摘要：全隐框玻璃幕墙由于幕墙龙骨完全暗藏，耐候胶设置在玻璃板缝之间，防水性能好，表面平整，使得整幅玻幕墙外观大气、整洁美观。随着时间的推移，全隐框玻璃的结构胶性能降低，容易出现玻璃板块坠落事故，因此，对于全隐框玻璃幕墙的安全防护显得尤为重要，拉索幕墙对全隐框玻璃幕墙起到了很好的安全隔离作用。
关键词：拉索幕墙外立面造型效果；钢架平衡受力；拉索平衡张拉；温度补偿
1、装饰性拉索幕墙施工的背景
拉索幕墙安装极大程度上依赖于现场结构施工质量及屋面钢结构挑梁施工质量以及拉索张拉力的准确控制。其解决钢结构刚度、拉索应力控制也是本工程难点所在，现场结构及钢结构安装在图纸深化阶段便进行紧密配合，施工前对张拉仪器设备进行准确校核，对拉索规则编号，并准确进行索力计算下料。选择合适的对称张拉方式并进行索力温度补偿，确保现场安装环境满足施工要求。
2、实现拉索立面效果和施工技术
本幕墙体系主要由屋面拉索梁、拉索、转接件、分线座、钢底座等五大部件实现拉索幕墙布置，其整体布局效果如下图所示，其中各部件在系统中担当的角色功能分别如下：
2.1系统构件
（1）屋面拉索梁：固定拉索顶部端头，设置弹簧以减少因温差而产生的索力，进而减少对主体结构反力，以保证建筑结构安全。
（2）拉索：本系统位于各个楼体立面，拉索为直径8mm，316不锈钢材质。8根一组间距290mm排布。
（3）转接件：层间位置设置不锈钢转向杆实现拉索在层间的不规则转向。
（4）分线座：层间设置不锈钢分线座确保拉索成竖排列整齐，防止拉索缠绕。
（5）钢底座：固定拉索下部端头
2.2 三大受力单元
拉索幕墙在安装、使用过程中具有不同的受力特点，本技术通过三大受力单元的分析，以求其在各阶段达到最合理的效能。途径有三：1）通过Y钢架布置，并斜向增加预应力平衡索，从而达到与拉索重力及预拉力的平衡，并确保钢架刚度。2）拉索温度应力通过准确计算、进行温度补偿、分级对称张拉保证其预加拉力准确、可靠。3）拉索下口与拉索地反梁固定，拉索地反梁在主体结构施工阶段与结构形成统一整体，安全可靠。
主要在于屋面钢架和幕墙拉索受力单元
2.2.1屋面钢架单元
（1）屋面钢架由立柱、圆管联系杆、拉索梁、预应力平衡索四部分构成，立柱为200×200×8×12的H型钢柱，主联系圆管为A325×16，次联系圆管为A203×12。拉索梁为U型梁，上部开孔，用于悬挂拉索。预应力平衡索采用A36预应力索。
（2）拉索梁上并排密布拉索，拉索直径8mm，每组8根，组间距为290mm，每根拉索施加预拉力约5KN。
（3）根据受力特点，一方面需保证拉索梁有足够拉力，可承受拉索自重及预加拉力，一方面为需避免拉索挑梁变形过大而导致拉索松弛，因此本结构选用Y型布置，并在其背部布置斜向预应力平衡索用以平衡索力。最大限度保证其刚度，除此之外，Y型钢架通过A325×16的主联系圆管，使整个屋面钢架形成统一整体，其整体稳定性及刚度进一步提高。
2.2.2拉索幕墙基础单元
拉索幕墙基础随主体结构一并施工，其截面形式与地反梁相类似，其通过预埋件与上部固定拉索下端部的箱梁焊接，用以承受拉索所施加的预拉力，其受力特点及结构形式较为简单。
在索网幕墙支撑钢结构体系安装完成后，可以进行索网安装，本施工技术针对拉索施工过程中受力特点概述索网施工如下：
a、索网受力计算；b、索网张拉；c、张拉控制措施；d、温度补偿；e、预应力钢索张拉测量记录；f、张拉验收；g、张拉过称安全控制；h、张拉质量控制
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（1）索网受力计算
本工程拉索体系结构复杂，采用两种软件对比计算，分别为ANSYS 12.0和MIDAS 7.8.0。通过两种模型的对比计算，准确界定拉索的下料长度及控制张拉力，为拉索安装提供有力的数据支撑。进行预应力施工过程仿真计算采用整体模型和细部模型相结合的方法分别计算。
（2）索网张拉
1）拉索张拉：
张拉采用四点同步张拉。即对称的两个立面同步张拉，同一立面左右对称张拉。
