透明屋面設計

1、1概述透光屋面也稱為采光頂，它由透光面材和支承結構組成，是一個完整的結構系統(tǒng)。透光屋面通常與豎直平面交角大于15。與豎向平面交角小于15的部份歸入建筑幕墻。多數(shù)情況下透光屋面的底平面接近于水平面或者處于水平面上。由于建筑功能和建筑藝術的要求，透光屋面常常和不透光的屋面（如金屬屋面）構成一個屋面的整體。如國家大劇院為平面212m143m、高45.8m的落地橢球穹頂。兩端為金屬鈦板屋面，中部則為透明的玻璃屋面。玻璃穹頂由中央向四周傾斜度不斷加大，周邊部分與豎向平面夾角往往小于15，已進入幕墻的范疇。由于在同一屋面上難以完全劃分屋面與幕墻，因此其設計與施工也常要參照現(xiàn)行行業(yè)標準玻璃幕墻工程技術規(guī)范J

2、GJ102和金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范JGJ133的相應規(guī)定。目前，采光頂與金屬屋面工程技術規(guī)范正在籌劃編制中。2透光屋面的選型2.1透光屋面的外形建筑師根據(jù)建筑藝術和建筑功能首先決定透光屋面的外部形狀。常用的透明屋面外形有以下幾大類。1.平面及若干個平面的組合平面透光屋面可以水平放置或傾斜放置。實際上由于排水的需要，水平放置的屋面也有一定的排水坡度（通常3%左右）。若干個平面組成折面或角錐面，也廣泛應用于公共建筑和標志性建筑，其中最有名的是巴黎盧浮宮玻璃金字塔（底邊：36m36m）。天津泰達植物園的四角錐底邊達50m50m。2.微彎雙曲面和扁平雙曲面微彎雙曲面和扁平雙曲面在任意正交方向，曲率

3、的乘積（高斯曲率）大于零：K=KxKy0多數(shù)情況下曲面正放，形成上凸采光屋面；也有些工程采用下凹反放的方式，此時要采用內(nèi)排水措施。微彎雙曲面的矢高f通常為跨度的1/151/30；扁平雙曲面的矢高f通常為跨度的1/51/15。低矢高可以降低室內(nèi)空間高度，有利于節(jié)約能源。3.柱面一根直線（母線）沿著另一根曲線（準線）平行移動，便形成柱面。柱面為單曲面，其高斯曲率為零：當準線為圓弧時，形成最常用的圓柱面。此外，還有橢圓柱面和拋物線柱面，以及沿波形曲線生成的波形柱面。4.穹頂穹頂通常是球面或橢球面的一部份，位于建筑物的頂部。在許多大型公共建筑中，則常為落地的半球或半橢球。穹頂往往涵蓋了墻體和屋面。5.

4、雙曲拋物面雙曲拋物面常稱為馬鞍形曲面。它在兩個正交方向上曲率的方向相反，高斯曲率小于零：K=KxKy0雙曲拋物面通常由張拉雙向索網(wǎng)或雙向受拉膜生成。6.其它任意形狀的曲面有時，因建筑藝術的要求，透明屋面可以采用形狀復雜的或者組合的曲面，這時屋面的形狀只能通過其曲面各點的三維坐標來描述。采用復雜形狀透光屋面的著名工程有英國倫敦大英博物館擴建部份、意大利米蘭的新會議展覽中心等。2.2透光面板的相對位置在多數(shù)情況下，透光面板位于支承結構的上面或外面，將支承結構包封在室內(nèi)。但有時建筑師為了強調支承結構的形式美，也可以將支承結構顯露在室外，透光面板位于支承結構的下面或內(nèi)面，形成倒掛面板。北京香山植物園溫

5、室的蝸殼部份，鋼管桁架外露，中空玻璃倒掛在桁架下面。英國倫敦滑鐵盧高速列車站、德國法蘭克福機場高速列車站、德國萊比場國際博覽會等，均為倒掛玻璃透明屋面。2.3面板的支承方式透光面板可采用四邊金屬框支承。與玻璃幕墻的面板類似，框支承面板可采用明框、半隱框和隱框方式。在屋面坡度較大時，雨水不容易滯留，可采用明框面板。通常半隱框面板的外露金屬框與排水方向一致布置，避免灰塵和雨水積聚。玻璃面板還可以采用點支承，通過鋼爪或夾板固定玻璃。2.4支承結構支承結構可以采用玻璃肋，玻璃肋宜采用夾層玻璃，防止破碎墜落。點支承玻璃中的玻璃肋，應采用鋼化夾層玻璃。絕大多數(shù)支承結構為鋼結構。可以劃分為剛性結構、柔性結構

6、和混合結構三大類：1剛性結構：梁、拱、樹狀支柱；桁架和網(wǎng)架；單層和雙層網(wǎng)殼等。2柔性結構：張拉桿索體系；自平衡索桿體系；索網(wǎng)；整體張拉索穹頂?shù)取?混合結構：同時采用剛性結構和柔性結構的支承體系。3材料3.1透光面板玻璃大多數(shù)透光屋面的面板采用玻璃，選擇玻璃的品種時應考慮以下因素：1.安全為防止玻璃墜落飛散傷人，透光屋面的中空玻璃內(nèi)側（下側）玻璃應采用夾層玻璃；單片玻璃也應采用夾層玻璃。工業(yè)廠房的采光天窗，允許采用夾絲玻璃。玻璃中的夾絲在邊緣容易生銹使玻璃染上黃褐斑，影響美觀，民用建筑一般不采用。2.承載力當承載力有要求時，可采用鋼化玻璃。點支承玻璃，支承處的孔洞和夾板下會產(chǎn)生大的應力集中，應采

