单根单向拉索幕墙设计及施工要点分析

单根单向拉索幕墙设计及施工要点分析

廖文涛

深圳市光华中空玻璃工程有限公司　广东深圳　518111

摘　要：随着社会公共建筑快速发展，拉索幕墙以其无可比拟的通透视觉效果，越来越多的应用机场、高铁站、大型商场、写字楼大堂等场景。拉索幕墙中的单根单向索施工方便，外形简洁更多的获得设计师的青睐。本文通过亚钢工贸大楼的实际案例探讨了单根单向拉索幕墙设计施工的要点，希望能为类似工程项目设计施工提供参考。

关键词：幕墙，拉索，设计施工、一级焊缝

1 引言

拉索玻璃幕墙是将玻璃面板用不锈钢夹固定在索结构上，采用拉索作为主受力构件而形成的预应力结构体系支撑的点支撑玻璃幕墙。拉索幕墙在实际工程中常应用在裙楼，而裙楼土建结构一般比较复杂，和周边幕墙系统交接较多。有时还存在结构悬挑，顶底结构跨度大等不利条件，使得幕墙设计要考虑的因素多。幕墙设计过程中需要和各个专业充分沟通，整体协调。拉索两端对土建的支座反力要求极高，主体结构设计需要和幕墙设计密切配合，提前考虑幕墙的支座反力。幕墙施工过程中支座焊接质量要求高，张拉施工难度大，精度要求高。设计和施工过程中对上述要点须高度重视，确保拉索幕墙设计符合规范，外观效果、各项性能满足建筑设计要求。

2 单根单向拉索幕墙的构造及原理

2.1单根单向拉索幕墙构造

单根单向拉索幕墙主要由玻璃面板、单索结构、锚固结构三部份组成。拉索悬挂在锚固结构上，通过支撑面板来承受幕墙的荷载并将荷载传导至主体结构上。

拉索玻璃幕墙是将玻璃面板用不锈钢爪固定在索结构上，采用拉索作为主受力构件而形成的预应力结构体系支撑的点支撑玻璃幕墙。单根单向拉索幕墙主要由玻璃面板、索结构、锚固结构三部份组成。拉索悬挂在锚固结构上，通过支撑面板来承受幕墙的荷载并将荷载传至主体结构上。

2.2单根单向拉索幕墙原理

单根单向拉索幕墙属于柔性结构。通过施加一定的预应力后，索结构便获得了必要的刚度，并能有效地承受所需要的荷载。幕墙承受风荷载时，面板将荷载传递给拉索，拉索发生变形，在规范允许的挠度范围内拉索变形越大，所能承受的荷载就越大。

3工程概况

亚钢工贸大楼位于深圳市平湖华南城，地面粗糙度:C类，抗震设防烈度:7(0.10g)度，基本风压:0.75kN/m2。土建结构：框架核心筒结构。拉索幕墙为竖向单根拉索支承体系，拉索幕墙高度10.3m，左右分格1.5m,高度分格2.25m拉索面积约2000 m2。

4设计要点

本项目建筑方案裙楼采用拉索幕墙。针对项目幕墙跨度及力求通透的外观要求，本着成本经济、结构轻巧及结构安全的原则，我们采用单根单向拉索幕墙体系来实现建筑师想要的效果。

拉索两端全部使用预埋件连接与顶底结构梁。竖向索采用坚朗φ32mm不锈钢压制型拉索。玻璃采用信义10low-e+12A+10mm钢化中空玻璃，四角嵌固于坚朗非标J120梅花夹具里。

4.1拉索幕墙方案前期沟通

拉索幕墙方案前期沟通非常重要。拉索幕墙两端的拉力往往超出普通幕墙的数倍，一般的结构梁往往难以承受拉索幕墙施加的拉力。

在外立面方案确定后，我们第一时间算出拉索两端的支座反力，提交给主体设计单位，让主体为拉索幕墙量身定做结构，使之满足拉索幕墙受力要求。

4.2拉索幕墙方案确定

拉索幕墙受到自身条件限制，一般不做开启。方案确定前要考虑开启面积是否满足通风的要求。拉索幕墙通常设置于办公楼、酒店、高铁站等公共建筑的大堂外，为满足通风、疏散、逃生等功能，大门往往做的又宽又大，设置钢结构门套来满足外观、受力方面的要求。

拉索连接在门套顶部和对应的梁底，由于拉索计算模型往往只计算拉索本身的受力，模型上的锚固基础默认为没有变形，但是在拉索的拉力下，门套顶部的钢梁会有不同程度的变形，这就使得计算模型和实际情况产生较大的偏差。支座的位移会对索的预紧力产生很大影响，支座的位移会使预紧力损失，导致索的刚度变小，抗风能力变差。因此，我们计算时候拉索和门套钢构合在一起整体建模计算，这样得出的结果和实际是比较吻合的。

