淺談維護結(jié)構(gòu)的支撐體系

淺談保護構(gòu)造的支撐系統(tǒng)記深圳市大運會游泳館屋面幕墻鋼構(gòu)造設(shè)計1.工程大要深圳大運中心項目Ⅲ標段(游泳館)外面護構(gòu)造工程位于深圳市龍崗區(qū)體育新城深圳世界大學生運動會體育中心。東側(cè)為

80m寬的黃閣路

,南側(cè)為

80m寬龍翔大道

,西側(cè)隔

70m寬龍興路與銅鼓嶺相對

,北側(cè)為如意路

.該項目由深圳市建筑工務(wù)署投資建設(shè)。工程總投資約為6。7億元,總建筑面積42958。48平方米。室內(nèi)設(shè)固定座席數(shù)1312席,活動座席數(shù)1706席,共計3018席。設(shè)室內(nèi)標準比賽池50×25×2（m)，室內(nèi)訓練池51×25×2(m）及室外戲水池各1個。層數(shù)為地下一層地上二層(局部三層），鋼筋砼框架+鋼構(gòu)造.建筑物高23.5米，主鋼構(gòu)造的跨度為92.4米。是2011年世界大學生運動會主要比賽場館之一.該游泳館造型獨到,個性鮮亮,構(gòu)造整體造型為矩形，側(cè)面及屋頂幕墻形成折面三角形空間網(wǎng)格,且關(guān)于X軸和Y軸對稱。在各大三角形幕墻板塊邊緣連結(jié)處均采用金屬裝飾板進行收口密封.整個構(gòu)造組成鉆石狀的水晶造型。特別在夜間，透明的外飾面仿佛巨型的發(fā)光體,襯托出濃烈的節(jié)日氣氛。該建筑別出心裁的造型彰顯了深圳這座新興國際多半市的鮮亮個性和獨到魅力,同時也標志住該地區(qū)又一個地標性建筑的出生。游泳館建筑整體俯視圖見圖1.1所示：屋面幕墻簡介游泳館整個屋面系統(tǒng)由9g個大三角形板塊單元組成，每個大三角形板塊各邊均分9等分形成"個小三角形單元。屋面幕墻構(gòu)造系統(tǒng)主要由面板、鋁合金型材轉(zhuǎn)接件、鋼構(gòu)造檁條、鋼構(gòu)造支撐連結(jié)件組成.幕墻面板采用了兩種規(guī)格的玻璃：一種是透明的三角6TP+12A+6TP+1.14PVB+6TP三鋼化夾膠中空LOW-E玻璃;一種是淺綠色的8+0。76PVB+XIR+0.76PVB+8mm鋼化夾膠LOW—E玻璃。構(gòu)造支撐系統(tǒng)鋼檁條采用兩種型材:中間主次檁條采用H型鋼構(gòu)件，邊檁采用方鋼管構(gòu)件。使用階段：幕墻主要承受自重、風荷載、活荷載、溫度及地震作用,全部自重及外荷由玻璃面板經(jīng)過構(gòu)造密封膠及承重托條傳至鋁型材副框，再經(jīng)過鋁型材轉(zhuǎn)接件及焊接鋼底座傳至鋼檁條，最后經(jīng)過周邊的樹枝形懸挑鋼支座連結(jié)件及中間的可調(diào)雙向鉸接撐桿傳至主體鋼構(gòu)造上。各施工安裝階段:幕墻主要承受自重、施工檢修等荷載作用,全部外荷及作用由先期安裝的構(gòu)件及臨時性支撐承受。屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)設(shè)計重點、難點解析3.1考慮溫度應(yīng)力釋放的重要性:保護構(gòu)造的支撐系統(tǒng),其特點就在于能承受并傳達面板及支撐系統(tǒng)自己的重力細風、雨、地震、溫度以及施工荷載等作用。由于保護構(gòu)造處于整個建筑構(gòu)造的表面面，外界天氣對其影響特別嚴重，溫度作用不可以忽視,平時在設(shè)計中取年溫差為T=80℃.保護構(gòu)造平時采用鋁合金型材、鋼構(gòu)造構(gòu)件作支撐系統(tǒng)。常用的鋁合金型材所采用的材料為6063—T5、6063—T6;常用的鋼構(gòu)造構(gòu)件所采用的資料為Q235。因此可知，溫度作用關(guān)于保護構(gòu)造支撐系統(tǒng)自己是擁有破壞性的。的支撐系統(tǒng)時,需要經(jīng)過構(gòu)造措施將溫度應(yīng)力釋放掉。3。2考慮三維調(diào)治功能設(shè)計的重要性∶