7、用鋼化玻璃及其制品。由于鋼化玻璃有自爆的可能，為防止玻璃肋自爆使面板失去支承而墜落，玻璃肋不應采用單片化玻璃。點支承玻璃肋應采用鋼化夾層玻璃。3.節(jié)能國家標準公共建筑節(jié)能設計標準GB50189已經(jīng)頒布，對透光部份的傳熱系數(shù)K和遮陽系數(shù)S已經(jīng)提出了明確要求。可以采用LowE玻璃來降低能耗，雙銀LowE中空玻璃可以達到傳熱系數(shù)K的要求。采用陽光反射玻璃、本體著色玻璃和遮陽LowE玻璃可以降低遮陽系數(shù)。有時還可以采用彩釉印花玻璃。當僅靠玻璃自身無法達到遮陽要求時，只能另加遮陽板或遮陽簾。3.1.2聚碳酸酯板聚碳酸酯板（即PC板）也稱陽光板，質輕，不發(fā)脆，上海鐵路南站圓形屋面部分已經(jīng)大面積采用。目前在

8、一般工程中應用還不多，主要是人們擔心其耐老化性能比不上玻璃。而且PC板在雨和冰雹沖擊下會發(fā)生大的聲響，被稱為鋼鼓效應，不便用于對噪聲控制較嚴的工程中。透明聚炭酸酯板的透光率依厚度不同，可為65%80%，著色板的透光率與顏色和厚度有關，從25%到65%都有，可按需要選擇。3.1.3ETFE薄膜和薄板ETFE薄膜為乙烯-四氟乙烯共聚物，透光度可達95%，有較高的抗拉強度，良好的耐久性和不燃性。常用厚度為：薄膜0.050.5mm，薄板0.5mm2mm。國家體育場（鳥巢）采用ETFE薄膜作為透光屋面。國家游泳館（水立方）則采用厚度為0.25mm和0.20mm的三層蔚藍色薄膜做成充氣氣枕，作為墻體和屋面

9、的面料。氣枕共約3000個，大小形狀各異，最大尺寸為9m，厚2.5m。氣枕充氣氣壓為100Pa。金屬材料3.2.1鋁合金型材鋁合金型材主要用于鋁框、柃條和梁。其性能應符合現(xiàn)行行業(yè)標準玻璃幕墻工程技術規(guī)范JGJ102的相關規(guī)定。3.2.2碳素結構鋼和低合金結構鋼這是支承鋼結構的大宗材料，包括熱軋型鋼、鋼管和冷成型薄壁型鋼。常用材質為Q235和Q345，要求有良好的可焊性能。表面常采用聚氨酯噴涂和氟碳噴涂。3.2.3不銹鋼材不銹鋼材主要用于鋼管結構和拉桿、連接件、點支承爪件。宜采用奧氏體不銹鋼，304、316牌號。拉索通常采用不銹鋼絞線，其直徑不應小于8mm。4建筑設計4.0建筑設計的范圍目前，透

10、光屋面的建筑設計分別由設計院的建筑師和承建廠商進行。設計院主要由建筑功能和建筑藝術的要求，對屋面進行選型，確定其形狀、支承狀態(tài)、板塊劃分、支承結構的類型和布置，進行熱工性能設計并選用面板材料。然后廠商根據(jù)這些要求進行深化設計，出施工圖并付諸實現(xiàn)。除選型和板塊劃分外，建筑設計通常還包含以下內(nèi)容：確定建筑性能；排氣排煙窗設計；排水；防火；防雷；安全措施；遮陽裝置；清洗裝置。4.1建筑功能設計4.1.1風壓變形在風荷載標準值wk作用下，剛性支承屋面的撓度不宜大于跨度的1/250。柔性支承屋面的撓度不宜大于跨度的1/200；索網(wǎng)的撓度不宜大于跨度的1/40。進行風壓變形檢測時，除撓度滿足上述要求外，透

11、光屋面不應出現(xiàn)面板破碎、板縫滲水漏氣和其它破損現(xiàn)象。4.1.2氣密性能在有空調、采暖、通風的要求時。屋面的氣密性能不應低于3級。并宜通過試驗予以驗證。4.1.3水密性能在熱帶風暴和臺風襲擊地區(qū)，水密性設計可按下式取值，固定部分取值不宜小于1000Pa：在其它地區(qū)，可按式（1）計算值的70%采用，且固定部分不宜低于700Pa。由上述取值P可決定屋面固定部份的水密性等級。開啟部份水密性按與固定部份相同等級采用。水密性能宜通過水密試驗驗證。保溫隔熱性能透光屋面的保溫隔熱性能要求按公共建筑節(jié)能設計標準GB50189決定。選定面板材料后，分別進行熱工計算。4.1.5光學性能和遮陽設施根據(jù)遮陽系數(shù)要求和透

12、光條件選用相應的玻璃牌號，決定是否采用遮陽措施。4.2排氣窗和排煙窗復蓋面積較大的透光屋面，宜設置排氣窗、排煙窗。當屋面高度不大于12m，可采用開啟扇自然排風、排煙；當屋面高度大于12m時，應采用機械排風、排煙。排氣窗、排煙窗的開閉宜采用電動方式。4.3排水設計要根據(jù)透光屋面的外形，合理組織排水途徑，設置天溝、落水管等排水設施。排水量宜考慮當?shù)?0年一遇、20分鐘最大降雨量。排水口應有防止堵塞的措施。平屋面要有排水坡度，考慮到玻璃自身有向下的彎曲，屋面總排水坡度不宜小于3%。索網(wǎng)有很大的撓度，平面索網(wǎng)宜傾斜布置以防止中部積水。有可能結露時，透光屋面室內(nèi)側應設接水槽并形成冷凝水的排水系統(tǒng)。接水槽

