CN117449508A - 一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，包括：幕墙钢桁架、幕墙钢桁架钢柱、钢柱连接梁、幕墙桁架水平支撑、幕墙桁架顶横梁、幕墙桁架底横梁、幕墙弧形柱、幕墙底环梁、幕墙顶环梁、钢拉杆、幕墙竖索以及幕墙双向斜索；本发明将单层曲面索网幕墙结构的双向斜索锚固在幕墙钢桁架支承的幕墙环梁和幕墙竖索上，幕墙竖索通过钢拉杆连接在幕墙弧形柱上，使其形成自平衡受力体系，整个结构具有索力自平衡的受力特点，可有效解决实际工程项目中索网幕墙系统对主体结构反力过大导致主体结构负荷较大的问题，避免拉索锚固主体结构而导致主体结构设计及施工难度和工期的增加。

Description

一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构。

背景技术

优秀的公共建筑是城市的名片，是城市的记忆，是丰富城市功能、浓缩城市精神、文化的重要载体。城市的繁荣发展推动着公共建筑推陈出新，人们对大型公共建筑的功能及美观要求亦越来越高，令人耳目一新、独特新颖的建筑层出不穷，建筑幕墙以其多变的造型，独特的色彩光影设计，可以丰富建筑立面，建筑肌理表达，提升建筑美观效果，是现代建筑元素的重要表达形式，是现代建筑的显著特征。随着建筑材料的日益更新，制造工艺的提升、迅速发展，先进的建筑参数化设计，各种新型的、独特的，复杂的幕墙形式大量涌现。索结构以其高效的结构性能、结构简洁、轻盈、截面小、自重轻、跨度大、抗震性能好的特点，应用在单层索网幕墙结构中，可以最大限度地减少了支承体系所占用的空间，结构简洁轻盈增加了幕墙的通透感，深受建筑师青睐。

建筑幕墙支承结构设计所面临的挑战是满足结构设计的安全性、合理性、经济性和创新性的同时，也需要满足建筑功能、契合建筑设计理念，实现建筑美观和通透的视觉效果。构建建筑幕墙支承结构体系需要综合考虑建筑和结构的多方面因素，是建筑师与结构师合作精细化设计、审慎思考和决策的交互设计过程。

目前在国内外已建、在建的大型公共建筑中，常见的幕墙支承结构类型有实腹梁柱、平面桁架、空间桁架、单索、索网、索桁架、索梁/张弦结构等，多以玻璃幕墙、金属幕墙为主，单层索网膜结构幕墙相对较少，常规的索网幕墙结构需要主体结构提供较大的支承边界条件，或利用刚性构件平衡一部分索力，都需要在主体结构上实施预张拉施工，常规的索网幕墙结构，对索预张力的张拉也有着较高的要求，施工张拉需要耗费大量的人力和设备资源，而且也需要由专业的施工队伍完成，难度较大且工期较长，而且对主体结构有较大的预应力，反力过大影响主体结构。为了降低施工难度、缩短施工工期，降低对主体结构影响，使索网结构的索力锚固在结构体系内部的刚性构件上，使其形成自平衡受力体系，解决索网幕墙系统对主体结构反力过大的问题，避免拉索锚固在主体结构上而造成主体结构设计及施工难度和工期的增加，简化主体结构设计，为此需要设计一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构形式以满足建筑结构要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，以解决现有索网幕墙系统对主体结构反力过大的问题。

本发明提供一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，包括：幕墙钢桁架、幕墙钢桁架钢柱、钢柱连接梁、幕墙桁架水平支撑、幕墙桁架顶横梁、幕墙桁架底横梁、幕墙弧形柱、幕墙底环梁、幕墙顶环梁、钢拉杆、幕墙竖索以及幕墙双向斜索。

所述幕墙钢桁架钢柱通过钢柱连接梁连接在钢筋混凝土主体结构上，所述幕墙钢桁架连接在幕墙钢桁架钢柱上，所述幕墙弧形柱连接于幕墙钢桁架上，所述幕墙桁架水平支撑连接于幕墙弧形柱和幕墙钢桁架钢柱之间；所述幕墙顶环梁连接于幕墙桁架顶横梁的两侧且位于幕墙弧形柱上方，所述幕墙底环梁连接于幕墙桁架底横梁的两侧且位于幕墙弧形柱下方；所述幕墙双向斜索和幕墙竖索共同组成曲面双向交叉索网结构，所述幕墙双向斜索两端锚固固定在幕墙底环梁和幕墙顶环梁，曲面双向交叉索网结构中间由幕墙竖索通过钢拉杆锚固固定在幕墙弧形柱；所述幕墙底环梁、幕墙顶环梁和幕墙弧形柱组成索网钢边框结构，将幕墙双向斜索和幕墙竖索通过预张拉形成单层曲面交叉索网结构。

