索网对周边支撑结构的作用力，避免了传统索网体系索网周边的支撑结构荷载负担过大的问题；而且防风索贴合幕墙外立面设置，结构体系简洁高效，能与常见幕墙立面更好的匹配，与幕墙外立面吻合度高，对于外立面为弧形立面的高大幕墙尤为适合。

b）本发明提供的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，幕墙立柱的顶部通过第一转接结构与主体结构桁架圆管底部转动连接，利用第一转接结构摇臂杆的转动释放竖向位移，相对于传统在连接节点上设置长圆孔的方案，可实现释放更大的竖向位移差，且可有效解决长圆孔的局压问题。

c）本发明提供的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，撑杆通过第二铰接组件与幕墙立柱铰接，使防风索内退至幕墙立柱内侧，无需将防风索在出现立柱的位置打断，利用一整根防风索也能够对限制幕墙立柱面外失稳起到较好的作用，不会造成成本提升，也不会影响建筑效果。

d）本发明提供的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，通过水平向布置的防风索施加索力，改善了屋盖主结构的受力分布，实现了主体结构与幕墙龙骨结构一体化设计。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为应用本发明提供的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系的建筑结构示意图；

图2为图1中A-A剖面结构示意图；

图3为图1中B-B剖面结构示意图；

图4为本发明提供的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系的结构示意图；

图5为图1中C-C剖面结构示意图；

图6为图5中D区域的结构示意图；

图7为图5中E区域的结构示意图；

图8为本发明提供的撑杆连接幕墙立柱和承压索的结构示意图；

图9为本发明提供的第二铰接组件的结构示意图；

图10为本发明提供的第二铰接组件的拆解结构示意图。

附图标记：

100-索网幕墙支撑体系；200-屋盖结构；300-主体结构桁架圆管；400-结构基础；

1-幕墙立柱；2-承压索；3-防风索；4-撑杆；5-稳定索；6-第一铰接组件；61-第一销轴；7-第二铰接组件；71-第一夹部；72-第二夹部；73-第二销轴；74-第一凹槽；75-夹持配件；76-弧形凹面；77-插接部；78-紧固螺栓；79-锁紧螺栓；8-第一转接结构；81-摇臂杆；9-第二转接结构；91-第一钢索调节器；92-第一固定耳板；93-转动耳板；10-第三转接结构；101-索头；102-第二固定耳板。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合、分离、互换和/或重新布置。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

实施例1

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种应用竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系的建筑结构，图1至图3中的索网幕墙支撑体系100即为竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，屋盖结构200设置在索网幕墙支撑体系100的顶部，索网幕墙支撑体系100的底部固定在结构基础400上。

本实施例还公开了一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，如图4至图5所示，包括：

幕墙立柱1，幕墙立柱1竖向布置，多个幕墙立柱1位于第一弧形面上；

承压索2，承压索2为弧形结构，多个承压索2位于第二弧形面上；承压索2的两端分别铰接于幕墙立柱1的两端，并与幕墙立柱1形成劣弧弓形结构；

防风索3，防风索3连接多个劣弧弓形结构，防风索3横向布置，且与幕墙立柱1和承压索2垂直；

撑杆4，撑杆4连接于防风索3、承压索2之间。

本实施例中的索网幕墙结构体系中，竖向布置的承压索2承担风压荷载，横向布置的防风索3抵抗风吸荷载，两者之间通过撑杆4连接。在竖向承压索2对应的位置设置幕墙立柱1，并释放幕墙立柱1与屋盖结构200之间的竖向约束，用以平衡竖向承压索2的索力。

本实施例中，利用幕墙自身形态设置的双曲面索网幕墙支撑体系施加到主体结构上的拉力较传统平面索网幕墙小得多，但随着建筑造型的调整，可能使局部可支撑屋顶的结构柱数量减少，进而导致钢屋盖结构无法继续承担索幕墙竖向承压索的索力。基于此，本实施例中在竖向承压索2对应的位置设置幕墙立柱1，并释放幕墙立柱1与屋盖结构200之间的竖向约束，用以平衡竖向承压索2的索力，减少屋盖主体结构的负担。其中，幕墙立柱1为空心柱体结构，其截面为矩形，截面尺寸为250mm×220mm，壁厚为25mm。