13、也可以結合支承結構的型材截面形式統(tǒng)一考慮，此時應注意各層型材截面接水槽的位置要相配合，應能順暢排水。4.4防火屋面支承結構的防火要求要根據(jù)室內(nèi)空間的情況決定。屋面高度較大，室內(nèi)可燃物也較少的條件下，屋面支承結構可不設防火表面層。一般情況下支承鋼結構宜設置表面防火涂層。大型公共建筑（如會展中心等）室內(nèi)設有防火玻璃隔斷時，處于防火隔斷兩側的屋面板塊應采用防火玻璃及其制品。4.5防雷如果透光屋面周邊與較高的建筑緊鄰，周邊建筑能提供有效防雷能力，則較低的屋面不必單獨進行防雷設計。一般情況下，透光屋面的金屬支承結構應相互導通，形成完整的防雷體系，并與主體結構防雷體系連通。必要時，可在屋面最高點設置接閃器

14、。屋面鋼結構應與主體結構防雷體系連接，利用主體結構防雷系統(tǒng)接地，構成導電回路。實測透光屋面支承結構的接地電阻不宜大于5。4.6安全措施4.6.1玻璃透光屋面的單片玻璃應采用夾層玻璃；中空玻璃的室內(nèi)側應采用夾層玻璃。點支承面板的夾層玻璃應由鋼化玻璃制作。玻璃肋應采用夾層玻璃；點支承玻璃肋應采用鋼化夾層玻璃。4.6.2倒掛隱框玻璃倒掛隱框玻璃應加金屬連接件，防止結構膠失效導致玻璃墜落。4.6.3ETFE薄膜ETFE薄膜，尤其是氣枕屋面，外側應設置防鳥網(wǎng)，防止薄膜被鳥喙啄破。落地球頂、橢球頂，應在周邊設置水面或綠化帶防止人為的損壞。4.7遮陽措施設在透光屋面外側（上側）的遮陽板對遮陽特別有效。也可以

15、在內(nèi)側（下側）設置遮陽簾。遮陽板和遮陽簾宜采用電動操作方式。也可以采用智能化系統(tǒng)進行自動控制。4.8清洗設備人力清洗和機械清洗是目前常用的清洗方法。采用人力清洗方案時，傾斜、彎曲的透光屋面應設置固定繩纜和小吊凳用的固定掛鉤或固定軌道。機械清洗可采用回轉式清洗機，相應設置環(huán)形軌道；也可采用吊籃式清洗機，相應設有清洗機的移動軌道。在我國目前污染較重的大氣條件下，采用自潔玻璃的效果，尚需通過實踐經(jīng)驗來判斷。4.9除冰雪措施位于寒冷和嚴寒地區(qū)的透光屋面，可設置電熱式溶雪和除冰設備。新建的中央電視大樓已在屋面和檐口采取了這種設施。5結構設計一般原則5.1荷載和作用透光屋面的荷載和地震作用，可參照建筑結構

16、荷載規(guī)范GB50009和建筑抗震設計規(guī)范GB50011的規(guī)定。5.1.1重力荷載作用于屋面的自重、活荷載、雪荷載，可按荷載規(guī)范GB50009的相應規(guī)定采用。對于有可能積水的屋面，尚應考慮50年一遇、20分鐘最大降雨量，扣除排水量后作為屋面的積雨荷載。5.1.2地震作用透光屋面應考慮水平地震作用和豎向地震作用。1.對于面板和直接與面板連接的支承結構，地震作用可按下式計算： 式中，為地震作用系數(shù)，由設防烈度決定其數(shù)值，7、8、9度設防時，分別為0.08、0.16和0.32；G為面板或支承結構的自重。2.間接支承面板的支承結構，宜與主體結構一起，通過地震反應分析決定其地震作用的數(shù)值。作為近似的取值，

17、豎向地震力可取結構支承的全部自重的10%（7度抗震設計）和20%（8度抗震設計）。這個數(shù)值約（2-2）式取值的40%，但大于常規(guī)屋面結構豎向地震力的取值，已經(jīng)具有較大的安全儲備。風荷載溫度作用對于面板，由于板縫和安裝空隙可以允許其溫度變形，因此一般不進行溫度應力計算。支承鋼結構宜進行溫度作用的計算。溫度變化值可近支承結構可能的年間溫度變化值決定，一般可考慮30。拉桿和拉索、索網(wǎng)等預張拉結構，應對張拉時溫度與年間最高、最低溫度的溫差進行核算，此溫差可按實際情況取值。5.2荷載和作用效應的組合5.2.1組合荷載和作用效應的標準值Sk應按荷載規(guī)范GB50009的規(guī)定進行組合：分項系數(shù)1.承載力計算2

18、.撓度和變形計算所有分項系數(shù)均取為1.0。組合值系數(shù)1.一般情況下，除永久荷載外，所有可變荷載和作用效應的組合值系數(shù)依其參加組合的順序取值，第一、第二和第三個可變荷載和作用效應的組合值系數(shù)分別取為1.0、0.5和0.2。2.當永久荷載的分項系數(shù)取為1.35時，只有豎向荷載和作用參與組合，此時第一、第二、第三個可變荷載和作用效應的組合值系數(shù)分別取為0.6、0.3和0.1；考慮豎向風荷載時，向下的風荷載組合值系數(shù)取為0.7，其它可變荷載不考慮。5.3材料強度設計值屋面設計時，結構的總安全系數(shù)K由荷載及作用的分項系數(shù)K1和材料系數(shù)K2來表示：K=K1K2（5）透光屋面的風荷載、施工荷載或雪荷載起控制

