《透明屋面设计》word版.doc

1概述透光屋面也称为采光顶，它由透光面材和支承结构组成，是一个完整的结构系统。透光屋面通常与竖直平面交角大于15。与竖向平面交角小于15的部份归入建筑幕墙。多数情况下透光屋面的底平面接近于水平面或者处于水平面上。由于建筑功能和建筑艺术的要求，透光屋面常常和不透光的屋面（如金属屋面）构成一个屋面的整体。如国家大剧院为平面212m143m、高45.8m的落地椭球穹顶。两端为金属钛板屋面，中部则为透明的玻璃屋面。玻璃穹顶由中央向四周倾斜度不断加大，周边部分与竖向平面夹角往往小于15，已进入幕墙的范畴。由于在同一屋面上难以完全划分屋面与幕墙，因此其设计与施工也常要参照现行行业标准玻璃幕墙工程技术规范JGJ102和金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133的相应规定。目前，采光顶与金属屋面工程技术规范正在筹划编制中。2透光屋面的选型2.1透光屋面的外形建筑师根据建筑艺术和建筑功能首先决定透光屋面的外部形状。常用的透明屋面外形有以下几大类。1.平面及若干个平面的组合平面透光屋面可以水平放置或倾斜放置。实际上由于排水的需要，水平放置的屋面也有一定的排水坡度（通常3%左右）。若干个平面组成折面或角锥面，也广泛应用于公共建筑和标志性建筑，其中最有名的是巴黎卢浮宫玻璃金字塔（底边：36m36m）。天津泰达植物园的四角锥底边达50m50m。2.微弯双曲面和扁平双曲面微弯双曲面和扁平双曲面在任意正交方向，曲率的乘积（高斯曲率）大于零：K=KxKy0多数情况下曲面正放，形成上凸采光屋面；也有些工程采用下凹反放的方式，此时要采用内排水措施。微弯双曲面的矢高f通常为跨度的1/151/30；扁平双曲面的矢高f通常为跨度的1/51/15。低矢高可以降低室内空间高度，有利于节约能源。3.柱面一根直线（母线）沿着另一根曲线（准线）平行移动，便形成柱面。柱面为单曲面，其高斯曲率为零：当准线为圆弧时，形成最常用的圆柱面。此外，还有椭圆柱面和抛物线柱面，以及沿波形曲线生成的波形柱面。4.穹顶穹顶通常是球面或椭球面的一部份，位于建筑物的顶部。在许多大型公共建筑中，则常为落地的半球或半椭球。穹顶往往涵盖了墙体和屋面。5.双曲抛物面双曲抛物面常称为马鞍形曲面。它在两个正交方向上曲率的方向相反，高斯曲率小于零：K=KxKy0双曲抛物面通常由张拉双向索网或双向受拉膜生成。6.其它任意形状的曲面有时，因建筑艺术的要求，透明屋面可以采用形状复杂的或者组合的曲面，这时屋面的形状只能通过其曲面各点的三维坐标来描述。采用复杂形状透光屋面的著名工程有英国伦敦大英博物馆扩建部份、意大利米兰的新会议展览中心等。2.2透光面板的相对位置在多数情况下，透光面板位于支承结构的上面或外面，将支承结构包封在室内。但有时建筑师为了强调支承结构的形式美，也可以将支承结构显露在室外，透光面板位于支承结构的下面或内面，形成倒挂面板。北京香山植物园温室的蜗壳部份，钢管桁架外露，中空玻璃倒挂在桁架下面。英国伦敦滑铁卢高速列车站、德国法兰克福机场高速列车站、德国莱比场国际博览会等，均为倒挂玻璃透明屋面。2.3面板的支承方式透光面板可采用四边金属框支承。与玻璃幕墙的面板类似，框支承面板可采用明框、半隐框和隐框方式。在屋面坡度较大时，雨水不容易滞留，可采用明框面板。通常半隐框面板的外露金属框与排水方向一致布置，避免灰尘和雨水积聚。玻璃面板还可以采用点支承，通过钢爪或夹板固定玻璃。2.4支承结构支承结构可以采用玻璃肋，玻璃肋宜采用夹层玻璃，防止破碎坠落。点支承玻璃中的玻璃肋，应采用钢化夹层玻璃。绝大多数支承结构为钢结构。可以划分为刚性结构、柔性结构和混合结构三大类：1刚性结构：梁、拱、树状支柱；桁架和网架；单层和双层网壳等。2柔性结构：张拉杆索体系；自平衡索杆体系；索网；整体张拉索穹顶等。3混合结构：同时采用刚性结构和柔性结构的支承体系。3材料3.1透光面板3.1.1玻璃大多数透光屋面的面板采用玻璃，选择玻璃的品种时应考虑以下因素：1.安全为防止玻璃坠落飞散伤人，透光屋面的中空玻璃内侧（下侧）玻璃应采用夹层玻璃；单片玻璃也应采用夹层玻璃。工业厂房的采光天窗，允许采用夹丝玻璃。玻璃中的夹丝在边缘容易生锈使玻璃染上黄褐斑，影响美观，民用建筑一般不采用。2.承载力当承载力有要求时，可采用钢化玻璃。点支承玻璃，支承处的孔洞和夹板下会产生大的应力集中，应采用钢化玻璃及其制品。由于钢化玻璃有自爆的可能，为防止玻璃肋自爆使面板失去支承而坠落，玻璃肋不应采用单片化玻璃。点支承玻璃肋应采用钢化夹层玻璃。