因此在設(shè)計保護構(gòu)造深圳大運中心項目Ⅲ標段（游泳館

)夕卜圍護構(gòu)造工程的屋面幕墻

,是由

98個不同樣大小、不同樣角度的大三角形板塊單元組成的空間折面三角形網(wǎng)格系統(tǒng)。

游泳館的主體構(gòu)造為單層平面網(wǎng)格空間鋼構(gòu)造桁架系統(tǒng)，最大跨度為

92。4米,主體鋼構(gòu)造在自己重力作用下變形很大。由于大三角形板塊單元角度多，板塊規(guī)格多樣，主體鋼構(gòu)造變形大且復雜

,在進行實質(zhì)工程安裝時

,各支撐構(gòu)件的大小和安裝地址與理論設(shè)計尺寸相差甚遠

.因此在設(shè)計中考慮三維調(diào)治功能特別必要

.3.3鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)設(shè)計的難點：在設(shè)計幕墻的橫梁和立柱時，平時采用的方法是:在橫梁兩端與立柱相連的地方，留出縫隙并墊上柔性墊片.橫梁在長度方向可伸縮,溫度應(yīng)力得以釋放,其他荷載和作用經(jīng)過螺栓、螺釘和角碼傳與立柱.立柱經(jīng)過螺栓與主體構(gòu)造連結(jié),在其最上端開圓孔，下部其他地址開長圓孔，自重和部分平面外的荷載經(jīng)過最上端螺栓、節(jié)點板傳與主體構(gòu)造,下部的連結(jié)螺栓和節(jié)點板只能傳達平面外的荷載,使立柱在長度方向可自由伸縮.由于該項目屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)與主體鋼構(gòu)造空間異面。依照舊規(guī)幕墻的設(shè)計方法將鋼構(gòu)造檁條按幕墻橫梁、立柱來設(shè)計，便會造成構(gòu)造自己不牢固，無法實現(xiàn)支撐系統(tǒng)承受和傳達荷載的功能