19、作用，K1為1.4。所以材料系數(shù)K2可由K/1.4決定，K2的數(shù)值可按下表采用：表1材料系數(shù)K2材料強度設計值f應按下式采用：F=fk/K2（6）式中fk-材料強度標準值。金屬材料強度標準值一般按其屈服強度標準值采用，但拉索以其抗拉強度標準值作為材料強度標準值fk。材料強度設計值可按現(xiàn)行行業(yè)標準玻璃幕墻工程技術規(guī)范JGJ102的規(guī)定采用。5.4面板材料的力學性能玻璃玻璃的力學性能可按玻璃幕墻工程技術規(guī)范JGJ102-2003第5.2節(jié)的規(guī)定采用。5.4.2聚碳酸酯板聚碳酸酯板（陽光板、PC板）自重輕，有高的耐沖擊強度（為玻璃的100200倍），其主要力學性能見表2。表2聚酯酸酯板力學性能有機玻

20、璃有機玻璃即增塑丙烯酸甲酯聚合物，其力學性能見表3表3有機玻璃力學性能氟素樹脂板氟素樹脂板即PVDF，具有氟碳材料的高強、耐老化，耐污染性能，其力學性能見表4。表4氟素樹脂板的力學性能ETFEETFE為乙烯一四氟乙烯共聚物，可以為膜材（厚度0.050.5mm）也可以為板材（厚度大于1mm），為高性能、耐久的透光材料，其力學性能見表5。表5ETFE材料的力學性能6玻璃面板設計6.1玻璃面板的構造要求面板厚度1框支承面板框支承面板單片玻璃厚度不應小于6mm；中空玻璃和夾層玻璃中單片玻璃厚度不應小于5mm，且兩片玻璃的厚度相差不宜大于3mm。2點支承面板四邊形面板一般可采用四點支承，有依據(jù)時也可以六

21、點支承；三角形面板可采用三點支承。玻璃面板支承孔邊與板邊緣的距離不宜小于70mm。采用浮頭式連接件或夾片連接件的點支承玻璃厚度不應小于6mm；采用沉頭式連接件的點支承玻璃厚度不應小于8mm。夾層玻璃和中空玻璃中，安裝連接件的單片玻璃厚度也應符合上述要求。6.1.2邊緣處理玻璃面板應進行機械倒角和磨邊，磨邊應達到細磨等級，倒角不宜小于1.0mm?？蛑С忻姘宓牟Ａн吘壉肋?、崩角不應大于5mm；點支承玻璃不應有崩邊、崩角。6.1.3密封玻璃面板之間的板縫寬度不應小于10mm。有氣密性、水密性要求時，板縫應采用硅酮建筑密封膠嵌縫。用于鍍膜面和夾層玻璃的建筑密封膠應為中性膠。采用爪件支承裝置時，點支承玻

22、璃支承孔周邊應進行可靠密封。中空玻璃的爪件支承孔周邊應采取多道密封措施。明框板縫應設置等壓腔，并設置有效的排水通道。6.1.4點支承玻璃的支承裝置支承裝置可以采用穿孔支承的X形、H型和環(huán)型抓具，也可以采用非穿孔式支承的鋼夾板。支承頭應能適應玻璃面板在支承點處的轉動變形。支承頭的鋼材與玻璃之間應設置彈性襯墊，襯墊厚度不宜小于1mm。夾層玻璃的支承頭可以只在內(nèi)層玻璃處支承，這能有效地防止支承處的氣滲和水滲。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難的，尤其是四邊形面板，三點定位后第四點會懸空。因此，面板與支承結構的連接點應能在玻璃平面外具有調節(jié)能力，減少強行裝配產(chǎn)生的裝配應力，防止

23、玻璃破碎。6.2玻璃面板的計算6.2.1計算基本原則玻璃面板在工作狀態(tài)下?lián)隙冗h大于板厚，計算時應考慮大撓度幾何非線性的影響。玻璃面板的應力可采用考慮幾何非線性的受彎板有限元方法進行計算。在實際工程設計中，也可以采用小撓度彈性薄板計算公式，考慮大撓度影響修正的實用計算方法進行計算。玻璃的框支承邊作為簡支邊考慮；點支承處法向位移受約束，其它位移和轉角約束視實際支承情況決定。6.2.2單片玻璃的受彎計算1.承載力計算在玻璃自重、風荷載、活荷載或垂直于板面的地震作用下，玻璃處于受彎板的工作狀態(tài)，其最大應力標準值可按下式計算：系數(shù)m和可按玻璃幕墻工程技術規(guī)范JGJ102的規(guī)定采用。各種荷載作用下產(chǎn)生的應

24、力標準值應按（4）式進行組合，所得的應力設計值不應超過玻璃的強度設計值。2.撓度計算單片玻璃的剛度D可按下式計算：式中v為玻璃的泊松比，可取為0.2。玻璃的撓度可按考慮幾何非線性的有限元方法計算，也可按下式計算：夾層玻璃和中空玻璃的計算1.荷載或作用在兩片玻璃上的分配1）夾層玻璃承受的荷載和作用，按其剛度比例分配到各單片玻璃上：2）中空玻璃各單片玻璃承受的地震力，按各片玻璃自重分別進行計算。各單片玻璃的自重產(chǎn)生的應力也分別進行計算。中空玻璃承受的荷載、活荷載、雪荷載和積雨荷載，按下式分配到兩片玻璃上：式中q1-直接承受荷載的單片玻璃的分配值。3）由夾層玻璃組成的中空玻璃，首先按（12）式計算夾