张拉分为两级，第一级张拉至设计张拉力的60%，第二级张拉至设计张力的100%，然后根据索力实测结果，对不满足要求索力进行微调。双立面对称由两侧向中间进行张拉，同一位置的四根拉索同步张拉，每步最多同步张拉16根拉索。
每级张拉应再细分小级，第一级张拉细分为5个小级，分别为张拉力的10%、20%、30%、40%、60%，第二级张拉细分为5个小级，分别为张拉力的70%、80%、90%、100%、105%，每级中间做一下短暂的停顿，测量伸长值。分小级也是保证同步张拉的措施之一。
2）张拉力控制
张拉力表是张拉施工的重要依据，张拉力不等于最终索力，它是根据最终索力利用倒拆法计算出来的。张拉其它索时已经张拉的拉索索力会不断在变化，根据理论计算最终张拉完成后索力会逐步变化到目标索力。施工过程中应监测索力的变化趋势，与理论计算的结果进行对比，当误差太大时应查找原因，并进行调整。
由于钢索张拉力之间的互相影响，张拉后部分索力可能达不到要求，需要进一步调整。调整的方法是采用测力仪对索力进行测量，对不满足要求的钢索张拉力进行调整，直到所有钢索的张拉力均满足要求为止。
张拉完成时刻的设计索力，即目标索力，同时也是张拉验收的验收索力，本工程目标索力初定为5000N。
3）张拉监测
在预应力施工过程中，通过对结构变形和索力的变化进行监控，可以发现其理论计算值与实测值之间的差别，并及时对计算模型进行校正（如果这种差别由计算模型的错误所导致），从而保证施工模拟计算的正确性；保证预应力施工过程的安全和质量，并使最终完成后的预应力状态与设计要求相符。监测内容包含三部分，分别为张拉过程中的索网边界钢构件的变形、钢索的索力及振动频率。
a、变形监测
在预应力钢索张拉的过程中，结合施工仿真计算结果，对结构的变形进行监测可以保证预应力施工期间结构的安全以及预应力施加的质量。对变形的监测采用全站仪，本工程使用的全站仪型号为：SET230R，精度可以达到：2”，能够满足本工程变形监测要求。
在张拉前先测量各测点的初始位置，在张拉过程中将测量的变形与计算的理论变形进行比较，如果差别较大（超过20%）时停止张拉，找到原因并确定解决方案后再继续张拉。
b、索力监测
索力的监测通过油压传感器和索力测力仪进行监测。
油压传感器安装于液压千斤顶油泵上，在钢索张拉过程中通过专用传感器读数仪可随时监测到预应力钢索的拉力。
便携式索力测定仪利用力传感器将横向力P输出，经微处理器处理后转化为索拉力，然后再用液晶显示。
在张拉过程中将索力的测量值与模拟计算的理论值进行比较，如果差别较大时停止张拉，找到原因并提出解决方案后再继续张拉。
c、频率监测
施工中除监测索力满足要求外，还要监测索的振动频率满足要求，保证后期使用中不产生共振噪音。频率监测采用动测仪。
（3）张拉控制措施
1）四点同步张拉控制措施
a、四点采用相同型号的张拉工装和张拉设备；
b、对四点张拉施工人员进行统一培训，规范操作方法，张拉过程中统一指挥，统一张拉速度。
c、利用分小级的方法达到逐步同步，第一级张拉至60%计算张拉力（双立面对称张拉）；第二级张拉至100%计算张拉力（双立面对称张拉）；每一小级结束统一调整，张拉比较快的放慢速度，张拉慢的加快速度，最终达到同步张拉。
d、油泵操作员加压应平缓，尤其是油压接近索力时，要缓慢加压，同时拧套筒人员应试着拧转套筒，当可以拧动时通知油泵操作员，油泵再稍微加压，然后拧套筒，再加压再拧转，依此反复，直到到达张拉力。
2）张拉点控制措施
本工程一组拉索共8根，每一个张拉点同步张拉同位置的四根拉索，同一点四根索同步张拉控制措施如下：
a、张拉工装满足四索同时张拉要求，能够自动平衡张拉过程中的不平衡力；
b、张拉工装能够调节各索锚具初始长度偏差；
c、张拉工装除能够四索同时张拉外，还能单索调节，保证单索索力出现偏差后可以调整。
3）张拉方式
本工程拉索分调节套筒和螺杆调节两种形式，两种索头张拉方法是不同的。
4）张拉过程中索力的相互影响及控制措施
a、同跨竖索间的影响。
竖索张拉引起本跨钢梁向下变形，会使同跨已张拉竖索索力减小，减小值详见各步张拉计算结果，拉索索力减小不会对拉索的安全性产生影响。
b、邻跨竖索间影响。、