本实施例中，竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系还包括稳定索5，稳定索5垂直于承压索2布置，与防风索（3）平行，且稳定索5连接多个承压索2。通过设置稳定索能够有效防止承压索2绕幕墙立柱1转动。进一步地，索网幕墙的背部设置两道稳定索5，两道稳定索5垂直于承压索2布置，且每一条稳定索5连接多个承压索2。示例性的，分别在10m和20m高度处设置两道Φ28的稳定索5。

本实施例中，防风索3、承压索2和稳定索5均为钢索，幕墙立柱1为钢立柱，撑杆4的主体为不锈钢材质的圆杆。

在其中一种可选实施方式中，同一个劣弧弓形结构的防风索3和承压索2之间，连接有多个横向平行布置的撑杆4。

本实施例中，撑杆4的第一端通过第一铰接组件6与承压索2铰接，撑杆4的第二端通过第二铰接组件7与幕墙立柱1铰接。

如图8所示，第一铰接组件6包括夹套，夹套通过螺栓夹持固定在承压索2上；夹套上设有耳板，耳板通过第一销轴61与撑杆4的第一端转动连接。

防风索3最理想的位置是连接在幕墙立柱1两侧，此连接方式对限制幕墙柱面外失稳效果最为直接，但由于本实施例中幕墙立柱1的间距为3-6m设置一根，防风索3会在出现立柱的位置被打断，打断后的防风索3在每一段均需设置索头和调节段，这将导致防风索3成本大幅提升，且影响建筑效果。为更好的解决此问题，本实施例将防风索3内退至幕墙立柱1的内侧，通过第二铰接组件7卡住防风索3后，再将第二铰接组件7与幕墙立柱1焊接、与撑杆4的耳板螺栓连接在一起。具体而言，如图8至图10所示，第二铰接组件7包括第一夹部71和第二夹部72，第一夹部71的第一端通过第二销轴73与撑杆4的第二端转动连接，第一夹部71的第二端的端面上设有第一凹槽74，第一凹槽74的槽壁面为弧形面，且第一凹槽74的长度方向与第二销轴73的轴线平行或近似平行；第二夹部72的第一端与幕墙立柱1焊接连接；当第一夹部71和第二夹部72对接后，利用紧固螺栓78将第一夹部71和第二夹部72连接并固定，第二夹部72的第二端与第一凹槽74形成一通孔，以供防风索3穿过。具体施工顺序为先穿防风索3，再利用螺栓拧紧卡住钢索。

在其中一种可选实施方式中，通孔内还安装有夹持配件75，所述夹持配件75具有平行且相对的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有与所述承压索2的外周相适配的弧形凹面76，所述第二侧面设有第二凹槽；所述第二夹部72的第二端的端面上凸出设有插接部77，所述插接部77上能够装入所述夹持配件75的第二凹槽内，并通过锁紧螺栓79将插接部77与所述夹持配件75锁紧固定。其中，插接部77上贯穿设有第一螺栓孔，夹持配件75上设有第二螺栓孔，第二螺栓孔与第二凹槽的内部空间连通，当插接部77上能够装入夹持配件75的第二凹槽内后，第一螺栓孔与第二螺栓孔对准，用锁紧螺栓79将插接部77与所述夹持配件75连接固定。上述结构设置，通过设置方便拆卸安装的夹持配件，不仅能够将承压索2稳固的夹持在通孔内，避免发生晃动，提升结构稳定性，而且对于结构件的加工精度要求较低，降低结构件的加工成本。