25、層玻璃的等效厚度te，將夾層玻璃視為等效的單片玻璃，再按式（11）式進行內(nèi)外片荷載分配，然后將分得的內(nèi)外片荷載q1、q2再按（10）式分配到各單片玻璃上。2.等效厚度6.3硅酮結構密封膠設計構造要求硅酮結構密封膠粘結構寬度和厚度由計算確定，且寬度不應小于7mm，厚度不應小于6mm。硅酮結構密封膠的粘結寬度Cs宜為粘結厚度ts的1.0-2.0倍。隱框板塊中的結構膠粘結寬度不宜大于12mm，必要時可以用雙面膠條將過寬的結構膠劃分為較窄的兩條。隱框倒掛玻璃必須有金屬件連接或承托。6.3.2粘結寬度隱框玻璃板塊在風力和地震作用下；硅酮結構密封膠的粘結寬度可按下式計算：7支承結構設計7.1玻璃梁設計構造

26、要求玻璃梁（肋）作為玻璃面板的主要支承時，應采用夾層玻璃；點支承面板的支承玻璃梁，應采用鋼化夾層玻璃。夾層玻璃梁的單片厚度不宜小于8mm。玻璃梁截面高度不宜小于150mm。兩端支承的玻璃梁宜采用簡支。7.1.2截面設計兩端支承的玻璃梁可按簡支梁計算其應力和撓度；外挑玻璃梁可按懸臂梁考慮。在各種荷載和作用下，梁的應力標準值應按（4）式進行組合，組合后的應力設計不應大于玻璃的側面強度設計值fg。撓度組合后的數(shù)值df不應大于跨度的1/200；懸臂梁的跨度可取為外挑長度的2倍。7.1.3梁的橫向穩(wěn)定當梁跨大于6m時應進行平面外穩(wěn)定計算，并宜采用附加橫向玻璃肋或橫向拉桿、拉索等防止側向失穩(wěn)的構造措施。7

27、.2鋼支承結構的構造要求7.2.1單根型鋼或鋼管1.構件的長細比不應大于150；2.鋁型材截面主要受力部位的厚度不應小于：當梁跨度大于1.2m時：2.0mm；當梁跨度大于1.2m時：2.5mm；鋁型材孔壁與鋼螺釘之間采用螺紋受拉連接時，其截面局部厚度不應小于螺釘?shù)墓Q直徑。3.熱軋鋼型材截面主要受力部位的厚度不應小于2.5mm；冷成型薄壁型鋼截面最小厚度不應小于2.0mm。4.鋼管外直徑不宜大于壁厚的50倍，鋼管壁厚不宜小于3mm。5.型材截面自由挑出部位和雙側加肋部位的寬厚比b0/t應符合表6的要求：表6型材截面寬厚比限值b0/t桁架、網(wǎng)架或網(wǎng)殼1.可采用型鋼或鋼管作為桿件，單根桿件應符合7

28、.2.1節(jié)的構造要求。2.鋼管桁架宜在節(jié)點處直接相貫焊接，支管不應穿入主管，主管不宜開孔。網(wǎng)架或網(wǎng)殼可采用焊接球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、圓盤節(jié)點或專用節(jié)點板連接。3.桿件宜中心交匯，桿件之間的交角不宜小于30度。4.軸心受拉或偏心受拉桿件的長細比不宜大于350；軸心受壓或偏心受壓桿件的長細比不應大于150。5.桁架單向布置時，如果平面外支承點相距較遠，應設置正交方向上的穩(wěn)定支撐結構。7.2.3張拉桿索體系1應在正反兩方向上形成能承受自重、風荷載、地震作用的穩(wěn)定的結構體系；在主要受力方向的正交方向，必要時應設置穩(wěn)定性拉桿、拉索或桁架。2連接件、受壓桿和拉桿宜采用不銹鋼材料，拉桿直徑不宜小于10mm；自

29、平衡體系的受壓桿件可采用結構鋼。拉索宜采用不銹鋼絞線、高強鋼絞線，可采用鋁包鋼絞線。鋼絞線的鋼絲直徑不宜小于1.2mm，鋼絞線直徑不宜小于8mm。采用結構鋼和高強鋼絞線時，其表面應作防腐涂層。3與主體結構的連接部位應能適應主體結構的位移，必要時設置彈簧機構和滑動機構。主體結構和連接件應能承受拉桿或拉索的預拉力和荷載作用。4受壓桿件的長細比不應大于150。5拉桿不宜焊接；拉索可采用冷擠壓錨具連接，拉索不應采用焊接。6張拉桿索體系的預拉力最小值，應能使拉桿或拉索在荷載和溫度變化下，保持一定的拉力儲備。7.2.4索網(wǎng)1.一般情況下宜雙向布索?？缍炔淮笥?5m時，可以采用單向布索。2.索距不宜大于2m

30、，單片玻璃面積不宜大于3m2。3.拉索宜采可不銹鋼絞線，可采用高強鋼絞線或鋁包鋼絞線。高強鋼絞線表面應有防腐層。拉索直徑不宜小于12mm。4.拉索端部應采用冷擠壓錨具固定后，與邊緣構件相連接。邊緣構件應能承受拉索的初拉力和荷載、溫度變化的拉力。錨具應能調節(jié)索的預拉力。5.拉索的初拉力應能滿足拉索承載能力的要求。在荷載和溫度變化作用下，仍能保持最小的拉力，拉索不會松弛。6.拉索應與點支承爪具或夾板可靠連結，并盡可能貼近面板。7.3支承結構計算7.3.1內(nèi)力分析單根構件（梁、拱等）可采用結構力學方法直接進行計算。一般情況下支承鋼結構采用計算機軟件分析，基本分析方法為有限元。柔性結構分析時考慮幾何非