3.节能国家标准公共建筑节能设计标准GB50189已经颁布，对透光部份的传热系数K和遮阳系数S已经提出了明确要求。可以采用LowE玻璃来降低能耗，双银LowE中空玻璃可以达到传热系数K的要求。采用阳光反射玻璃、本体着色玻璃和遮阳LowE玻璃可以降低遮阳系数。有时还可以采用彩釉印花玻璃。当仅靠玻璃自身无法达到遮阳要求时，只能另加遮阳板或遮阳帘。3.1.2聚碳酸酯板聚碳酸酯板（即PC板）也称阳光板，质轻，不发脆，上海铁路南站圆形屋面部分已经大面积采用。目前在一般工程中应用还不多，主要是人们担心其耐老化性能比不上玻璃。而且PC板在雨和冰雹冲击下会发生大的声响，被称为钢鼓效应，不便用于对噪声控制较严的工程中。透明聚炭酸酯板的透光率依厚度不同，可为65%80%，着色板的透光率与颜色和厚度有关，从25%到65%都有，可按需要选择。3.1.3ETFE薄膜和薄板ETFE薄膜为乙烯-四氟乙烯共聚物，透光度可达95%，有较高的抗拉强度，良好的耐久性和不燃性。常用厚度为：薄膜0.050.5mm，薄板0.5mm2mm。国家体育场（鸟巢）采用ETFE薄膜作为透光屋面。国家游泳馆（水立方）则采用厚度为0.25mm和0.20mm的三层蔚蓝色薄膜做成充气气枕，作为墙体和屋面的面料。气枕共约3000个，大小形状各异，最大尺寸为9m，厚2.5m。气枕充气气压为100Pa。金属材料3.2.1铝合金型材铝合金型材主要用于铝框、柃条和梁。其性能应符合现行行业标准玻璃幕墙工程技术规范JGJ102的相关规定。3.2.2碳素结构钢和低合金结构钢这是支承钢结构的大宗材料，包括热轧型钢、钢管和冷成型薄壁型钢。常用材质为Q235和Q345，要求有良好的可焊性能。表面常采用聚氨酯喷涂和氟碳喷涂。3.2.3不锈钢材不锈钢材主要用于钢管结构和拉杆、连接件、点支承爪件。宜采用奥氏体不锈钢，304、316牌号。拉索通常采用不锈钢绞线，其直径不应小于8mm。4建筑设计4.0建筑设计的范围目前，透光屋面的建筑设计分别由设计院的建筑师和承建厂商进行。设计院主要由建筑功能和建筑艺术的要求，对屋面进行选型，确定其形状、支承状态、板块划分、支承结构的类型和布置，进行热工性能设计并选用面板材料。然后厂商根据这些要求进行深化设计，出施工图并付诸实现。除选型和板块划分外，建筑设计通常还包含以下内容：确定建筑性能；排气排烟窗设计；排水；防火；防雷；安全措施；遮阳装置；清洗装置。4.1建筑功能设计4.1.1风压变形在风荷载标准值wk作用下，刚性支承屋面的挠度不宜大于跨度的1/250。柔性支承屋面的挠度不宜大于跨度的1/200；索网的挠度不宜大于跨度的1/40。进行风压变形检测时，除挠度满足上述要求外，透光屋面不应出现面板破碎、板缝渗水漏气和其它破损现象。4.1.2气密性能在有空调、采暖、通风的要求时。屋面的气密性能不应低于3级。并宜通过试验予以验证。4.1.3水密性能在热带风暴和台风袭击地区，水密性设计可按下式取值，固定部分取值不宜小于1000Pa：在其它地区，可按式（1）计算值的70%采用，且固定部分不宜低于700Pa。由上述取值P可决定屋面固定部份的水密性等级。开启部份水密性按与固定部份相同等级采用。水密性能宜通过水密试验验证。4.1.4保温隔热性能透光屋面的保温隔热性能要求按公共建筑节能设计标准GB50189决定。选定面板材料后，分别进行热工计算。4.1.5光学性能和遮阳设施根据遮阳系数要求和透光条件选用相应的玻璃牌号，决定是否采用遮阳措施。4.2排气窗和排烟窗复盖面积较大的透光屋面，宜设置排气窗、排烟窗。当屋面高度不大于12m，可采用开启扇自然排风、排烟；当屋面高度大于12m时，应采用机械排风、排烟。排气窗、排烟窗的开闭宜采用电动方式。4.3排水设计要根据透光屋面的外形，合理组织排水途径，设置天沟、落水管等排水设施。排水量宜考虑当地50年一遇、20分钟最大降雨量。排水口应有防止堵塞的措施。平屋面要有排水坡度，考虑到玻璃自身有向下的弯曲，屋面总排水坡度不宜小于3%。索网有很大的挠度，平面索网宜倾斜布置以防止中部积水。有可能结露时，透光屋面室内侧应设接水槽并形成冷凝水的排水系统。接水槽也可以结合支承结构的型材截面形式统一考虑，此时应注意各层型材截面接水槽的位置要相配合，应能顺畅排水。4.4防火屋面支承结构的防火要求要根据室内空间的情况决定。屋面高度较大，室内可燃物也较少的条件下，屋面支承结构可不设防火表面层。一般情况下支承钢结构宜设置表面防火涂层。大型公共建筑（如会展中心等）室内设有防火玻璃隔断时，处于防火隔断两侧的屋面板块应采用防火玻璃及其制品。