索网结构玻璃采光顶施工工法.doc

双向单层柔性索网结构玻璃采光顶施工工法1 前言金融街F10（1）***厦属于公共建筑，建筑功能为办公写字楼，由中国***研究院设计，北京***集团第***建筑工程有限责任公司承建，广东***幕墙装饰有限公司为外檐幕墙和玻璃采光顶工程专业分包单位传统玻璃采光顶的承重结构多以钢桁架、网架结构为主、视觉上给人以粗犷、厚重和压抑映像，设计为突出表现“轻巧、通透、美观、现代写字楼”的理念，决定采用双向单层柔性索网结构，通过施工实践，《双向单层柔性网结构玻璃采光顶施工工法》完全达到了预期的设计目标双向单层柔性索网结构具有构件细长，自重轻的优越性，展现出轻盈通透、美观、视野开阔和毫无压抑的现代美感，其柔顺性、弹性、抗风压性、抗震性明显优越于其他结构不失为一种新型的空间结构形式，预示着今后空间结构技术发展的一个分支方向因其施工灵活、节约材料、安装方便、节省空间、采光效果好等实际应用价值，前景广阔该玻璃采光顶平面尺寸长25.2m、宽16m、索网交叉分格为1500mm×1910mm，采用香港坚朗构（配）和五金件柔性索网系统分别采用D=28、D=24不锈钢拉索、不锈钢支撑杆件、驳接爪、驳接头和索锚具组成面层采用中空夹层钢化玻璃，接缝采用道康宁DC791硅酮建筑耐候密封胶。

该项技术经科技查新，在国内属最大的采用双向单层柔性索网结构工程2 工法特点2.0.1 根据实际建设工程的具体特点，在遵循建筑效果前提下、以结构设计图纸为基础，现场实测钢筋混凝土结构的完成尺寸，进行二次深化设计，根据最不利工况组合核定构件尺寸、确定节点做法大样，同时细化工艺，提出索网结构构件的加工单汇总形成索网结构玻璃采光顶屋面施工组织设计，提请专家组、设计批准2.0.2 该双向单层柔性索网结构玻璃采光顶屋面工程体量很大、距地相当高建筑物6层～18层的中心区域设有中庭（尺寸为16m×25.2m），在屋面女儿墙墙顶标高处设置玻璃采光顶屋面，见图2.0.2-1红色框线所示6层以上~/~范围内设计为中庭，中庭屋面设计为采光顶双向单层柔性索网结构幕墙，采用单层双向索网系统支承，中庭周圈框架梁设置混凝土短柱，作为索网结构的锚固点采光顶采用平面双向单层柔性索网支承（索网分格尺寸为1910㎜×1500㎜，见图2.0.2-2）拉索分别采用28㎜（短向）和24㎜（长向）不锈钢钢索，采用1×61不锈钢铰线采光顶玻璃面板采用点支承中空玻璃10㎜(LOW-E)+12A+8㎜+1.14PVB+8㎜，玻璃由双向单层索网竖向杆支承。

使用了连接件50个，28㎜不锈钢钢索12根共176m，24㎜不锈钢钢索9根共214.84m，50㎜不锈钢支撑杆件108套，索锚具42套，驳接爪154件，驳接头520套，玻璃130组片与钢桁架、网架支撑结构相比，自重大幅减小，单个杆件自重相当小，最重的一根钢索仅为75kg，整个采光顶自重仅31054Kg图2.0.2-1 玻璃采光顶屋面平面位置图2.0.2-2：钢索平面布置示意图示说明：红色线条示意钢索（即玻璃分格），钢索之间的空格为玻璃2.0.3 这种采用单层柔性钢索与不锈钢支撑杆组合作为支撑结构层，根据设计按照5%的泄水皮度，结构层的最大高度（钢索直径、支撑杆与接驳爪高度之和）仅为994mm，最小高度178mm，通过驳接头、驳接爪和支撑杆的特殊设计，达到空间三个方向均能调整，实现玻璃分格缝均匀、坡向正确、坡度平缓的设计要求且钢索的布置与玻璃的分格一致这种做法不但没有难于施工的重钢结构，也没有由上下悬、腹杆组成林乱的桁架结构等，从采光顶下的室内仰望，视线上没有结构构建遮挡，仅仅能看见非常自然的玻璃分格线条2.0.4 柔性索网钢结构生根固定在刚性很大的钢筋混凝土女儿墙环梁上，准确定位和变形监测是本工法中的重要一环。

