0引言
单层索网幕墙结构是近年来在国内外应用较为广泛的一种新型幕墙结构，在建筑上营造一种轻盈通透和内外交融的高透视觉效果，结构上具有很强的变形适应能力，尤其适用于大空间的公共建筑，具有广阔的发展潜力和应用前景。
0.1 单层索网玻璃幕墙的受力特性
单层索网玻璃幕墙结构包括预拉力拉索、夹具系统、玻璃面板三个部分，其中，玻璃的四个角点通过夹具与拉索连接，玻璃与玻璃之间采用硅酮密封胶嵌缝。其传力途径为：风荷载和地震荷载→玻璃面板→夹具→拉索→主体结构或基础。单层索网体系是由两向正交的钢索构成的平面或负高斯曲面受力体系，其中单层索网结构不具有平面外刚度，只有当产生平面外位移时才能抵抗平面外荷载的作用，平面外的刚度是依靠索网预拉力的二阶效应实现的；而且，随着荷载的增加，结构变形越大，抵抗荷载的能力越强，表现出较明显的几何非线性特征。
1 工程概况
中国五矿商务大厦A楼高121.3m，共32层，平面呈矩形，为了使建筑物内部形成封闭明亮的中庭， 在西立面上设置单层网玻璃幕墙，该幕墙轮廓尺寸14.5m*115m，由水平向索和竖向索正交布置，构成2.0*1.85m的索网格，是目前国内单层索网结构跨度最大的工程。
2 结构选型和设计
本工程中单层索网幕墙的横向拉索跨度为14.5m，左右两端均连接在竖向钢结构柱上，钢结构柱通过转接件将外荷载传递给主体混凝土柱；竖向拉索跨度115m，上端可靠连接在顶部钢桁架上，下端连接在门框钢结构上，竖向索贯通支撑在横向钢梁上；由于混凝土柱本身特性决定了不宜承受较大的水平拉力，不宜把横向索设计成主受力索，而竖向索的跨度比较大，如果做为主受力索，则竖索的截面会非常大，工程造价较高。
本工程设计中，沿高度方向每14.8m设置一道横向钢梁形成索梁结构体系，以增加结构的侧向刚度，采用刚柔结合的混合张拉结构体系。横向钢梁具有一定的抗弯刚度，其两端与左右钢立柱连接，并与各竖向索在相交处连接，与索网共同承受平面外的变形，同时竖向索的计算跨度和横向索的计算跨度比较接近，按双向受力进行设计，大大地改善了整个索网结构体系的受力性能，同时整个幕墙体系的外观效果好，施工工艺简单。
横向钢梁采用材质Q235B的300*400*15箱型钢梁，表面氟碳喷涂处理；顶部钢桁架采用材质Q345钢，表面氟碳喷涂处理。
3.3拉索
横索选用Ф26mm和竖索选用Ф34mm的不锈钢钢绞线，具体参数如下表所示：
4 单层索网结构计算基本原理
4.2索变形协调方程
索的平衡方程只反映出了某一特定状态下，q、x、H三者之间的关系，而不能考虑状态的变化过程，因此必须在索由始态过渡到终态的过程中，考虑索的变形和位移情况，建立索的变形协调方程。
 5 单层索网结构计算
5.2 计算模型
采用有限元软件Ansys软件对单层索网幕墙结构进行数值模拟分析，拉索的预拉力经过反复试算后确定，横向索预拉力为100KN，竖向拉索预拉力为100KN。对结构在ANSYS软件中，采用如下考虑[7]：
（1）分析类型：非线性结构、静态；
（2）单元类型：拉索采用只拉单元LINk10，横向钢梁采用Beam188单元；
（3）材料本构模型假设为理想弹性材料，符合HOOKE定律；
（4）边界条件：竖向索与顶部钢架和门框钢结构均为铰接，横向索与竖向钢结构柱为铰接；
（5）荷载以集中力形式施加在模型上；
（6）地震荷载由软件自动施加；
6 夹板螺钉预紧力的计算
6.1连接和传力途径
螺钉受到水平方向的风荷载、地震荷载和防止竖向自重下滑的预紧力，玻璃自重通过压块1直接传递给竖向索，用2个M10不锈钢螺钉把压块2和压块1锁紧固定在竖向索上；然后再用2个M10不锈钢螺钉把压块2和压块3锁紧固定在横向索上。所有荷载均利用压块与索的预紧力，以摩擦力的形式传递。
（5）考虑玻璃自重对索网结构竖向变形的影响，根据结构计算分析结果，反调整夹具的位置，以确保玻璃安装到会，夹具恢复到设计位置；并根据计算的螺钉所需预紧力值，拧紧夹具上的所有螺丝，直至夹具达到最佳受力状态。
（6）玻璃安装从上到下进行，待玻璃全部安装完毕后，在自重作用下，夹具达到设计位置。
按照以上的施工顺序，当索网幕墙全部完成后，近地面处的竖向索拉力与计算的结果基本一致，表明整个单层索网幕墙结构计算分析是精确、可靠的。
8 结论
1、随着跨度的增加，索中内力及支座反力都会相应增加，从而增加了边缘构件处理的复杂性，因此对于大跨度的单层索网结构，沿长跨方向设置刚度较大的支撑结构，以减少索和索网的计算跨度，是增强结构刚度的有效措施之一。设置的支撑结构形式除应根据建筑造型的要求外，还应使其受力合理，尤其应使其具有足够的侧向刚度。
2、采用有限元软件ANSYS，对单层索网结构进行静力非线性整体计算分析，计算结果与施工现场监测数据基本一致，表明采用的计算方法及参数是精确、可靠的；同时，计算结果为大跨度单层索网结构施工工艺的合理制定提供了重要的依据。
3、对单层索网结构从结构设计、材料选用、结构计算和施工控制过程进行了全面的分析，对今后类似工程的研究和应用提供了重要的参考价值。（贺玉珍 曹继明 余长江 花定兴）
|