4.5防雷如果透光屋面周边与较高的建筑紧邻，周边建筑能提供有效防雷能力，则较低的屋面不必单独进行防雷设计。一般情况下，透光屋面的金属支承结构应相互导通，形成完整的防雷体系，并与主体结构防雷体系连通。必要时，可在屋面最高点设置接闪器。屋面钢结构应与主体结构防雷体系连接，利用主体结构防雷系统接地，构成导电回路。实测透光屋面支承结构的接地电阻不宜大于5。4.6安全措施4.6.1玻璃透光屋面的单片玻璃应采用夹层玻璃；中空玻璃的室内侧应采用夹层玻璃。点支承面板的夹层玻璃应由钢化玻璃制作。玻璃肋应采用夹层玻璃；点支承玻璃肋应采用钢化夹层玻璃。4.6.2倒挂隐框玻璃倒挂隐框玻璃应加金属连接件，防止结构胶失效导致玻璃坠落。4.6.3ETFE薄膜ETFE薄膜，尤其是气枕屋面，外侧应设置防鸟网，防止薄膜被鸟喙啄破。落地球顶、椭球顶，应在周边设置水面或绿化带防止人为的损坏。4.7遮阳措施设在透光屋面外侧（上侧）的遮阳板对遮阳特别有效。也可以在内侧（下侧）设置遮阳帘。遮阳板和遮阳帘宜采用电动操作方式。也可以采用智能化系统进行自动控制。4.8清洗设备人力清洗和机械清洗是目前常用的清洗方法。采用人力清洗方案时，倾斜、弯曲的透光屋面应设置固定绳缆和小吊凳用的固定挂钩或固定轨道。机械清洗可采用回转式清洗机，相应设置环形轨道；也可采用吊篮式清洗机，相应设有清洗机的移动轨道。在我国目前污染较重的大气条件下，采用自洁玻璃的效果，尚需通过实践经验来判断。4.9除冰雪措施位于寒冷和严寒地区的透光屋面，可设置电热式溶雪和除冰设备。新建的中央电视大楼已在屋面和檐口采取了这种设施。5结构设计一般原则5.1荷载和作用透光屋面的荷载和地震作用，可参照建筑结构荷载规范GB50009和建筑抗震设计规范GB50011的规定。5.1.1重力荷载作用于屋面的自重、活荷载、雪荷载，可按荷载规范GB50009的相应规定采用。对于有可能积水的屋面，尚应考虑50年一遇、20分钟最大降雨量，扣除排水量后作为屋面的积雨荷载。5.1.2地震作用透光屋面应考虑水平地震作用和竖向地震作用。1.对于面板和直接与面板连接的支承结构，地震作用可按下式计算： 式中，为地震作用系数，由设防烈度决定其数值，7、8、9度设防时，分别为0.08、0.16和0.32；G为面板或支承结构的自重。2.间接支承面板的支承结构，宜与主体结构一起，通过地震反应分析决定其地震作用的数值。作为近似的取值，竖向地震力可取结构支承的全部自重的10%（7度抗震设计）和20%（8度抗震设计）。这个数值约（2-2）式取值的40%，但大于常规屋面结构竖向地震力的取值，已经具有较大的安全储备。5.1.3风荷载5.1.4温度作用对于面板，由于板缝和安装空隙可以允许其温度变形，因此一般不进行温度应力计算。支承钢结构宜进行温度作用的计算。温度变化值可近支承结构可能的年间温度变化值决定，一般可考虑30。拉杆和拉索、索网等预张拉结构，应对张拉时温度与年间最高、最低温度的温差进行核算，此温差可按实际情况取值。5.2荷载和作用效应的组合5.2.1组合荷载和作用效应的标准值Sk应按荷载规范GB50009的规定进行组合：5.2.2分项系数1.承载力计算2.挠度和变形计算所有分项系数均取为1.0。5.2.3组合值系数1.一般情况下，除永久荷载外，所有可变荷载和作用效应的组合值系数依其参加组合的顺序取值，第一、第二和第三个可变荷载和作用效应的组合值系数分别取为1.0、0.5和0.2。2.当永久荷载的分项系数取为1.35时，只有竖向荷载和作用参与组合，此时第一、第二、第三个可变荷载和作用效应的组合值系数分别取为0.6、0.3和0.1；考虑竖向风荷载时，向下的风荷载组合值系数取为0.7，其它可变荷载不考虑。5.3材料强度设计值屋面设计时，结构的总安全系数K由荷载及作用的分项系数K1和材料系数K2来表示：K=K1K2（5）透光屋面的风荷载、施工荷载或雪荷载起控制作用，K1为1.4。所以材料系数K2可由K/1.4决定，K2的数值可按下表采用：表1材料系数K2材料强度设计值f应按下式采用：F=fk/K2（6）式中fk-材料强度标准值。金属材料强度标准值一般按其屈服强度标准值采用，但拉索以其抗拉强度标准值作为材料强度标准值fk。材料强度设计值可按现行行业标准玻璃幕墙工程技术规范JGJ102的规定采用。5.4面板材料的力学性能5.4.1玻璃玻璃的力学性能可按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003第5.2节的规定采用。5.4.2聚碳酸酯板聚碳酸酯板（阳光板、PC板）自重轻，有高的耐冲击强度（为玻璃的100200倍），其主要力学性能见表2。