浅谈采光天棚自平衡钢桁架系统设计与施工

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浅谈采光天棚自平衡钢桁架系统设计与施工来源:09年会论文集作者:于胜义日期:2009-4-15页面功能【字体:大中小】【打印】【关闭】【评论】摘要:主要介绍了采光天棚自平衡钢桁架体系的构造设计要点、施工安装,以及制造工艺问题。关键词:采光天棚;自平衡钢桁架;钢化夹胶玻璃;安装定位1.引论随着国内建筑业的飞速发展,很多大厦、写字楼等建筑的主体结构、建筑外形越来越复杂,与之密切相关的幕墙行业也发生了日新月异的变化。在结构形式上,单元式幕墙、拉杆式、拉索式点支承幕墙、通风式幕墙等得到广泛应用。在建筑造型上,出现了在采光夭棚、圆台形、球形等幕墙中大量使用钢析架,使得建筑的外型更加丰富多彩,更加通透。这就对幕墙行业工程技术人员提出了更高的要求,必须更快地掌握幕墙行业的新技术、新工艺,并不断创新,满足日益变化的建筑效果的需要。2.采光天棚自平衡钢桁架体系的设计我国地域辽阔,南北气候差距较大,在设计选材时需考虑这些因素。2.1主体结构形式主体结构大多采用钢网架结构形式,由网架球、上下弦杆及腹杆组成的空间网架体系。在不断追求现代、通透和空间感的今天,柑架式结构以其独特的优点得到广泛应用。在力学分析方面,桁架式结构主、次杆受力较为明确,主受力杆主要承受风荷载、活荷载以及地震荷载等,次杆主要对整个钢架体系起稳定作用,因此在截面设计时应分别考虑,这样,整体钢架也就尤显条理清晰、粗细分明。进行结构力学分析时,可采用ROBOT,SAP2000、3D3S等有限元分析软件。施工安装方面,析架式结构的构件加工工艺较简单,施工安装快捷。因此析架式结构也是采光天棚结构的较理想的选择,并且优先设计成自平衡体系的钢析架,在加工制造时施加一定的预应力,使其整体更加稳定平衡。桁架式结构的主次钢管焊接成一个整体,钢桁架体系本身抗变位能力差,因此在施工应考虑土建结构的沉降、变形等因素,预留伸缩余量,一端采取固定连接,另一端活动连接。2.2采光天棚面板支撑形式采光天棚结构形式一般采用点式和框架式两种结构,考虑到排水性能,浮头点式、全隐框和全明框结构形式采用较多。浮头点式结构简洁、外形丰富变化,能更进一步体现通透现代的建筑效果。面板多采用钢化夹胶玻璃或中空钢化夹胶玻璃,不过,点式结构在中空玻璃上开孔会影响中空玻璃的密封性能,降低中空玻璃的保温、隔音性能。2.3主材选用桁架结构的主钢梁与次钢梁的连接一般都采用焊接,因此钢梁须选用焊接性能较好的材质,如Q235B、Q345B等。采光天棚玻璃选用时,根据国家相关规范应选用安全玻璃,宜选择钢化夹胶玻璃,玻璃厚度宜大于Smm,胶膜厚度宜大于1.52mm。2.4工程实例下面笔者将结合工程实例与读者对采光夭棚自平衡钢桁架体系的设计及施工技术作进一步说明。某大厦位于无锡市高新区,采光天棚呈“十”字状分布,长140m及120m,宽8.5m,顶标高为23.442m,中部十字交叉(见图一)。采光天棚分格纵向40等分,横向4等分,玻璃最大分格2250x2100mm(见图二),由顶部向两边设置泛水,支撑结构采用自平衡钢桁架体系,相邻两精架之间不设连系杆(见图三)。2.4.2结构设计2.4.2.1结构选型在结构形式上,选用浮头点式结构(见图五)2.4.2.2荷载分析结构所承受的荷载主要是结构本身的自重、风荷载等。受力分析采用《建筑结构荷载规范》----G050009-2001、《钢结构设计规范》GB50017-2003、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001等国家规范,要考虑风荷载、自重、施工荷载、地震作用、温度应力等产生的组合效应。