竖索的张拉会引起邻跨竖索索力略微增大，经对各施工步骤的索力进行总结，张拉过程中，竖索最大索力为5150N，略大于张拉完成后的最大索力5120N，而远小于拉索的设计索力，拉索的安全性不存在问题。
c、控制措施
拉索的相互影响采取以下措施进行控制：
选取索力衰减较小的张拉顺序，加强计算的准确性；
加强张拉过程的索力监测，尤其应注意索力敏感的拉索；
张拉完成后，加强索力调整，根据实测索力结果，对不满足要求的索力进行微调，微调时应注意对其它拉索的影响。
5）张拉施工过程需要注意问题
a、张拉过程中索力是不断变化的，绝对不能用目标索力（设计院提供或认可的张拉完成时刻的索力分布）作为张拉力，而应利用倒拆法，计算出每一步的张拉力，编制出各立面的张拉力表，作为张拉的依据。
b、应详细计算每一个张拉步骤的结构受力情况和索力变化情况，保证结构构件和拉索受力不超过极限状态设计值，有足够的安全储备。
c、张拉过程中，结合施工仿真计算结果，加强对索力和变形的监控。根据监测结果，如果发现索力或结构变形与理论计算结果不符，则停止张拉并分析原因，找到原因并提出解决方案后，才可以继续张拉。张拉过程中的监测数据填在相应的记录表格中。
d、为保证结构和张拉工装的安全，张拉操作应严格控制张拉力，张拉力不得超出理论值10%。拉索伸长值受影响因素很多，张拉过程中作为辅助控制手段，各索伸长值列于目标索力表中。
e、本工程上部桁架及支撑为拉索的边界结构，其变形直接影响拉索的受力变化和后期的使用安全，因此在张拉过程中应着重对其变形进行监控。
f、索网张拉完成状态作为预应力索网施工的验收状态。对此状态下的索力进行实测，根据测量得到的实际索力，调整计算模型，对索网结构在各种荷载工况下的安全性进行验算。根据计算结果，如果索网的安全性有保证，可以进行下一步的工作。如果由于索力的误差导致索网的安全性不能保证，必须对索力进行调整，直到满足要求为止。
（4）温度修正
本工程设计基准温度为15℃，施工方案中计算的张拉完成索力值及张拉力值均为15℃的数值。当张拉时温度差别较大时，应当计算温度修正值。张拉时根据当时平均日温度，张拉力计算值与修正值叠加即为实际张拉力数值。
表1 张拉力温度修正表
（5）预应力钢索张拉测量记录
张拉前可把预应力钢索自由部分长度作为原始长度，当张拉完成后，再次测量原自由部分长度，两者之差即为实际伸长值。
除了张拉长度记录，还应该对压力传感器测得压力和全站仪测得钢结构变形记录下来，以对结构施工期行为进行监测。
（6）张拉验收
预应力钢索张拉采用双控，即预应力钢索的拉力、变形值。预应力钢索张拉完成后，应立即测量校对。如发现异常，应暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。24小时候后再对个别索力进行检测，确定索力稳定后，可以进行张拉验收。
（7）张拉过程安全控制
1）张拉过程严格控制，控制加压速度，控制实际施加拉力不超过计算张拉力的10%。
2）选择合理的张拉顺序，尽量使结构对称受力，控制平面桁架的平面外扭矩。
3）张拉过程中加强索力和变形的监控，监控数据误差较大时，应暂停张拉，分析误差原因。
4）钢结构验收合格，才能进行张拉。
5）采用不同的测力手段进行索力测量，力求测量的准确性。
6）采用双控的方法进行张拉，张拉力作为主控项目，伸长值作为校核。
7）张拉工装安装合格才能加压，工装的形心应与拉索的形心保持一致。
8）根据张拉结果进行控制
张拉过程中各项指标均与张拉完成时刻比较接近，从张拉过程中结构的受力状态来看，张拉方案是比较合理的。
总结张拉过程中的索力，最大索力值远小于极限状态的索力设计值，张拉过程应严格控制张拉力不要偏差太大，以保证张拉过程的安全。
3.结束语
本工程通过拉索幕墙的应用，成功展现了设计理念，代表了城市广场建筑的独特风格，展现了城市的特色与魅力，增强了各地来该城市旅客的城市印象，值得推广。
论文作者:蓝攀
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/12
标签：拉索论文; 拉力论文; 预应力论文; 钢索论文; 幕墙论文; 过程中论文; 结构论文; 《基层建设》2016年12期论文;