表2聚酯酸酯板力学性能5.4.3有机玻璃有机玻璃即增塑丙烯酸甲酯聚合物，其力学性能见表3表3有机玻璃力学性能5.4.4氟素树脂板氟素树脂板即PVDF，具有氟碳材料的高强、耐老化，耐污染性能，其力学性能见表4。表4氟素树脂板的力学性能5.4.5ETFEETFE为乙烯一四氟乙烯共聚物，可以为膜材（厚度0.050.5mm）也可以为板材（厚度大于1mm），为高性能、耐久的透光材料，其力学性能见表5。表5ETFE材料的力学性能6玻璃面板设计6.1玻璃面板的构造要求6.1.1面板厚度1框支承面板框支承面板单片玻璃厚度不应小于6mm；中空玻璃和夹层玻璃中单片玻璃厚度不应小于5mm，且两片玻璃的厚度相差不宜大于3mm。2点支承面板四边形面板一般可采用四点支承，有依据时也可以六点支承；三角形面板可采用三点支承。玻璃面板支承孔边与板边缘的距离不宜小于70mm。采用浮头式连接件或夹片连接件的点支承玻璃厚度不应小于6mm；采用沉头式连接件的点支承玻璃厚度不应小于8mm。夹层玻璃和中空玻璃中，安装连接件的单片玻璃厚度也应符合上述要求。6.1.2边缘处理玻璃面板应进行机械倒角和磨边，磨边应达到细磨等级，倒角不宜小于1.0mm。框支承面板的玻璃边缘崩边、崩角不应大于5mm；点支承玻璃不应有崩边、崩角。6.1.3密封玻璃面板之间的板缝宽度不应小于10mm。有气密性、水密性要求时，板缝应采用硅酮建筑密封胶嵌缝。用于镀膜面和夹层玻璃的建筑密封胶应为中性胶。采用爪件支承装置时，点支承玻璃支承孔周边应进行可靠密封。中空玻璃的爪件支承孔周边应采取多道密封措施。明框板缝应设置等压腔，并设置有效的排水通道。6.1.4点支承玻璃的支承装置支承装置可以采用穿孔支承的X形、H型和环型抓具，也可以采用非穿孔式支承的钢夹板。支承头应能适应玻璃面板在支承点处的转动变形。支承头的钢材与玻璃之间应设置弹性衬垫，衬垫厚度不宜小于1mm。夹层玻璃的支承头可以只在内层玻璃处支承，这能有效地防止支承处的气渗和水渗。6.1.5曲面上的玻璃面板用平面玻璃面板形成曲面屋面是困难的，尤其是四边形面板，三点定位后第四点会悬空。因此，面板与支承结构的连接点应能在玻璃平面外具有调节能力，减少强行装配产生的装配应力，防止玻璃破碎。6.2玻璃面板的计算6.2.1计算基本原则玻璃面板在工作状态下挠度远大于板厚，计算时应考虑大挠度几何非线性的影响。玻璃面板的应力可采用考虑几何非线性的受弯板有限元方法进行计算。在实际工程设计中，也可以采用小挠度弹性薄板计算公式，考虑大挠度影响修正的实用计算方法进行计算。玻璃的框支承边作为简支边考虑；点支承处法向位移受约束，其它位移和转角约束视实际支承情况决定。6.2.2单片玻璃的受弯计算1.承载力计算在玻璃自重、风荷载、活荷载或垂直于板面的地震作用下，玻璃处于受弯板的工作状态，其最大应力标准值可按下式计算：系数m和可按玻璃幕墙工程技术规范JGJ102的规定采用。各种荷载作用下产生的应力标准值应按（4）式进行组合，所得的应力设计值不应超过玻璃的强度设计值。2.挠度计算单片玻璃的刚度D可按下式计算：式中v为玻璃的泊松比，可取为0.2。玻璃的挠度可按考虑几何非线性的有限元方法计算，也可按下式计算：6.2.3夹层玻璃和中空玻璃的计算1.荷载或作用在两片玻璃上的分配1）夹层玻璃承受的荷载和作用，按其刚度比例分配到各单片玻璃上：2）中空玻璃各单片玻璃承受的地震力，按各片玻璃自重分别进行计算。各单片玻璃的自重产生的应力也分别进行计算。中空玻璃承受的荷载、活荷载、雪荷载和积雨荷载，按下式分配到两片玻璃上：式中q1-直接承受荷载的单片玻璃的分配值。3）由夹层玻璃组成的中空玻璃，首先按（12）式计算夹层玻璃的等效厚度te，将夹层玻璃视为等效的单片玻璃，再按式（11）式进行内外片荷载分配，然后将分得的内外片荷载q1、q2再按（10）式分配到各单片玻璃上。2.等效厚度6.3硅酮结构密封胶设计6.3.1构造要求硅酮结构密封胶粘结构宽度和厚度由计算确定，且宽度不应小于7mm，厚度不应小于6mm。硅酮结构密封胶的粘结宽度Cs宜为粘结厚度ts的1.0-2.0倍。隐框板块中的结构胶粘结宽度不宜大于12mm，必要时可以用双面胶条将过宽的结构胶划分为较窄的两条。隐框倒挂玻璃必须有金属件连接或承托。6.3.2粘结宽度隐框玻璃板块在风力和地震作用下；硅酮结构密封胶的粘结宽度可按下式计算：7支承结构设计7.1玻璃梁设计7.1.1构造要求玻璃梁（肋）作为玻璃面板的主要支承时，应采用夹层玻璃；点支承面板的支承玻璃梁，应采用钢化夹层玻璃。夹层玻璃梁的单片厚度不宜小于8mm。