5施工要点

5.1拉索加工、运输存储

预应力钢索按照施工图纸规定在专业预应力钢索厂进行下料。按施工图上结构尺寸和数量，每根预应力钢索的每个张拉端根据计算要求预留张拉长度进行下料。预应力钢索下料应用砂轮切割机切割，严禁使用电焊和气焊。

预应力钢索及配件运输及吊装、运输过程中尽量避免碰撞挤压。

预应力钢索及配件在铺放使用前，应妥善保存放在干燥平整的地方，下边要有垫木，上面采取防雨措施，以避免材料锈蚀；切忌砸压和接触电气焊作业，避免损伤。

5.2拉索对四周结构安装精度要求

由于钢拉索的安装要求精度较高，拉索有一定调节长度，但调节量比较小，并且考虑预应力张拉过程中拉索自身伸长值，拉索相连的门套钢架和结构梁上的耳板，安装时一定要保证精度。

根据拉索生产厂家的图册，与生产厂家确认标准拉索锚具适应拉索长度情况，根据拉索长度、拉索预张力、现场施工误差、测量误差等，确认拉索最终拉索组合样式

5.3拉索施工思路

钢结构安装完成，具备拉索安装条件，操作平台脚手架搭设完成。分别安装各区拉索并预紧。

对每个分区范围内的拉索，按照分级对称的原则，同步张拉钢拉索，对结构施加预应力，达到设计要求的状态。

5.4拉索施工关键步骤

竖向拉索安装方法为：由拉索01向84依次安装，每根拉索先安装固定端后安装调节端。拉索安装时，将放索盘置于每根竖向索对应的竖直位置处，拉索对应上结构梁处，固定卷扬机卡环，将拉索固定端用钢丝绳拴住，用卷扬机提升拉索，即拉索安装同时将其放开，当固定端升至离耳板约1.5米处，使用两个1.5T导链将固定端通过销轴固定到对应耳板上；同样，使用两个1.5T导链将调节端通过销轴固定到对应耳板上。

5.5张拉操作要点

张拉设备安装：由于本工程张拉设备组件较多，因此在进行安装时必须小心安放，使张拉设备形心与钢索重合，以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心；

预应力钢索张拉：油泵启动供油正常后，开始加压，当压力达到钢索设计拉力时，超张拉5％，然后停止加压，完成预应力钢索张拉。张拉时，要控制给油速度，给油时间不应低于0.5min。

5.6温度修正值

索的断面纤细，对环境温度的变化较为敏感。而且拉索处在玻璃的后面，容易受到阳光的暴晒，吸收太阳能而导致温度升高，使索中的预应力变小，因此，温度作用应与预应力值的设定结合起来考虑。当张拉时温度和设计温度差别较大时（超过正负5度），应当计算温度修正值。张拉时根据当时的温度，张拉力计算值与修正值叠加即为实际张拉力数值。

各种拉索在变温度情况下在施工合拢时的情况发生变化时，拉索预张力值按下表进行调整:施工温度高于计算参考温度时,拉索实际施工预拉力值需减去预拉力随温度的变化值；当施工温度低于计算参考温度时,拉索实际施工预拉力值需加上预拉力随温度的变化值。

5.7拉索施工预拉力确定

施工预拉力值=计算预拉力值±温差内力+超张拉值

--计算预拉力值可从工程相应计算书中读取

--温差内力

--超张拉值=（计算预拉力值±温差内力）*5%

5.8预应力损失及措施

本工程中，预应力拉索在张拉过程中预应力损失产生的主要原因有:拉索锚具变形引起预应力损失；

千斤顶及油管的油压损失导致一定程度上的预应力损失；幕墙边界梁柱混凝土收缩和徐变变形引起的索力损失；在高应力长期作用下，预应力拉索松弛会引起索力损失。

为减小预应力的损失造成的拉索预应力的降低，采取以下措施：索体下料前应进行预张拉，具体根据拉索生产要求确定；在张拉过程中采取最后一级张拉时索力超张拉5%的措施。

5.9玻璃安装

拉索张拉完成后，用吸盘吊装玻璃板块入梅花夹槽口，就位后锁紧梅花夹。双面刮胶，清洁面板。

6结语

预应力的大小与分布对索结构的刚度具有重要影响，对索结构施加预应力是施工的重要环节。根据不同的结构形式，本文给出了常用的、行之有效的施加预应力方法。在具体实践时，应结合结构特点及计算结果灵活选择或采取其它有效方法

参考文献

[1]李亚民 周晓峰.中国海航博物馆曲面索网玻璃幕墙的结构设计与施工关键技术[M].北京：中国建筑工业出版社2010.

[2]JGJ 257-2012 索结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012

[3]JGJ102—2003玻璃幕墙工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[4]陈伟煌 黄检伦.南山智谷拉索幕墙案例分享[A].深圳建筑门窗幕墙科源奖学术交流会交流论文集2021