31、線性。常用的國內(nèi)分析軟件有3D3S、MSGS、MSTCAD等；此外還廣泛采用國際通用軟件SAP、ANSYS、ETABS、MIDAS等。大跨度的、形狀復雜的透光屋面，支承結構宜采用兩個以上的軟件進行對比分析。拱和單層網(wǎng)殼要特別注意在不對稱荷載、局部荷載下的穩(wěn)定性問題。7.3.2截面設計鋼結構件設計按現(xiàn)行國家標準鋼結構設計規(guī)范GB50017和冷彎薄壁型鋼結構設計規(guī)范GB50018進行。各種荷載和作用在構件截面上產(chǎn)生的最大應力標準值應按（4）式進行組合，組合后的應力設計值不應大于材料強度設計值f。7.3.3撓度控制由荷載和作用標準值產(chǎn)生的撓度，應按式（4）進行組合，垂直于屋面的撓度值df，不宜超過表

32、7的限值df.lin。表中，l為受力方向支承點的距離。當為懸臂結構時，l可取挑出長度的2倍。8連接設計8.1透光面板與支承結構的連接玻璃面板和玻璃梁的連接點支承面板通過爪具或夾板與玻璃梁采用螺栓連接，宜采用直徑不小于8mm的不銹鋼螺栓；連接板應采用不銹鋼板，厚度不宜小于6mm。連接板與玻璃梁之間的接觸面可以打粘結膠。板縫間宜采用中性硅酮建筑密封膠填縫。邊支承面板通過結構膠與玻璃梁連接，膠縫受剪面的寬度CS應按（14）、（15）式計算。用于夾層玻璃梁的硅酮結構密封膠應為中性膠。8.1.2面板和金屬支承結構的連接點支承透光面板的支承裝置（爪件或夾板）可以采用螺栓或焊縫與支承結構連接。螺栓應有防滑脫

33、措施?？蛑С型腹饷姘逋ㄟ^耳板、壓板或掛鉤與支承結構采用螺釘或螺栓連接。連接件的距離、螺栓螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量由計算決定。螺栓孔、螺釘孔邊至連接件邊緣的距離不應小于孔徑的1.5倍?？字行拈g距不應小于孔徑的3倍。網(wǎng)架、網(wǎng)殼可以采用節(jié)點圓盤或從節(jié)點球上伸出連接圓盤與面板螺栓連接。8.2支承結構之間的連接次要支承結構（橫梁、柃條）宜采用螺栓與主要支承結構連接，連接件厚度不宜小于3mm，每處連接螺栓不宜少于2個，直徑不宜小于6mm。必要時宜采用長圓孔以適應主要支承結構的位移。8.3支承結構與主體結構的連接支承結構支承點的類型（固定支座、鉸支座、滑移支座等）應與計算假定一致，而且能適應主體結構的位移。在兩座獨

34、立的主體建筑之間架設透光屋面時，應根據(jù)罕遇地震時兩座建筑的位移量決定支承點的型式。位移量小時可采用長圓形螺栓孔支座、剪切型疊層橡膠支座和鋼板滑移支座等；位移量較大時可以采用多鉸搖臂支座、輥軸支座等；位移量很大時可以采用彈簧支座如北京土城移動電話局、中國網(wǎng)絡安全管理中心等工程，位于北京8度設防地區(qū)，罕遇地震下兩座建筑間相對位移達到150mm，架設于其間的單層雙向索網(wǎng)，每根水平拉索的拉力超出預定值時，定拉力鋼桿（保險桿）被拉斷，拉力轉由彈簧承受，可使伸長增大而拉索內(nèi)力保持定值，不致于被拉斷。8.4預埋件透光屋面支承結構的支座，宜通過預埋件與混凝土主體結構連接，預埋件應在主體結構混凝土澆筑前放入，并

35、可靠地固定其位置。由錨板和對稱配置的錨固鋼筋所組成的受力預埋件，可參照玻璃幕墻工程技術規(guī)范102附錄的方法設計。8.5后加連接件當未設預埋件或預埋件位置偏差過大時，只能通過后加連接件與混凝土主體結構連接?？缍却蟆⑹芰Υ蟮闹С薪Y構的支座，宜采用植筋方法設置后加連接件。植筋的埋置深度應滿足錨固長度的要求，所以要求鉆設深的植筋孔，此時要特別注意避讓主體結構內(nèi)的主要受力鋼筋。當鉆孔深度無法達到錨固深度要求時，應采用增加錨筋數(shù)量、補打錨栓的辦法以數(shù)量來彌補深度不足的影響。當采用錨栓來設置后加連接件時，應符合以下要求：1應采用正規(guī)廠家產(chǎn)品，產(chǎn)品應有出廠合格證。2碳素鋼錨栓應經(jīng)過防腐處理。3應進行承載力現(xiàn)場

36、檢驗，檢驗方法可參照混凝土結構后錨固技術規(guī)程JGJ1454每個連接點不應少于4個螺栓。5錨栓直徑應過承載力計算確定，并且不應小于10mm。6與化學錨栓接觸的連接件，在其熱影響區(qū)范圍內(nèi)不宜進行焊接操作。7錨栓承載力設計值應按其極限承載力除以材料性能分項系數(shù)K2后采用。對于可變作用，K2不應小于2.15，對于永久作用，K2不應小于2.50。8.6與主體鋼結構的連接支座與主體鋼結構的連接應事先設計。在主體鋼構件上開孔、焊接連接件等均宜在鋼結構加工時在工廠一并完成。在施工現(xiàn)場不宜對主體鋼結構構件進接進行焊接操作，只能與主體鋼結構構件事先焊好的連接板（件）進行焊接作業(yè)。9小結近年來，我國各種類型的透光屋