进一步地，所述幕墙竖索和幕墙双向斜索的两端端部分别设置双耳板固定式锚具，所述幕墙底环梁和幕墙顶环梁上焊接有单耳板；所述双耳板固定式锚具通过销轴与幕墙底环梁和幕墙顶环梁上的单耳板相连接。

进一步地，所述幕墙弧形柱上焊接有单耳板，所述钢拉杆一端通过U形转接件和销轴与焊接在幕墙弧形柱的单耳板相连接；所述钢拉杆另一端设置有钢拉杆双耳板固定式锚具，所述钢拉杆双耳板固定式锚具通过销轴与焊接在幕墙竖索的索夹上的单耳板相连接。

进一步地，所述幕墙双向斜索上设置有螺杆调节式锚具。

进一步地，所述螺杆调节式锚具位于幕墙双向斜索交叉网格的中段。

本发明具有以下有益效果：本发明提供的一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，将单层曲面索网幕墙结构的双向斜索锚固在幕墙钢桁架支承的幕墙环梁和幕墙竖索上，幕墙竖索通过钢拉杆连接在幕墙弧形柱上，使其形成自平衡受力体系，整个结构具有索力自平衡的受力特点，可有效解决实际工程项目中索网幕墙系统对主体结构反力过大导致主体结构负荷较大的问题，避免拉索锚固主体结构而导致主体结构设计及施工难度和工期的增加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构的支承钢桁架典型剖面；

图2为一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构的索网布置示意图；

图3为一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构的钢拉杆局部布置示意图；

图4为一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构的幕墙顶环梁与幕墙双向斜索节点；

图5为一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构的幕墙底环梁与幕墙双向斜索节点；

图6一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构的幕墙桁架顶横梁与幕墙竖索节点；

图7一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构的幕墙桁架底横梁与幕墙竖索节点。

图示说明：1-幕墙钢桁架；2-幕墙钢桁架钢柱；3-钢柱连接梁；4-幕墙桁架水平支撑；5-幕墙桁架顶横梁；6-幕墙桁架底横梁；7-幕墙弧形柱；8-幕墙底环梁；9-幕墙顶环梁；10-钢拉杆；11-幕墙竖索；12-幕墙双向斜索；13-双耳板固定式锚具；14-螺杆调节式锚具；15-U形转接件；16-钢拉杆双耳板固定式锚具；17-销轴；18-单耳板。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

为了降低施工难度、缩短施工工期，降低索力对主体结构预应力影响，本发明设计一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，整个结构具有索力自平衡受力特点，使索网幕墙结构的索力锚固在结构体系内部的刚性构件上，使其形成自平衡受力体系，解决索网幕墙系统对主体结构反力过大的问题，避免拉索锚固在主体结构上而造成主体结构设计及施工难度和工期的增加，简化主体结构设计，解决工程实际应用。

请参阅图1至图7，本发明实施例提供一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，包括：幕墙钢桁架1、幕墙钢桁架钢柱2、钢柱连接梁3、幕墙桁架水平支撑4、幕墙桁架顶横梁5、幕墙桁架底横梁6、幕墙弧形柱7、幕墙底环梁8、幕墙顶环梁9、钢拉杆10、幕墙竖索11、幕墙双向斜索12、双耳板固定式锚具13，螺杆调节式锚具14、U形转接件15、钢拉杆双耳板固定式锚具16、销轴17以及单耳板18。

其中，幕墙钢桁架钢柱2通过钢柱连接梁3连接在图1中左侧和底部黑色区域所示的钢筋混凝土主体结构上，幕墙钢桁架1连接在幕墙钢桁架钢柱2上，幕墙弧形柱7连接于幕墙钢桁架1上，幕墙桁架水平支撑4连接于幕墙弧形柱7和幕墙钢桁架钢柱2之间。幕墙顶环梁9连接于幕墙桁架顶横梁5的两侧且位于幕墙弧形柱7上方，幕墙底环梁8连接于幕墙桁架底横梁6的两侧且位于幕墙弧形柱7下方。