.角度多,板塊規(guī)格多樣,既要經(jīng)過構(gòu)造措施將溫度應(yīng)力釋放掉，又必定保證支撐系統(tǒng)能將保護構(gòu)造所受的自重和外荷載傳與主體構(gòu)造,同時還要保證構(gòu)件連結(jié)擁有三維調(diào)治的功能。這給幕墻構(gòu)造支撐系統(tǒng)的設(shè)計帶來了不小的困難。經(jīng)過長時間與設(shè)計院溝通,并努力研究和解析，完成了該項目鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)的設(shè)計.目前,屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)已完工，現(xiàn)場效果優(yōu)異。屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)連結(jié)節(jié)點設(shè)計由于本系統(tǒng)造型獨到、構(gòu)造復雜、施工難度大，我司在本次設(shè)計中,對幕墻面板與幕墻龍骨之間的連結(jié)、幕墻龍骨與主體鋼構(gòu)造的連結(jié)均采用了擁有三維調(diào)治功能的節(jié)點構(gòu)造設(shè)計,保證施工安裝的質(zhì)量。其中，鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)連結(jié)節(jié)點設(shè)計可分為三個部分：邊檁與主體鋼構(gòu)造的連結(jié)設(shè)計；主次檁與主體鋼構(gòu)造的連結(jié)設(shè)計;檁條之間的連結(jié)設(shè)計.屋面幕墻典型大三角板塊單元鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)與主體鋼構(gòu)造連結(jié)三維表示圖如圖4。1所示：4.1邊檁與主體鋼構(gòu)造的連結(jié)設(shè)計：邊檁位于幕墻大三角板塊的邊緣，處于板塊間的連結(jié)地址,該處與主體鋼構(gòu)造連結(jié)的邊檁有平行的兩條,因此設(shè)計了樹枝型鋼構(gòu)造懸挑支座連結(jié)件.其典型構(gòu)造形式如圖4。2所示:樹枝型鋼構(gòu)造懸挑支座連結(jié)件底部與主體鋼構(gòu)造的連結(jié)采用完滿焊透的坡口對接焊縫能傳達三個方向的軸力、剪力和彎矩。詳細構(gòu)造如圖4.3所示：底部起初安裝鋼管底座，其目的是為了防備主體鋼構(gòu)造安裝就位后在無支撐狀態(tài)直接受焊接熱的影響，造成應(yīng)力的損失.同時方便支座底部圓鋼管的安裝，且使連結(jié)擁有調(diào)治功能。

,在樹枝型鋼構(gòu)造懸挑支座連結(jié)件兩側(cè)端部，分別經(jīng)過銷軸、節(jié)點板與邊檁連結(jié)。此處銷軸連結(jié)的受力形式有三種:一種是沒有伸縮縫的固定鉸接形式，每個大三角形板塊單元只有一處使用該節(jié)點連結(jié)形式，它限制了大三角形板塊單元上一點的地址,能傳達板塊平面內(nèi)外的荷載,起主要的受力作用。如圖4。4所示:一種是有伸縮縫的單向滑動鉸接形式,該連結(jié)形式節(jié)點與固定鉸接節(jié)點處于板塊的同一條邊檁地址，限制板塊單元只能沿著該邊檁方向滑動,能傳達平面外的荷載及垂直于邊檁方向的平面內(nèi)的荷載.如圖4，5所示一種是有伸縮縫的雙向滑動鉸接形式，該連結(jié)形式節(jié)點處于板塊單元的別的兩條邊檁位置，使板塊單元能沿著板塊平面內(nèi)的方向有限的滑動,此連結(jié)只能傳達平面外的荷載。詳細構(gòu)造如圖4.6所示：樹枝型鋼構(gòu)造懸挑支座連結(jié)件擁有可三維調(diào)治的功能，以調(diào)整、修復主體鋼構(gòu)造的施工誤差及自重變形，保證幕墻鋼構(gòu)造的安裝精度。4。3檁條之間的連結(jié)設(shè)計：檁條之間的連結(jié)設(shè)計包括:主檁和次檁、主檁和邊檁、次檁和邊檁及邊檁和邊檁之間的連結(jié)設(shè)計.各檁條間均采用焊接連結(jié)。每個大三角形板塊單元經(jīng)過檁條間剛性連結(jié)，組成一個完滿的平面網(wǎng)格系統(tǒng)。該鋼構(gòu)造系統(tǒng)與幕墻面板平行,構(gòu)造牢固性好,幕墻表面平展度簡單獲得保證。平面內(nèi)的荷載經(jīng)過檁條間的相互支承傳至邊部固定鉸支座和單向滑動鉸支座處；平面外的荷載則由邊部的全部支座和中間的雙向鉸接支撐共同承受.屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)靜力計算解析5。1設(shè)計基本參數(shù)：深圳大運中心項目外面護構(gòu)造工程設(shè)計基準期為50年;基本風壓為0.75kn/m2,由于建筑體型復雜,風荷載經(jīng)過風洞試驗獲得;該項目所處地區(qū)地面粗糙度種類為B類，場所種類為Ⅱ類；該地區(qū)地震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基當?shù)卣鸺铀俣戎禐?。10g,設(shè)計地震分組為第一組；屋面系統(tǒng)面板及鋁龍骨荷載取0.20kN/m2；屋面活荷載取0.30kN/m2；屋面檢修荷載取1。0kN(集中荷載）；考慮安裝時溫度為20℃,設(shè)計年溫差按+45℃和—25℃考慮。5.2計算模型:在屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)的計算中，采用擁有代表性的部分進行空間有限元的解析計算模型如圖5。1所示：在計算中,每個大三角形板塊單元邊部支撐連結(jié)件的界線條件都為剛接，拘束了三個方向的線位移和角位移;中間部位支撐連結(jié)件的界線條件都為鉸接，只拘束三個方向的線位移。且邊檁與邊部支撐連結(jié)件的連結(jié)釋放全部的轉(zhuǎn)動拘束，其中一個連結(jié)不釋放線性拘束,如圖5,2所示支座ZAO1；與其在一條邊檁上的其他連結(jié)釋放了沿邊檁軸線方向的拘束,如圖5。2所示支座