37、面都在大量建造，發(fā)展很快，但由于沒有相應的工程標準，設計施工技術要求尚未統(tǒng)一，存在一些安全上的問題。國外一些屋面工程的嚴重事故，特別是2004年中莫斯科水上樂園玻璃頂?shù)顾?、巴黎戴高樂機場候機樓屋頂?shù)顾仁鹿?，應足以引起我們對透光屋面設計、施工的重視。進一步總結國內(nèi)外的工程經(jīng)驗，為正在編制的工程標準提供更充分的技術依據(jù)，是今后我們應進行的重要工作。1復合鋁板幕墻的功用和制作安裝前的準備 復合鋁板幕墻的功用多屬于建筑外裝飾和外圍護型，即建筑物在本身已有普通磚墻或其它類型墻體。在其外面安裝的復合鋁板幕墻除了自身對建筑物的裝飾作用外，還對建筑物起到外圍護的作用。這樣的鋁板幕墻本身要求有較好的抗風壓、水

38、密性、氣密性能和耐候密封系統(tǒng)。 復合鋁板幕墻在制作安裝前應對建筑設計施工圖進行核對，并應對建筑物進行復測，按實測結果對原設計進行調整后方可加工組裝。加工幕墻構件所采用的設備、機具應能達到幕墻構件加工精度要求，其量具應定期進行計量檢定。 2幕墻板制作 2.1板型控制 復合鋁板幕墻的分割除了考慮裝飾效果外，還應考慮其抗風變形能力。幕墻板主要承受風載，其抗風載變形能力依賴于板的厚度、長寬比、支點間距和支承條件等。如果鋁板幕墻立面的分割太大，其板厚尺寸與長寬兩個方向的尺寸相比小得多，使板面在風荷作用下易產(chǎn)生撓度變形，影響幕墻整體效果。若設計不當，還會在板面上留下不可逆的塑性變形。另外，即使同樣的面積，

39、不同長寬比的板其撓度值也不同，如3.2m0.8m(長寬比=4)的板其抗風載變形能力就小于1.6m1.6m(長寬比=1.0)。 除撓度外，還應考慮熱伸縮。其伸縮值可按下式確定： 熱伸縮值(mm)=CthTL(m) T=Ta-Ti, 式中：Cth為熱伸延系數(shù)；L為復合鋁板長度；Ta為實際溫度；Ti為復合鋁板制作安裝時溫度；+T表示伸延；-T表示縮短。鋁板的熱伸縮值如表1所示。 表1鋁板熱伸縮值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

40、.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 在板型控制應用中，一般多綜合考慮以上各種因素，再根據(jù)實樣檢測和經(jīng)驗來確定面板組件的支撐固定方式和板后加強筋的位置及數(shù)量。 2.2復合鋁板的加工 復合鋁板可用一般機具進行裁切、鉆孔、修邊、彎折。 復合鋁板的制作與其支撐固定方式有關。通常沿四周距邊緣一定寬度溝槽、切角，再折成盆形板，然后在板后加鋁方管加強。四周通過鋁角碼(或鋁角鐵)與框架連接固定。這種安裝

41、方法較牢固、較果好，已被廣泛采用。 溝槽的槽型通常有半圓型、90U型、135U型等幾種型式。U型槽可獲得最小彎曲半徑。在彎曲時，板材將被拉長，因此原始板材加工長度要比成品的計算長度短一些。這個拉長的長度變化，與鋁的輥軋方向的橫向或平行向有關，應適當考慮彎曲條件進行試驗。 對于弧形板，由于復合鋁板有良好的加工性能，可在壓力制動機或帶三滾子的輥軋機上直接彎曲。板料在輥軋開始和末尾時，必須留出75100mm的直線部分以備切除，這是輥軋工藝要求。作為板后加強的鋁方管也可直接彎曲。 2.3復合鋁板的加工精度允許偏差(見表2) 表2復合鋁板的加工精度允許偏差 項目 允許偏差 (mm) 項目 允許偏差 (m

42、m) 厚度 3mm厚 0.04 對邊尺寸差 2000 2.5 4mm厚 0.04 2000 3.0 6mm厚 0.2 對角線長度差 2000 2.5 角度 3mm厚 1 2000 3.0 4mm厚 130 折彎高度差 1.0 5mm厚 230 平整度 2/1000 邊長 2000 2.0 孔距中心距 1.5 2000 2.5 2.4復合鋁板的存放和搬運 復合鋁板應傾斜立放。傾斜角不大于10，地面上應墊上厚三合板。搬運時應兩頭同時抬起，不要推拉以免損壞表面氧化膜或涂層。工作臺面應平整、無硬物，不可傷及鋁板表面。 3鋁龍骨制作 (1)截料尺寸允許偏差(見表3) 表3截料尺寸允許偏差 項目 允許偏差

43、 項目 允許偏差 直角截料 長度尺寸(L) 1.0mm 斜角截料 長度尺寸(L) 1.0mm 端頭角度() 10 端頭角度() 15 (2)截料端頭不應有明顯加工變形，毛剌不大于0.2mm。 (3)孔位允許偏差0.5mm，孔距允許偏差0.5mm，累計偏差不大于1.0mm。 (4)橫龍骨的截料尺寸應比實際尺寸短一些，以便安裝后留出一定間隙，使龍骨可以松動。 4安裝 4.1安裝前的準備 施工安裝前應檢查各連接位置預埋件是否齊全，位置是否符合設計要求。預埋件允許偏差：標高偏差10mm；軸線左右差30mm。 預埋件遺漏或位置偏差過大、傾斜時，應采取補救措施。幕墻預埋件和連接件應進行防腐處理，不同金屬材