玻璃梁截面高度不宜小于150mm。两端支承的玻璃梁宜采用简支。7.1.2截面设计两端支承的玻璃梁可按简支梁计算其应力和挠度；外挑玻璃梁可按悬臂梁考虑。在各种荷载和作用下，梁的应力标准值应按（4）式进行组合，组合后的应力设计不应大于玻璃的侧面强度设计值fg。挠度组合后的数值df不应大于跨度的1/200；悬臂梁的跨度可取为外挑长度的2倍。7.1.3梁的横向稳定当梁跨大于6m时应进行平面外稳定计算，并宜采用附加横向玻璃肋或横向拉杆、拉索等防止侧向失稳的构造措施。7.2钢支承结构的构造要求7.2.1单根型钢或钢管1.构件的长细比不应大于150；2.铝型材截面主要受力部位的厚度不应小于：当梁跨度大于1.2m时：2.0mm；当梁跨度大于1.2m时：2.5mm；铝型材孔壁与钢螺钉之间采用螺纹受拉连接时，其截面局部厚度不应小于螺钉的公称直径。3.热轧钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm；冷成型薄壁型钢截面最小厚度不应小于2.0mm。4.钢管外直径不宜大于壁厚的50倍，钢管壁厚不宜小于3mm。5.型材截面自由挑出部位和双侧加肋部位的宽厚比b0/t应符合表6的要求：表6型材截面宽厚比限值b0/t7.2.2桁架、网架或网壳1.可采用型钢或钢管作为杆件，单根杆件应符合7.2.1节的构造要求。2.钢管桁架宜在节点处直接相贯焊接，支管不应穿入主管，主管不宜开孔。网架或网壳可采用焊接球节点、螺栓球节点、圆盘节点或专用节点板连接。3.杆件宜中心交汇，杆件之间的交角不宜小于30度。4.轴心受拉或偏心受拉杆件的长细比不宜大于350；轴心受压或偏心受压杆件的长细比不应大于150。5.桁架单向布置时，如果平面外支承点相距较远，应设置正交方向上的稳定支撑结构。7.2.3张拉杆索体系1应在正反两方向上形成能承受自重、风荷载、地震作用的稳定的结构体系；在主要受力方向的正交方向，必要时应设置稳定性拉杆、拉索或桁架。2连接件、受压杆和拉杆宜采用不锈钢材料，拉杆直径不宜小于10mm；自平衡体系的受压杆件可采用结构钢。拉索宜采用不锈钢绞线、高强钢绞线，可采用铝包钢绞线。钢绞线的钢丝直径不宜小于1.2mm，钢绞线直径不宜小于8mm。采用结构钢和高强钢绞线时，其表面应作防腐涂层。3与主体结构的连接部位应能适应主体结构的位移，必要时设置弹簧机构和滑动机构。主体结构和连接件应能承受拉杆或拉索的预拉力和荷载作用。4受压杆件的长细比不应大于150。5拉杆不宜焊接；拉索可采用冷挤压锚具连接，拉索不应采用焊接。6张拉杆索体系的预拉力最小值，应能使拉杆或拉索在荷载和温度变化下，保持一定的拉力储备。7.2.4索网1.一般情况下宜双向布索。跨度不大于15m时，可以采用单向布索。2.索距不宜大于2m，单片玻璃面积不宜大于3m2。3.拉索宜采可不锈钢绞线，可采用高强钢绞线或铝包钢绞线。高强钢绞线表面应有防腐层。拉索直径不宜小于12mm。4.拉索端部应采用冷挤压锚具固定后，与边缘构件相连接。边缘构件应能承受拉索的初拉力和荷载、温度变化的拉力。锚具应能调节索的预拉力。5.拉索的初拉力应能满足拉索承载能力的要求。在荷载和温度变化作用下，仍能保持最小的拉力，拉索不会松弛。6.拉索应与点支承爪具或夹板可靠连结，并尽可能贴近面板。7.3支承结构计算7.3.1内力分析单根构件（梁、拱等）可采用结构力学方法直接进行计算。一般情况下支承钢结构采用计算机软件分析，基本分析方法为有限元。柔性结构分析时考虑几何非线性。常用的国内分析软件有3D3S、MSGS、MSTCAD等；此外还广泛采用国际通用软件SAP、ANSYS、ETABS、MIDAS等。大跨度的、形状复杂的透光屋面，支承结构宜采用两个以上的软件进行对比分析。拱和单层网壳要特别注意在不对称荷载、局部荷载下的稳定性问题。7.3.2截面设计钢结构件设计按现行国家标准钢结构设计规范GB50017和冷弯薄壁型钢结构设计规范GB50018进行。各种荷载和作用在构件截面上产生的最大应力标准值应按（4）式进行组合，组合后的应力设计值不应大于材料强度设计值f。7.3.3挠度控制由荷载和作用标准值产生的挠度，应按式（4）进行组合，垂直于屋面的挠度值df，不宜超过表7的限值df.lin。表中，l为受力方向支承点的距离。当为悬臂结构时，l可取挑出长度的2倍。8连接设计8.1透光面板与支承结构的连接8.1.1玻璃面板和玻璃梁的连接点支承面板通过爪具或夹板与玻璃梁采用螺栓连接，宜采用直径不小于8mm的不锈钢螺栓；连接板应采用不锈钢板，厚度不宜小于6mm。连接板与玻璃梁之间的接触面可以打粘结胶。