定位时采用双向闭合校核平面位置和标高，按照既定变形观测方案定时、定点进行观测变形并及时分析、处理数据施工前对观测、测力仪器进行标定2.0.5 与钢网架、桁架支撑结构相比，整体自重小，单个杆件很轻，最重的一根钢索仅为75kg，且全部为散件安装结合安装施工工艺的要求，在拉索安装位置向下1700mm标高处搭设操作平台考虑到柔性悬索结构、中庭中空等因素，经专家论证选择从15层开始搭设探海架、在17层合拢形成操作平台的平台架方案3 主要性能与适用范围3.1 主要性能指标3.1.1 承载力要求：单根索的最大设计索力不超过索体最小破断拉力/1.83.1.2 变形要求：在（预应力+玻璃自重）变形状态基础上，后续相对变形限值按照L/120控制，L为索网短向（横向）的跨度；在吸风荷载作用下，索网不会出现上挠变形3.1.3 施工活荷载取0.5KN/m2，雪荷载按照50年一遇的雪压计算，取值0.4KN/m2，同时考虑半跨不利布置3.1.4 风荷载按照50年一遇考虑，基本风压取0.45KN/m2，风振系数取1.6，风压高度变化系数按照D类地面取1.02，风荷载体型系数队压风取0.2，对吸风取-0.6。

3.1.5 温度作用按照升温+30℃、降温-15℃强度计算时温度作用的分项系数取1.23.1.6 地震作用，由于本玻璃采光顶采用双向单层柔性索网结构系统，自重较轻，计算索结构时地震作用不起控制作用，因此忽略地震作用的分析3.1.7 通过多达13种不同工况组合计算分析，取最不利工况组合对其变形、承载力的验算确定钢索、杆件和预埋件3.2 适用范围本工法适用于以双向单层柔性索网为结构的玻璃采光顶或外檐幕墙、门庭、大型雨棚的施工4 工艺原理4.0.1 双向单层柔性索网结构是一种区别于钢桁架、网架支撑结构通过对索网施加预应力，使结构具有足够的刚度，保证玻璃采光顶在自重和风荷荷载作用下不发生超过设计允许值的变形4.0.2 整个系统从预埋件施工开始，至玻璃安装结束，各种类型的构件除预埋件外均为不锈钢材质受力顺序为玻璃→驳接头→驳接爪→支撑杆→拉索→锚具→连接件→预埋板→钢筋混凝土结构经荷载作用下产生变形数值在设计允许范围以内时，能够形成稳定系统4.0.3 在双向柔性拉索的交点固定支撑杆，在支撑杆上安装驳接爪、驳接头，玻璃安装在驳接头上支撑杆的高度可调，达到泄水坡度驳接头可微调实现相邻两块玻璃不错台，驳接爪上的椭圆孔能微调驳接头的平面位置以实现玻璃缝隙均匀。

5 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程测量放线→安装预埋件→搭设安装平台→连接件定位测量放线→焊接连接件→防锈防腐处理→安装Φ24索锚具→安装Φ24钢索→初调Φ24索锚具→安装Φ28索锚具→安装Φ2 8钢索→初调Φ28索锚具→安装Φ50支撑杆→再调索锚具（即施加预应力）→精调索锚具→松弛释放荷载……→受力检测→屋面玻璃安装→验收→平台拆除 5.2 操作要点5.2.1 预埋件施工采用30mm厚Q235B钢板、HRB335钢筋制作预埋件，加工尺寸500×500×30mm，设置Φ22HRB335钢筋为锚拉筋工厂加工，半成品进场安装预埋件设计图详见图5.2.1-1、预埋件现场图片详见图5.2.1-2所示图5.2.1-1 预埋件图5.2.1-2：预埋件现场图片土建结构钢筋绑扎完毕、安装梁模板之前安装施工采光顶预埋件经过结构设计同意，采光顶预埋件安装位置（即屋面中庭结构环梁）的主体结构钢筋混凝土结构的钢筋保护层数值调整为与预埋件钢板相同厚度（取值30mm），利于保护结构钢筋和环梁模板安装施工，以保证结构混凝土和预埋件安装的施工质量结构钢筋安装完毕，进行预埋件测量定位放线，同一组预埋件位置采用双向同时测放控制定位。