基本参数:基本风压Wo=0.45kN/m2,,抗震7度设防,计算高度:23.442m1)自重结构体系自重主要来自面板和钢桁架。2)活荷载根据相关规范,按0.3kN/m2考虑。3)雪荷载50年一遇基本雪压为So=0.4W/m24)风荷载根据相关规范,按基本风压0.45kN/m2进行组合考虑。选用SAP2000有限元分析软件进行分析,将模型导人程序计算,这里不再累述。2.4.3采光天栩钢桁架构造设计2.4.3.1玻璃构造由于面板为10+2.28PVB+l0mm浅灰色透明钢化夹胶玻璃,玻璃开孔尺寸要和钢爪件及驳接头一一对应,形状公差控制在士0.25mm内,位置公差控制在士2mm内,且内外片玻璃开孔大小不同,外孔定位,内孔纠偏,各孔均应倒角磨边,消除因应力集中而造成玻璃破裂。玻璃安装的原则是先中部后边缘,采取边安装边调整的方法。2.4.3.2钢析架固定支座构造底部采用l0mm厚的镀锌钢板作为支撑板,下方焊加强肋板,中间焊连接板,上方及左右边采用8mm厚的镀锌钢板作为封板,共同组焊在预埋件上,形成一个装饰盒子,将钢桁架的支座构件围在里面,且支座与支撑板之间不要直接接触,增设lpmm厚的尼龙垫板,外观隐蔽,里面用M20镀锌螺栓将支座与连接板紧固连接,达到限位、减震、降噪等目的(见图六)。2.4.3.3钢桁架活动支座构造连接方式同固定支座,但要在连接板上开长圆孔,长不小于200,主要用于吸收钢桁架因温度变形产生的位移,又可达到限位、减震、降噪等目的。3.采光天棚钢桁架加工连接钢板、钢桁架的支座等须采用数控线切割加工技术,工字钢支座及钢管拼接单元节点偏差不得大于士1.5mm,长度允许偏差不得超过L/2000,垂直度允许偏差L/200,绝对误差不大于3mm。钢棒施加预应力时不宜太大,防止两端连接处发生剪切破坏。所有钢构件必须在工厂喷砂除锈,除锈等级为Sa2.5,除锈后立即刷氟碳底漆两道,现场安装完成后刷白色氟碳面漆。4.采光天棚钢桁架安装施工4.1放线定位施工放线须以建筑轴线为基点,找出定位基准线,以基准线为定位点确定不同位置钢桁架,从而确定所有水平方向的分格线,因此在放线时必须使用高精度水准仪、角度仪等侧量设备。4.2钢桁架安装及检验钢桁架安装时先将支撑板定位固定,其余钢构件应采用对称焊接的施工顺序,施焊时必须及时消除焊接应力,保证钢架支撑板的形位精度。玻璃组件通过连接钢管与钢拓架连接,连接钢管安装时,必须通过已制作的高度尺模板进行检查调整,边安装边调整,确保安装精度。4.3焊接与防护所有现场施焊处,必须手工除锈S5,并立即刷氟碳底漆,且在所有底漆破坏处,必须补刷底漆。所有以上工序完成后,按顺序进行以下工序:刷中间漆—防火漆(防火极限1.0h)—白色氟碳面漆。4.4玻璃组件安装。安装驳接爪,驳接头,调整定位,安装玻璃。5.结论以上为采光天棚自平衡钢析架系统设计和施工的一些经验,希望能为读者在处理类似工程时提供参考,不足之处敬请指正,同时还应强调以下几点:1)整体钢架在定位放线时,一定要准确,必须借助精密定位仪器。2)与玻璃连接的过渡连接钢件在安装时,要使用高度尺模板定位,否则玻璃在安装后会残留较大的应力,导致玻璃容易破裂。3)焊接时一定要注意施工顺序,否则整体钢桁架会因焊接应力而变形较大。参考文献[1]《玻璃幕墙工程技术规范》JG1102-2003[2]《建筑结构荷载规范》GB50009-2001[3]《钢结构设计规范》GB50017-2003[4]《建筑抗震设计规范》GB50011-2001

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