本实施例中，幕墙立柱1的顶部通过第一转接结构8与主体结构桁架圆管300底部转动连接。

由于幕墙骨架结构顶部依附在主体结构的某一榀桁架下弦，主体结构需在径向和环向对幕墙结构提供支撑，而竖向约束需释放以便承压索2与幕墙立柱1形成自平衡体系。竖向位移的滑动量需同时考虑幕墙立柱1的压缩变形和屋盖结构200的变形。幕墙对应位置屋盖结构跨度较大，可变荷载作用下屋面竖向变形幅度显著，连接节点需能释放70mm以上的竖向位移差方可确保幕墙结构与屋盖结构200不会相互牵扯。传统做法是在连接节点上设置长圆孔，但设置长圆孔的方案可释放的位移量有限，且幕墙尺寸若较为高大，风荷载在上下支撑的位置产生的反力较大，长圆孔由于局部受压将导致部分进入塑性，进而影响幕墙结构的安全。因此，本实施例提出了一种利用摇臂杆释放竖向位移的方案。具体而言，第一转接结构8包括摇臂杆81，摇臂杆81水平布置，摇臂杆81的第一端与幕墙立柱1的顶部铰接，摇臂杆81的第二端与主体结构桁架圆管300底部铰接。通过摇臂杆的转动便可释放竖向位移，此方式相对于传统在连接节点上设置长圆孔的方案，可实现释放更大的竖向位移差，且可有效解决长圆孔的局压问题。

为确保在环向对幕墙立柱1形成有效的约束，幕墙立柱1的顶部设置两个第一转接结构8，也即在同一个幕墙立柱1的顶部设置一对摇臂杆，两个摇臂杆之间的夹角为60°。

本实施例中，承压索2的下端通过第二转接结构9与幕墙立柱1的底部转动连接，承压索2的上端通过第三转接结构10与幕墙立柱1的顶部转动连接。

如图7所示，第二转接结构9包括第一钢索调节器91、第一固定耳板92和转动耳板93，承压索2的下端连接第一钢索调节器91，第一钢索调节器91与转动耳板93铰接，转动耳板93与第一固定耳板92铰接，第一固定耳板92与结构基础400固定连接。

如图6所示，第三转接结构10包括索头101和第二固定耳板102，承压索2的上端连接索头101，索头101与第二固定耳板102铰接，第二固定耳板102与幕墙立柱1的顶部固定连接。

本实施例中，承压索2的矢高为幕墙高度的1/8~1/20；相邻两承压索2为3~6m。示例性的，承压索2采用Φ56的不锈钢封闭索，跨度为26.5m~35m，矢高与跨度的比值为1：9，间距6m设置一根。

本实施例中，水平向布置的防风索3贴合幕墙立面设置，将水平向的防风索3前移至贴近玻璃幕墙，与此位置原有钢索合二为一，相对于传统索网幕墙，简化钢索的数量。防风索3矢高11m，跨度110m，矢高与跨度的比值为1：10，相邻两防风索3的间距为3~6m。防风索3采用Φ65的不锈钢封闭索，利用幕墙自身的弧线姿态贴合幕墙内侧设置。

与现有技术相比，本实施例提供的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，至少具有如下有益效果之一：

1、竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系包括防风索、承压索、稳定索、撑杆和幕墙立柱，竖向承压索索力通过设置幕墙立柱实现自平衡，避免了传统索网体系索网周边的支撑结构荷载负担过大的问题；而且防风索贴合幕墙外立面设置，结构体系简洁高效，对于外立面为弧形立面的高大幕墙尤为适合。

2、幕墙立柱的顶部通过第一转接结构与主体结构桁架圆管底部转动连接，利用第一转接结构摇臂杆的转动释放竖向位移，相对于传统在连接节点上设置长圆孔的方案，可实现释放更大的竖向位移差，且可有效解决长圆孔的局压问题。

3、防风索内退至幕墙立柱内侧，无需将防风索在出现立柱的位置打断，利用一整根防风索也能够对限制幕墙立柱面外失稳仍可起到较好的作用，不会造成成本提升，也不会影响建筑效果。