板缝间宜采用中性硅酮建筑密封胶填缝。边支承面板通过结构胶与玻璃梁连接，胶缝受剪面的宽度CS应按（14）、（15）式计算。用于夹层玻璃梁的硅酮结构密封胶应为中性胶。8.1.2面板和金属支承结构的连接点支承透光面板的支承装置（爪件或夹板）可以采用螺栓或焊缝与支承结构连接。螺栓应有防滑脱措施。框支承透光面板通过耳板、压板或挂钩与支承结构采用螺钉或螺栓连接。连接件的距离、螺栓螺钉的直径和数量由计算决定。螺栓孔、螺钉孔边至连接件边缘的距离不应小于孔径的1.5倍。孔中心间距不应小于孔径的3倍。网架、网壳可以采用节点圆盘或从节点球上伸出连接圆盘与面板螺栓连接。8.2支承结构之间的连接次要支承结构（横梁、柃条）宜采用螺栓与主要支承结构连接，连接件厚度不宜小于3mm，每处连接螺栓不宜少于2个，直径不宜小于6mm。必要时宜采用长圆孔以适应主要支承结构的位移。8.3支承结构与主体结构的连接支承结构支承点的类型（固定支座、铰支座、滑移支座等）应与计算假定一致，而且能适应主体结构的位移。在两座独立的主体建筑之间架设透光屋面时，应根据罕遇地震时两座建筑的位移量决定支承点的型式。位移量小时可采用长圆形螺栓孔支座、剪切型叠层橡胶支座和钢板滑移支座等；位移量较大时可以采用多铰摇臂支座、辊轴支座等；位移量很大时可以采用弹簧支座如北京土城移动电话局、中国网络安全管理中心等工程，位于北京8度设防地区，罕遇地震下两座建筑间相对位移达到150mm，架设于其间的单层双向索网，每根水平拉索的拉力超出预定值时，定拉力钢杆（保险杆）被拉断，拉力转由弹簧承受，可使伸长增大而拉索内力保持定值，不致于被拉断。8.4预埋件透光屋面支承结构的支座，宜通过预埋件与混凝土主体结构连接，预埋件应在主体结构混凝土浇筑前放入，并可靠地固定其位置。由锚板和对称配置的锚固钢筋所组成的受力预埋件，可参照玻璃幕墙工程技术规范102附录的方法设计。8.5后加连接件当未设预埋件或预埋件位置偏差过大时，只能通过后加连接件与混凝土主体结构连接。跨度大、受力大的支承结构的支座，宜采用植筋方法设置后加连接件。植筋的埋置深度应满足锚固长度的要求，所以要求钻设深的植筋孔，此时要特别注意避让主体结构内的主要受力钢筋。当钻孔深度无法达到锚固深度要求时，应采用增加锚筋数量、补打锚栓的办法以数量来弥补深度不足的影响。当采用锚栓来设置后加连接件时，应符合以下要求：1应采用正规厂家产品，产品应有出厂合格证。2碳素钢锚栓应经过防腐处理。3应进行承载力现场检验，检验方法可参照混凝土结构后锚固技术规程JGJ1454每个连接点不应少于4个螺栓。5锚栓直径应过承载力计算确定，并且不应小于10mm。6与化学锚栓接触的连接件，在其热影响区范围内不宜进行焊接操作。7锚栓承载力设计值应按其极限承载力除以材料性能分项系数K2后采用。对于可变作用，K2不应小于2.15，对于永久作用，K2不应小于2.50。8.6与主体钢结构的连接支座与主体钢结构的连接应事先设计。在主体钢构件上开孔、焊接连接件等均宜在钢结构加工时在工厂一并完成。在施工现场不宜对主体钢结构构件进接进行焊接操作，只能与主体钢结构构件事先焊好的连接板（件）进行焊接作业。9小结近年来，我国各种类型的透光屋面都在大量建造，发展很快，但由于没有相应的工程标准，设计施工技术要求尚未统一，存在一些安全上的问题。国外一些屋面工程的严重事故，特别是2004年中莫斯科水上乐园玻璃顶倒塌、巴黎戴高乐机场候机楼屋顶倒塌等事故，应足以引起我们对透光屋面设计、施工的重视。进一步总结国内外的工程经验，为正在编制的工程标准提供更充分的技术依据，是今后我们应进行的重要工作。1复合铝板幕墙的功用和制作安装前的准备 复合铝板幕墙的功用多属于建筑外装饰和外围护型，即建筑物在本身已有普通砖墙或其它类型墙体。在其外面安装的复合铝板幕墙除了自身对建筑物的装饰作用外，还对建筑物起到外围护的作用。这样的铝板幕墙本身要求有较好的抗风压、水密性、气密性能和耐候密封系统。 复合铝板幕墙在制作安装前应对建筑设计施工图进行核对，并应对建筑物进行复测，按实测结果对原设计进行调整后方可加工组装。加工幕墙构件所采用的设备、机具应能达到幕墙构件加工精度要求，其量具应定期进行计量检定。 2幕墙板制作 2.1板型控制 复合铝板幕墙的分割除了考虑装饰效果外，还应考虑其抗风变形能力。幕墙板主要承受风载，其抗风载变形能力依赖于板的厚度、长宽比、支点间距和支承条件等。如果铝板幕墙立面的分割太大，其板厚尺寸与长宽两个方向的尺寸相比小得多，使板面在风荷作用下易产生挠度变形，影响幕墙整体效果。若设计不当，还会在板面上留下不可逆的塑性变形。