具体地，幕墙双向斜索12和幕墙竖索11共同组成曲面双向交叉索网结构，幕墙双向斜索12两端锚固固定在幕墙底环梁8和幕墙顶环梁9，曲面双向交叉索网结构中间由幕墙竖索11通过钢拉杆10锚固固定在幕墙弧形柱7。幕墙底环梁8、幕墙顶环梁9和幕墙弧形柱7组成索网钢边框结构，将幕墙双向斜索12和幕墙竖索11通过预张拉形成单层曲面交叉索网结构。

幕墙竖索11和幕墙双向斜索12的两端端部分别设置双耳板固定式锚具13，幕墙底环梁8和幕墙顶环梁9上焊接有单耳板18；双耳板固定式锚具13通过销轴17与幕墙底环梁8和幕墙顶环梁9上的单耳板18相连接。

若幕墙双向斜索12较长时，则在索中间部位设置螺杆调节式锚具14将索长分成较均匀的区段便于索张拉调节控制，螺杆调节式锚具14布置的原则应使其位于双向交叉索网网格的中段，使其形成均匀美观的建筑序列。幕墙竖索11中间不设置螺杆调节式锚具14。

幕墙双向斜索12跨度较大时，索网变形较大，满足结构性能目标要求时必须要提高索结构的刚度，从而导致索直径和索预拉力增大，索力的加大会直接导致幕墙底环梁8，幕墙顶环梁9和幕墙弧形柱7的负荷增大，会加大施工难度和增加建设成本，同时会影响建筑幕墙的通透、轻盈效果。基于此，需要增加幕墙双向斜索12的支承结构数量，在幕墙双向斜索12中间均匀增加支承点减小索网跨度，索网是柔性结构，钢结构与索结构相比是刚性结构，若幕墙双向斜索直接与幕墙弧形柱相连接，会导致索网中间局部有凸起尖角不连续，影响建筑效果。为了契合建筑效果，改善结构受力体系，将幕墙弧形柱7内退一定距离，增加幕墙竖索11与钢拉杆10。

幕墙弧形柱7上焊接有单耳板18，钢拉杆10一端通过U形转接件15和销轴与焊接在幕墙弧形柱7的单耳板18相连接；钢拉杆10另一端设置有钢拉杆双耳板固定式锚具16，钢拉杆双耳板固定式锚具16通过销轴与焊接在幕墙竖索11的索夹上的单耳板18相连接。幕墙底环梁8，幕墙顶环梁9和幕墙弧形柱7组成索网钢边框结构，将幕墙双向斜索12和幕墙竖索11通过预张拉形成单层曲面交叉索网结构。

索网预张拉时，幕墙双向斜索12和幕墙竖索11的索力部分传递给幕墙底环梁8和幕墙顶环梁9，另外部分索力通过钢拉杆10传递给幕墙弧形柱7，幕墙底环梁8和幕墙顶环梁9产生的内力传递给两侧的幕墙桁架底横梁6和幕墙桁架顶横梁5，幕墙桁架底横梁6和幕墙桁架顶横梁5产生的内力传递给幕墙弧形柱7两端，内力通过幕墙弧形柱7使其形成自平衡受力体系，整个结构具有索力自平衡的受力特点。单层曲面索网结构预张拉产生的索力传力途径经幕墙底环梁8，幕墙顶环梁9，幕墙桁架底横梁6，幕墙桁架顶横梁5和幕墙弧形柱7形成内力自平衡结构受力体系。

每榀幕墙钢桁架1通过幕墙桁架水平支撑4，幕墙环向钢梁形成空间钢桁架体系，每榀幕墙钢桁架1通过幕墙桁架钢柱2，钢柱连接梁3与钢筋混凝土结构主体相连接。单层曲面索网结构与幕墙钢桁架共同形成幕墙抗侧力结构体系，共同抵抗结构外力作用，并将外力传递给钢筋混凝土结构主体。

