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摘要：随着社会经济的迅速发展，建筑物功能与结构日益完善，人们对建筑物的审美品味也日渐提高，相应地，对建筑外围装饰施工的技术要求也不断提高。建筑幕墙逐渐朝着薄、透、亮的方向发展，这促进了玻璃幕墙的广泛应用。玻璃幕墙允许其支承结构体系相对主体结构有一定的位移偏移量，且不分担主体结构所承担的建筑外的围护结构或装饰结构。而单层索结构具有较强的稳定性，特别是水平向光滑连续的预应力拉索结构依稀，大大增强了建筑结构的通透性，突出了建筑的个性，满足了现代人的审美需求，受到广泛认可。因此单层索结构在建筑幕墙中的应用成为了社会关注以及相关学者研究的重要内容。本文分析了单层索结构的优势，并对单层索结构幕墙设计及施工要点进行深入探析，以期能够为业内人士提供参考。
关键词：单层索结构、建筑工程、玻璃幕墙、设计、应用
1 引言
随着社会经济与科学技术的高速发展，我国建筑建设与发展取得显著成绩。与此同时，单层索结构作为一种新型的建筑幕墙结构，其与玻璃幕墙等的结合，有助于展现现代建筑艺术理念与结构美学。满足人们对建筑日渐增长的功能性以及审美要求，这都极大地推动了单层索结构在建筑幕墙中的应用探究。因而，本文对单层索结构在建筑幕墙中的应用分析具有现实意义。
2 单层索结构幕墙概述
2.1单层索结构的发展历史
自十九世纪初期，工业革命的高速发展给建筑结构技术带来了积极的动力，建筑与结构很难再分开。建筑师不能像画家一样进行虚构，必须综合考虑建筑功能、施工材料、城市整体规划以及成本等多方面因素，同时还需要考虑施工工艺与建筑结构的可行性与合理性。在进行幕墙施工设计的时候坚持以人为本、天人合一的原则，且施工理念与施工技术也得到了很大的改进。单层悬索结构体系点支式玻璃幕墙，其受力索双向承力的工作状态与双层索杆体系的单向受力相比，单层悬索结构构造简单，索的工作效率大大提高，幕墙的体形更加薄、透、轻盈。
2.2单层索结构的优势
当前，人们开始探索更多的性能需求与建筑功能，因而评价建筑是否符合当前社会发展需求，不仅仅要评价建筑功能与性能，还应考量建筑所表现出来的艺术化美学成分。幕墙作为现代化建筑物的“脸面”，不仅受到人们的重视，更是现代建筑物的重要标志。单层索结构幕墙主要是以悬索结构为支撑点，在应用的过程中以幕墙作为主要的建筑结构面，它是一个单层索结构组成的综合性结构，不仅可以节省施工材料，还可以满足现代人的审美需求。而幕墙逐渐与艺术相互融合，也就是说幕墙逐渐成为了艺术的产物，它不同于绘画、雕刻或者音乐等其他艺术表现形成，幕墙与结构美学的关系是一种相互促进与相互融合的关系。
3 单层索结构幕墙设计
3.1单层索结构幕墙设计内容
一是单层索结构幕墙的安全性设计。单层索结构通过带调节端的端头连接系统，固定于主体结构上，单层索结构幕墙设计关系到整个工程建设的质量与安全性，其设计过程是对幕墙设计规范要求的进一步传递，也是保证工程整体质量的前提条件。在进行单层索结构幕墙设计时，要考虑到既有建筑主体的剩余使用年限，在原材料材质和施工工艺选择方面不仅要考虑单层索结构幕墙的建设成本，还要保证原材料的质量，其必须达到建筑要求的下限值，以保证工程整体施工质量。
二是单层索结构幕墙的使用年限设计。改造后的建筑的使用年限不能低于建筑主体结构剩余使用年限，否则在使用到期后，会对既有建筑主体造成破坏。
三是单层索结构幕墙的索网变形（空间压缩）及应力关系设计。单层索结构幕墙是由单个单层索结构单元和多个单层索结构幕两种形式的幕墙组成，单层索结构幕墙对建筑结构的空间压缩能力比较强，它可通过不同节点来适应玻璃幕墙的结构索网变形和预应力之间的关系，因此对关键节点的索网变形和预应力设计十分重要。
四是单层索结构幕墙的整体艺术形式设计。对于一些房屋基础较高的应该进行改造升级，单层索结构幕墙设计突出文化意蕴，维持特色建筑文化。对于一些没有实际价值的房屋可以拆除或者重建，但是还需要结合建筑空间原型，保留建筑形式的精髓，与周围建筑和环境相融合。
图1 钢索结构布置示意图
3.2单层索结构幕墙设计要点及难点。