预埋件的标高采用上下双向控制以保证预埋件定位的准确性定位时在钢筋骨架上标识出预埋件中心十字线和边框控制线就位时塔吊配合，核对好标高和位置后焊接固定，经验收合格办理隐蔽工程手续后安装环梁模板5.2.2 操作平台的搭设与拆除本采光顶施工的另一难点，在于给安装施工人员提供操作平台的搭设与拆除采光顶在17层中庭屋面，距地高度70.1m经组织专业技术人员、脚手架技工、采光顶安装施工技术人员共同讨论，采用从14层开始、散搭散拆、钢丝绳卸荷的方法搭设脚手架，在拉索安装位置向下1700mm标高处搭设操作平台，约请北京市建委专家库的5位专家论证论证后经局部修改搭设施工图5.2.2：平台架现场图片（a为架体内部、b为平台架铺完脚手板）5.2.3 连接板施工连接板是连接采光顶预埋件与不锈钢拉索之间的连接构件，采用34mm厚钢板热浸锌加工而成，连接板见图5.2.3-1所示,现场安装图详见5.2.3-2所示图5.2.3-1 连接板安装 图5.2.3-2连接板现场安装图片连接板的安装定位非常重要，作为一道关键工序进行控制双向拉通尺、同一根拉索两端的连接板同时核对平面位置，在环梁内皮以连接板中心为准测放四周闭合的水平标高线。

利用水平仪和经纬仪反复校核平面位置和标高是否准确，减小连接板安装位置的偏差，以保证同一根拉索两端的两个连接板在同一标高处和同一竖向平面内，这样才能最大限度的保障连接板的受力在同一平面内、有效减小连接板平面外的不利受力平面位置线、标高线经质检员、监理工程师验收合格后方可进行连接板安装施工连接钢板与预埋件钢板之间的连接，按照设计要求采用现场手工焊接三级焊缝，焊条为E43系列，焊缝高度hf=15mm，焊缝计算长度364mm，焊缝型式为对边角焊通过采光顶设计单位提供的设计文件，对焊缝正应力、剪应力、应力的计算，安全储备达到2.9，手工三级焊缝能满足要求连接板焊接质量验收合格后，涂刷防火涂料层不锈钢材质的拉索、支撑杆、驳接爪、驳接头的质量检验报告齐全，通过LAB/F直读光谱分析仪对其化学成分（八种主要化学元素）分析：符合美国ASTM A276标准316材质要求拉索力学性能试验合格驳接爪、驳接爪的型式试验的抗拉试验结果合格进场时经检查其质量证明文件齐全，外观检验无划伤、磕碰痕迹，规格、型号与设计数据相一致，包装完好无破损5.2.4 安装不锈钢拉索施工设计为双向单层索网结构，长向（南北方向）拉索设计为Φ24不锈钢索，下层安装，施工时先安装此层钢索，为稳定性钢索；短向（东西方向）拉索设计为Φ28不锈钢索，上层安装，为主要受力钢索。

钢索安装位置详见图5.2.4所示图5.2.4 钢索安装示意图不锈钢拉索与连接板采用栓接的方式连接，先初步固定一端，拉索平铺在安装操作架上，3～5人一组，安装另一端时，避免拉索在脚手架上的拉动损坏拉索拧转端头的调节索锚具丝杆，两端均采用初步固定初步固定安装完毕，再次拧转端头的调节索锚具丝杆，根据设计提供的拉力数值进行紧固调试调试施工也就是对不锈钢拉索施加预应力张拉的过程，根据设计要求，分批、分级进行，因现场仅一台张拉测力设备，采用同级连续逐根张拉施工施工时分三级张拉，首先张拉至设计预定张拉应力的20%，第二级张拉至70%，第三级张拉至100%张拉施工过程中以拉索应力控制为主，当应力变化超过设计分级控制值的10%时，增加位移监测控制各级张拉施工间歇不小于24h，称为张拉应力松弛释放期本工程采用不锈钢直线拉索，单根长度数值不太大，张拉时采用一端单向紧固端头的调节索锚具丝杆的方式实现施加预应力每级张拉工作完成后，利用拉索应力松弛释放期间，对张拉实测应力值与各级设计标准值进行对比分析，误差在设计值的±5%以内为合格，否则需要增加张拉调试的次数，进行反复张拉调试，直至双向21根不锈钢拉索的各级应力值误差小于各自设计值的±5%以内，否则不得进行下道工序（安装支撑杆）施工。

安装拉索和张拉应力施工时，人员站在操作平台。