另外，即使同样的面积，不同长宽比的板其挠度值也不同，如3.2m0.8m(长宽比=4)的板其抗风载变形能力就小于1.6m1.6m(长宽比=1.0)。 除挠度外，还应考虑热伸缩。其伸缩值可按下式确定： 热伸缩值(mm)=CthTL(m) T=Ta-Ti, 式中：Cth为热伸延系数；L为复合铝板长度；Ta为实际温度；Ti为复合铝板制作安装时温度；+T表示伸延；-T表示缩短。铝板的热伸缩值如表1所示。 表1铝板热伸缩值mm/m T板厚 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 3mm 0.056 0.112 0.168 0.224 0.280 0.336 0.382 0.448 0.504 0.560 4mm 0.056 0.112 0.168 0.224 0.280 0.336 0.382 0.448 0.504 0.560 6mm 0.062 0.124 0.186 0.248 0.310 0.372 0.496 0.496 0.558 0.620 在板型控制应用中，一般多综合考虑以上各种因素，再根据实样检测和经验来确定面板组件的支撑固定方式和板后加强筋的位置及数量。 2.2复合铝板的加工 复合铝板可用一般机具进行裁切、钻孔、修边、弯折。 复合铝板的制作与其支撑固定方式有关。通常沿四周距边缘一定宽度沟槽、切角，再折成盆形板，然后在板后加铝方管加强。四周通过铝角码(或铝角铁)与框架连接固定。这种安装方法较牢固、较果好，已被广泛采用。 沟槽的槽型通常有半圆型、90U型、135U型等几种型式。U型槽可获得最小弯曲半径。在弯曲时，板材将被拉长，因此原始板材加工长度要比成品的计算长度短一些。这个拉长的长度变化，与铝的辊轧方向的横向或平行向有关，应适当考虑弯曲条件进行试验。 对于弧形板，由于复合铝板有良好的加工性能，可在压力制动机或带三滚子的辊轧机上直接弯曲。板料在辊轧开始和末尾时，必须留出75100mm的直线部分以备切除，这是辊轧工艺要求。作为板后加强的铝方管也可直接弯曲。 2.3复合铝板的加工精度允许偏差(见表2) 表2复合铝板的加工精度允许偏差 项目 允许偏差 (mm) 项目 允许偏差 (mm) 厚度 3mm厚 0.04 对边尺寸差 2000 2.5 4mm厚 0.04 2000 3.0 6mm厚 0.2 对角线长度差 2000 2.5 角度 3mm厚 1 2000 3.0 4mm厚 130 折弯高度差 1.0 5mm厚 230 平整度 2/1000 边长 2000 2.0 孔距中心距 1.5 2000 2.5 2.4复合铝板的存放和搬运 复合铝板应倾斜立放。倾斜角不大于10，地面上应垫上厚三合板。搬运时应两头同时抬起，不要推拉以免损坏表面氧化膜或涂层。工作台面应平整、无硬物，不可伤及铝板表面。 3铝龙骨制作 (1)截料尺寸允许偏差(见表3) 表3截料尺寸允许偏差 项目 允许偏差 项目 允许偏差 直角截料 长度尺寸(L) 1.0mm 斜角截料 长度尺寸(L) 1.0mm 端头角度() 10 端头角度() 15 (2)截料端头不应有明显加工变形，毛剌不大于0.2mm。 (3)孔位允许偏差0.5mm，孔距允许偏差0.5mm，累计偏差不大于1.0mm。 (4)横龙骨的截料尺寸应比实际尺寸短一些，以便安装后留出一定间隙，使龙骨可以松动。 4安装 4.1安装前的准备 施工安装前应检查各连接位置预埋件是否齐全，位置是否符合设计要求。预埋件允许偏差：标高偏差10mm；轴线左右差30mm。 预埋件遗漏或位置偏差过大、倾斜时，应采取补救措施。幕墙预埋件和连接件应进行防腐处理，不同金属材料接触处应设置绝缘垫层或采取其它防腐措施进行处理。 4.2横梁与立柱安装 (1)测量放线测量放线应与主体结构测量放线相配合，水平标高要逐层从地面引上，以免误差累积。测量时风力不应大于四级，应沿楼板外檐弹出墨线或用钢琴线定出幕墙平面基准线。从基准线外反一定距离为幕墙平面，以此线为基准确定立柱的前后位置，从而决定整片幕墙的位置。 (2)立柱安装立柱先连接好连接件，再将连接件(铁码)点焊在预埋钢板上，然后调整位置。立柱的垂直度可由吊锤控制，位置调整准确后，才能将铁码正式焊接在预埋铁件上。安装误差要求：标高3mm；前后2mm；左右3mm。 立柱一般为竖向构件，是幕墙安装施工的关键之一。它的准确和质量将影响整个幕墙的安装质量。通过连接件幕墙的平面轴线与建筑物的外平面轴线距离允许偏差应控制在2mm以内，特别是建筑平面呈弧形、圆形、四周封闭的幕墙，其内外轴线距离将影响到幕墙的周长，应认真对待。 