一是幕墙初始预应力分析及强度设计。幕墙初始预应力分析是设计的关键项点。如果预应力过大会导致索网结构变形过大，预应力太小会又导致拉索规格加大。单层索结构抵抗风荷载的方式为跨中弯曲变形，这对钢索和节点结构的强度要求较高。同时，单层索结构质量与强度必须达到国家标准，即钢索上每一个节点都要依照建筑要求，达到所要求的结构强度。即能够抵抗玻璃自身重力荷载以及风荷载。
二是建筑幕墙的各项性能及美学设计。随着人们在衣食住行各个方面体验要求的不断提高，现代化建筑物的空间与功能必须不断地进行优化与完善。为了满足建筑幕墙的各项性能要求，必须对内部空间的功能需求和审美需求进行综合考虑。如将居室和厨房空间进行隔离，避免相互影响，且需保证居室的隐蔽性与独立性。此外，单层索结构幕墙是一种实体形式，一个典型的建筑作品可以动通过多种表现形式进行表达，但是站在结构美学的角度进行分析，构造构件与节点都是结构的一部分，当前结构与整体具有密不可分的联系，也就是说结构构件间的各个实体组织构成了建筑整体。因此，在单层索结构幕墙设计时还需要遵循一定的原则，一是保留原来建筑特色单元，另一方面是将新的空间元素融合到建筑当中，不断完善功能需求。
4 单层索结构幕墙施工要点分析
4.1 对索网工况的综合考虑。
单层索网系统通过抗风索来抵抗风荷载，不同的建筑结构对钢索的受力要求存在较大差异，因而建筑结构与钢索受力情况有着直接的关系，且直接关系到工程最终建设质量。一方面，在挑选钢索的时候，须以质量为核心，采用预应力类型的钢索，如果施工条件较为恶劣，则需要采用铁质钢索。另一方面，由于单层索结构幕墙有结构外露的特点，大部分施工都是在露天环境下进行，因而钢索的整体强度受到多方面因素的影响。如钢索本身机构、材质属性以及受力方向等。搭设钢索施工过程中必须考虑这些因素，且须建立健全施工质量管理体系。钢管支架立柱应该在幕墙的上方，不得置于浮渣上面，立柱间距保持在1.5米，架子宽度在1.3到1.6米之间，每个钢架之间通过搭设钢管的方式相连接，以保证施工安全。
4.2 对钢索施加合理的预应力。
钢索预应力大小是否合理是建筑设计施工的一个重要内容，也就是说只有保证钢索预应力大小合理、比例协调，才可以保证建筑结构整体形态美观，从而给观赏者呈现美的享受与视觉冲击。而不合理预应力所形成的不合理的建筑结构常常让人反感，不仅无法保证建筑结构的稳定性与安全性，还会降低建筑物的使用寿命。在一定程度上，建筑结构的合理性是实现建筑整体艺术效果的基础与前提，也是实现建筑艺术表现形式的必要条件。在实际施工过程中，通过所施加预应力拉伸处理，可使钢索的预应力设置满足单层索结构幕墙的可靠性要求。对于钢索施加预应力时，注意不得对钢索进行锁紧处理，同时要根据温度变化情况不断调整预应力大小。
4.3对索网结构进行配重检测与玻璃安装。
前期施工项点均已完成，并在安装玻璃之前，要严格遵循施工要求与施工标准对索网结构进行配重检测，满足不同安全规程和施工安全技术要求，并对施工涉及的每个环节进行严格的监督与管理。在安装配重物的过程中，保证玻璃重力与玻璃重量负荷满足1：2的基本比例。然后对配重物节点进行测量，将误差严格控制在3厘米之内，并且对索内力和边缘节点的变形情况与应力大小进行全面记录，在配重检测结束之后依照先下后上的顺利进行玻璃安装，以此可有效降低玻璃自重带来的不利影响。
5结束语
综上所述，随着社会经济的不断发展，人们对建筑艺术的美感要求必将越来越高。单层索结构作为实现幕墙通透性的一种良好的建筑形式，在一定程度上推动了建筑行业的发展，具有广阔的发展前景。与此同时，单层索结构在设计和施工过程中还应综合考虑多种相关因素，同时控制施工要素，保证施工质量，文章从几个角度就单层索结构在建筑幕墙中的应用进行分析，对单层索结构幕墙工程的方案选择以及设计施工要点进行论述，
以期能够为相关人员提供参考。
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论文作者:胡小军
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第28期
论文发表时间:2019/8/23
标签：单层论文; 幕墙论文; 结构论文; 建筑论文; 钢索论文; 预应力论文; 建筑结构论文; 《建筑细部》2018年第28期论文;