综上所述，本发明实施例提供的一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构构，设计合理，幕墙底环梁，幕墙顶环梁和幕墙弧形柱组成索网钢边框结构，将幕墙双向斜索和竖索通过预张拉形成单层曲面交叉索网结构，单层曲面索网结构预张拉产生的索力传力途径经幕墙底环梁，幕墙顶环梁，幕墙桁架底横梁，幕墙桁架顶横梁和幕墙弧形柱形成内力自平衡结构受力体系，是一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，可有效解决实际工程项目中索网幕墙系统对主体结构反力过大导致主体结构负荷较大、设计复杂，经济性不佳，将会避免拉索锚固主体结构而导致主体结构设计及施工难度和工期的增加并简化主体结构设计，解决工程实际应用，为实现建筑效果、建筑体型并保证结构受力合理提供了一种解决手段。

另外，对于索网跨度较大时，索网变形较大，可以通过设置钢拉杆和竖索增加索网结构支承点，可有效降低索预拉力，减小索直径，可有效解决索柔性结构与钢刚性结构中间支承点相连导致的索网中间局部有凸起尖角不连续问题，影响建筑效果。对于索网跨度过大，拟增加索网支承点，提供了一种解决方法。对于大型曲面索网幕墙结构，提供了一种结构体系，可较好的实现建筑通透、轻盈的效果，有效降低了施工难度并缩短施工工期，有效减小了施工张拉需要耗费大量的人力和设备资源，有效降低了索内力对主体结构的影响，经济合理。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、 “第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，其特征在于，包括：幕墙钢桁架（1）、幕墙钢桁架钢柱（2）、钢柱连接梁（3）、幕墙桁架水平支撑（4）、幕墙桁架顶横梁（5）、幕墙桁架底横梁（6）、幕墙弧形柱（7）、幕墙底环梁（8）、幕墙顶环梁（9）、钢拉杆（10）、幕墙竖索（11）以及幕墙双向斜索（12）；

所述幕墙钢桁架钢柱（2）通过钢柱连接梁（3）连接在钢筋混凝土主体结构上，所述幕墙钢桁架（1）连接在幕墙钢桁架钢柱（2）上，所述幕墙弧形柱（7）连接于幕墙钢桁架（1）上，所述幕墙桁架水平支撑（4）连接于幕墙弧形柱（7）和幕墙钢桁架钢柱（2）之间；

所述幕墙顶环梁（9）连接于幕墙桁架顶横梁（5）的两侧且位于幕墙弧形柱（7）上方，所述幕墙底环梁（8）连接于幕墙桁架底横梁（6）的两侧且位于幕墙弧形柱（7）下方；

所述幕墙双向斜索（12）和幕墙竖索（11）共同组成曲面双向交叉索网结构，所述幕墙双向斜索（12）两端锚固固定在幕墙底环梁（8）和幕墙顶环梁（9），曲面双向交叉索网结构中间由幕墙竖索（11）通过钢拉杆（10）锚固固定在幕墙弧形柱（7）；所述幕墙底环梁（8）、幕墙顶环梁（9）和幕墙弧形柱（7）组成索网钢边框结构，将幕墙双向斜索（12）和幕墙竖索（11）通过预张拉形成单层曲面交叉索网结构。

2.如权利要求1所述的一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，其特征在于，所述幕墙竖索（11）和幕墙双向斜索（12）的两端端部分别设置双耳板固定式锚具（13），所述幕墙底环梁（8）和幕墙顶环梁（9）上焊接有单耳板（18）；所述双耳板固定式锚具（13）通过销轴（17）与幕墙底环梁（8）和幕墙顶环梁（9）上的单耳板（18）相连接。

3.如权利要求2所述的一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，其特征在于，所述幕墙弧形柱（7）上焊接有单耳板（18），所述钢拉杆（10）一端通过U形转接件（15）和销轴与焊接在幕墙弧形柱（7）的单耳板（18）相连接；所述钢拉杆（10）另一端设置有钢拉杆双耳板固定式锚具（16），所述钢拉杆双耳板固定式锚具（16）通过销轴与焊接在幕墙竖索（11）的索夹上的单耳板（18）相连接。

4.如权利要求3所述的一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，其特征在于，所述幕墙双向斜索（12）上设置有螺杆调节式锚具（14）。

5.如权利要求4所述的一种内力自平衡的单层曲面索网幕墙结构，其特征在于，所述螺杆调节式锚具（14）位于幕墙双向斜索（12）交叉网格的中段。