ZA202；別的兩條邊檁與邊部支撐連結(jié)件的連結(jié)只拘束垂直于幕墻面板方向的線位移，其所釋放的線性拘束如圖

5.2所示支座

ZB01、ZC01。中間部分主次檁條與撐桿連結(jié)件的連結(jié)釋放全部的轉(zhuǎn)動拘束。計算模型與圖紙中設(shè)計的節(jié)點連結(jié)構(gòu)造一致。5.3計算結(jié)果：在同濟大學開發(fā)的3D3s鋼構(gòu)造計算軟件中,第一建好計算模型,再導入荷載信息——包括面板和轉(zhuǎn)接件的重力（鋼構(gòu)造自己的重力由軟件自動計算)、風荷載、活荷載、地震作用、溫度作用。經(jīng)過詳細的計算解析，在各種不利組合工況下,構(gòu)造的強度、牢固和變形都控制在現(xiàn)行規(guī)范贊同的范圍之內(nèi)。游泳館屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)的特點及注意事項游泳館外面護構(gòu)造工程屋面幕墻鋼構(gòu)造支撐系統(tǒng)的特點在于：每個三角形單元板塊的鋼構(gòu)造檁條組成為一個牢固的構(gòu)造,檁條間共同承受自重及外荷載,經(jīng)過合理部署各種種類的支座,將溫度應(yīng)力釋放掉，代之以溫度變形。此支撐系統(tǒng),主檁、次檁、邊檁截面高度一致,外觀平展，與保護構(gòu)造裝飾面板協(xié)調(diào)一致，可視性好，既可用于幕墻，也可用于采光頂.在實質(zhì)工程設(shè)計中，需要注意以下事項:第一，該支撐系統(tǒng)適合于各種角度幕墻、采光頂?shù)脑O(shè)計和安裝。無論是平面幕墻還是曲面幕墻,其龍骨或檁條必定能織成一個牢固的網(wǎng)。鋁合金型材由于其不利于焊接和承壓,很難保證連結(jié)節(jié)點的剛性,因此不適合采用。鋼型材在節(jié)點連結(jié)設(shè)計中也必定保證整個構(gòu)造平面內(nèi)外的牢固性.第二,幕墻在主平面內(nèi)的荷載和作用不宜太大,以便于能利用其中一個支座傳達平面外的荷載和平面內(nèi)一個方向的全部荷載。第三，幕墻表面與主體構(gòu)造之間應(yīng)有足夠的空間，便于連結(jié)件的設(shè)計和安裝。第四,起約柬作用的支座地址盡量選在離重心比較近的地方，且所需肩負幕墻平面內(nèi)荷載重量盡量小一些。第五，在進行節(jié)點設(shè)計時，伸縮縫及長圓孔尺寸的設(shè)計除考慮構(gòu)造受溫度作