立柱可以是一层楼高或二层楼高为1整根，长度可达7.5m，接头应有一定间隙，不小于10mm，采用套筒连接法。连接件与预埋件的连接若为二层楼高或1整根时，为增强幕墙框架刚度，可适当增加立柱与主体结构的连接点。采用间隔的铰接和刚接构造，铰接仅抗水平力，连接点位置是砖砌体时，连接件不能采用膨胀螺栓，应采用穿墙螺栓固定；而刚接除抗水平力外，还应承担垂直力并传给主体结构。 (3)横梁安装横梁一般为水平构件，是分段在立柱中嵌入连接，横梁两端的连接件安装在立柱的预定位置。横梁套在连接件上，不要固定，并在制作时有意稍微缩短下料长度，使接头处有一定间隙。由于立柱间是通过套筒连接，接头处存在间隙，横梁与立柱间同样存在间隙，从而使立柱和横梁安装后能够形成一个具有一定变形能力的框架骨架，以适应和消除建筑挠度变形和温度变形的影响，提高其承载能力。但如果横梁出现弧形、折线或折角，为防止横梁脱落，应将横梁与连接件固定。 横梁的安装精度：相邻两根横梁的水平标高偏差不大于1mm，同层标高偏差不大于4mm，与立柱表面高低偏差不大于1mm。同一层的横梁安装应由下向上进行。当安装完一层高度时，应进行检查、调整、校正、固定，使其符合质量要求。同层横梁标高差不应大于5mm(宽度35m以下)、7mm(宽度35m以上)。 4.3复合铝板安装 复合铝板制作成型后，整块铝板通过四周铝角码(或铝角铁)与龙骨连接，用螺丝固定在龙骨上，安装简便，但要注意安装精度控制。 铝板安装精度：立面垂直度2mm;表面平整度3mm；阳角方正3mm；接缝平直0.5mm。 4.4耐候胶嵌缝 复合铝板的接缝宽度除考虑立面的装饰效果外，更要考虑受热膨胀后的热伸缩量。其接缝宽度可按下式计算： S1/+e l=LT(1-Kt) T=Kt 式中：S接缝宽度(mm)； 变形率(20%15)； 线膨胀系数(2410-6mm)； T温度差； K温度修正系数(0.8)； t表面温度差； e加工误差(3mm)； Kt减低率(0.2)； l膨胀量(mm)； L幕墙板长度或宽度(mm)。通常的接缝宽度在1222mm范围。 接缝必须用耐候胶嵌缝予以密封，防止气体渗透和雨水渗漏。 嵌缝耐候胶注胶时应注意：充分清洁板间缝隙，保证粘结面清洁，并加以干燥；为调整缝的深度，避免三边沾胶，缝内充填聚氯乙烯发泡材料(小圆棒)；注胶后应将胶缝表面抹平，去掉多余的胶；注意注胶后养护，胶在未完全硬化前，不要沾染灰尘和划伤。 铝板幕墙安装后，从上到下逐层将铝板表面的保护胶纸撕掉，同时逐层同步拆架。拆架时应注意保护铝板，不要碰伤、划伤，最后完成整个幕墙工程的施工。 5工程应用实例 汕头国际会展中心是汕头经济特区科技、文化交流活动中心，是汕头市的重点工程。该工程建筑面积3.2万m2，投资约2.3亿元，采用框架结构。外墙为加气轻质混凝土砖墙，外装饰采用复合铝板幕墙和隐框玻璃幕墙。外墙总面积1.62万m2，其中复合铝板幕墙面积1.3万m2，其功能为建筑外装饰和外围护。 幕墙面板采用4mm厚复合铝板，板材分块面积大体为1.2m2.7m，折边宽25mm，90U型槽，板后四周为铝方管加强边框，中间平加三道短向横肋，以保证铝板刚度。将幕墙面板固定在框架龙骨上的铝角码沿铝板周边布置，间距350mm，边缘角码距离边端不大于100mm。竖龙骨每根长度根据不同层高采用6.6m、6.0m、4.5m三种规格。并采用间隔的铰接和刚接构造，即在楼层处采用刚接，在楼层中间采用铰接，竖龙骨用套筒连接，横龙骨分段在竖龙骨间嵌入连接，并在两端预留一定的变形能力，在转角处将横梁与连接件固定以防脱落。幕墙分格缝宽20mm，内填泡沫圆棒，外嵌耐候胶，并做出弧形凹向胶面。整个复合铝板幕墙工程在制作和安装过程中严格按前述要求施工，并且坚持上道工序不合格不得进行下道工序施工的质量控制原则，使工程质量得到保证，达到了预期目的。摘要 介绍了背栓式外墙干挂石材幕墙施工以及该工艺在施工过程中的施工方法和技术措施。关键词 石材幕墙：干挂：背栓式哈尔滨长途电信枢纽楼扩建工程，位于南岗区繁华地区中山路一侧，地下2层，地上2重层，建筑物总高度997m，建筑面积32556平方米，该楼外墙面均采用干挂花岗岩火烧板饰面，挂石面积约13700平方米。背栓式干挂石材幕墙是在石材背面钻成燕尾孔与凸形胀栓结合然后与龙骨连接，并由金属支架组成的横竖龙骨通过埋件连接固定在外墙上。背栓式外墙干挂石材是近几年从国外引进的施工工艺，它具有以下优点：第一，背栓式干挂石材，由于每块石材均有四个背栓式挂件，每个挂件都均匀承受石材重量且石材挂件与龙骨挂件间接触面积大，相应的强度和稳定性好。