4、本发明索网幕墙结构非但未对屋盖结构产生不利影响，反而通过水平向防风索施加索力，改善了屋盖主结构的受力分布，实现了主体结构与幕墙龙骨结构一体化设计。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，包括：

幕墙立柱（1），所述幕墙立柱（1）竖向布置，多个所述幕墙立柱（1）位于第一弧形面上；

承压索（2），所述承压索（2）为弧形结构，多个所述承压索（2）位于第二弧形面上；所述承压索（2）的两端分别铰接于所述幕墙立柱（1）的两端，并与所述幕墙立柱（1）形成劣弧弓形结构；

防风索（3），所述防风索（3）连接多个所述劣弧弓形结构，所述防风索（3）横向布置，且与所述幕墙立柱（1）和所述承压索（2）垂直；

撑杆（4），所述撑杆（4）连接于防风索（3）、承压索（2）之间。

2.根据权利要求1所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，还包括稳定索（5），所述稳定索（5）连接多个承压索（2）且与所述承压索（2）垂直布置。

3.根据权利要求1所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，同一个所述劣弧弓形结构的防风索（3）和承压索（2）之间，连接有多个横向平行布置的所述撑杆（4）。

4.根据权利要求1所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，所述撑杆（4）的第一端通过第一铰接组件（6）与所述承压索（2）铰接，所述撑杆（4）的第二端通过第二铰接组件（7）与所述幕墙立柱（1）铰接。

5.根据权利要求4所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，所述第一铰接组件（6）包括夹套，所述夹套通过螺栓夹持固定在所述承压索（2）上；所述夹套上设有耳板，所述耳板通过第一销轴（61）与所述撑杆（4）的第一端转动连接。

6.根据权利要求4所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，所述第二铰接组件（7）包括第一夹部（71）和第二夹部（72），所述第一夹部（71）的第一端通过第二销轴（73）与所述撑杆（4）的第二端转动连接，所述第一夹部（71）的第二端的端面上设有第一凹槽（74），且所述第一凹槽（74）的长度方向与所述第二销轴（73）的轴线平行或近似平行；

所述第二夹部（72）的第一端与所述幕墙立柱（1）焊接连接；

当所述第一夹部（71）和第二夹部（72）对接后，所述第二夹部（72）的第二端与所述第一凹槽（74）形成一通孔，以供所述防风索（3）穿过。

7.根据权利要求1所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，所述幕墙立柱（1）的顶部通过第一转接结构（8）与主体结构桁架圆管（300）底部转动连接；所述第一转接结构（8）包括摇臂杆（81），所述摇臂杆（81）水平布置，所述摇臂杆（81）的第一端与所述幕墙立柱（1）的顶部铰接，所述摇臂杆（81）的第二端与主体结构桁架圆管（300）底部铰接。

8.根据权利要求7所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，所述第一转接结构（8）的数量为两个，两个摇臂杆（81）之间的夹角为60°。

9.根据权利要求1所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，所述承压索（2）的下端通过第二转接结构（9）与所述幕墙立柱（1）的底部转动连接，所述承压索（2）的上端通过第三转接结构（10）与所述幕墙立柱（1）的顶部转动连接。

10.根据权利要求9所述的竖向自平衡的双曲面索网幕墙支撑体系，其特征在于，所述第二转接结构（9）包括第一钢索调节器（91）、第一固定耳板（92）和转动耳板（93），所述承压索（2）的下端连接所述第一钢索调节器（91），所述第一钢索调节器（91）与所述转动耳板（93）铰接，所述转动耳板（93）与所述第一固定耳板（92）铰接，所述第一固定耳板（92）与结构基础（400）固定连接；

所述第三转接结构（10）包括索头（101）和第二固定耳板（102），所述承压索（2）的上端连接所述索头（101），所述索头（101）与所述第二固定耳板（102）铰接，所述第二固定耳板（102）与所述幕墙立柱（1）的顶部固定连接。