44、料接觸處應設置絕緣墊層或采取其它防腐措施進行處理。 4.2橫梁與立柱安裝 (1)測量放線測量放線應與主體結構測量放線相配合，水平標高要逐層從地面引上，以免誤差累積。測量時風力不應大于四級，應沿樓板外檐彈出墨線或用鋼琴線定出幕墻平面基準線。從基準線外反一定距離為幕墻平面，以此線為基準確定立柱的前后位置，從而決定整片幕墻的位置。 (2)立柱安裝立柱先連接好連接件，再將連接件(鐵碼)點焊在預埋鋼板上，然后調整位置。立柱的垂直度可由吊錘控制，位置調整準確后，才能將鐵碼正式焊接在預埋鐵件上。安裝誤差要求：標高3mm；前后2mm；左右3mm。 立柱一般為豎向構件，是幕墻安裝施工的關鍵之一。它的準確和質量將

45、影響整個幕墻的安裝質量。通過連接件幕墻的平面軸線與建筑物的外平面軸線距離允許偏差應控制在2mm以內(nèi)，特別是建筑平面呈弧形、圓形、四周封閉的幕墻，其內(nèi)外軸線距離將影響到幕墻的周長，應認真對待。 立柱可以是一層樓高或二層樓高為1整根，長度可達7.5m，接頭應有一定間隙，不小于10mm，采用套筒連接法。連接件與預埋件的連接若為二層樓高或1整根時，為增強幕墻框架剛度，可適當增加立柱與主體結構的連接點。采用間隔的鉸接和剛接構造，鉸接僅抗水平力，連接點位置是磚砌體時，連接件不能采用膨脹螺栓，應采用穿墻螺栓固定；而剛接除抗水平力外，還應承擔垂直力并傳給主體結構。 (3)橫梁安裝橫梁一般為水平構件，是分段在立

46、柱中嵌入連接，橫梁兩端的連接件安裝在立柱的預定位置。橫梁套在連接件上，不要固定，并在制作時有意稍微縮短下料長度，使接頭處有一定間隙。由于立柱間是通過套筒連接，接頭處存在間隙，橫梁與立柱間同樣存在間隙，從而使立柱和橫梁安裝后能夠形成一個具有一定變形能力的框架骨架，以適應和消除建筑撓度變形和溫度變形的影響，提高其承載能力。但如果橫梁出現(xiàn)弧形、折線或折角，為防止橫梁脫落，應將橫梁與連接件固定。 橫梁的安裝精度：相鄰兩根橫梁的水平標高偏差不大于1mm，同層標高偏差不大于4mm，與立柱表面高低偏差不大于1mm。同一層的橫梁安裝應由下向上進行。當安裝完一層高度時，應進行檢查、調整、校正、固定，使其符合質量

47、要求。同層橫梁標高差不應大于5mm(寬度35m以下)、7mm(寬度35m以上)。 4.3復合鋁板安裝 復合鋁板制作成型后，整塊鋁板通過四周鋁角碼(或鋁角鐵)與龍骨連接，用螺絲固定在龍骨上，安裝簡便，但要注意安裝精度控制。 鋁板安裝精度：立面垂直度2mm;表面平整度3mm；陽角方正3mm；接縫平直0.5mm。 4.4耐候膠嵌縫 復合鋁板的接縫寬度除考慮立面的裝飾效果外，更要考慮受熱膨脹后的熱伸縮量。其接縫寬度可按下式計算： S1/+e l=LT(1-Kt) T=Kt 式中：S接縫寬度(mm)； 變形率(20%15)； 線膨脹系數(shù)(2410-6mm)； T溫度差； K溫度修正系數(shù)(0.8)； t表

48、面溫度差； e加工誤差(3mm)； Kt減低率(0.2)； l膨脹量(mm)； L幕墻板長度或寬度(mm)。通常的接縫寬度在1222mm范圍。 接縫必須用耐候膠嵌縫予以密封，防止氣體滲透和雨水滲漏。 嵌縫耐候膠注膠時應注意：充分清潔板間縫隙，保證粘結面清潔，并加以干燥；為調整縫的深度，避免三邊沾膠，縫內(nèi)充填聚氯乙烯發(fā)泡材料(小圓棒)；注膠后應將膠縫表面抹平，去掉多余的膠；注意注膠后養(yǎng)護，膠在未完全硬化前，不要沾染灰塵和劃傷。 鋁板幕墻安裝后，從上到下逐層將鋁板表面的保護膠紙撕掉，同時逐層同步拆架。拆架時應注意保護鋁板，不要碰傷、劃傷，最后完成整個幕墻工程的施工。 5工程應用實例 汕頭國際會展中

49、心是汕頭經(jīng)濟特區(qū)科技、文化交流活動中心，是汕頭市的重點工程。該工程建筑面積3.2萬m2，投資約2.3億元，采用框架結構。外墻為加氣輕質混凝土磚墻，外裝飾采用復合鋁板幕墻和隱框玻璃幕墻。外墻總面積1.62萬m2，其中復合鋁板幕墻面積1.3萬m2，其功能為建筑外裝飾和外圍護。 幕墻面板采用4mm厚復合鋁板，板材分塊面積大體為1.2m2.7m，折邊寬25mm，90U型槽，板后四周為鋁方管加強邊框，中間平加三道短向橫肋，以保證鋁板剛度。將幕墻面板固定在框架龍骨上的鋁角碼沿鋁板周邊布置，間距350mm，邊緣角碼距離邊端不大于100mm。豎龍骨每根長度根據(jù)不同層高采用6.6m、6.0m、4.5m三種規(guī)格。

50、并采用間隔的鉸接和剛接構造，即在樓層處采用剛接，在樓層中間采用鉸接，豎龍骨用套筒連接，橫龍骨分段在豎龍骨間嵌入連接，并在兩端預留一定的變形能力，在轉角處將橫梁與連接件固定以防脫落。幕墻分格縫寬20mm，內(nèi)填泡沫圓棒，外嵌耐候膠，并做出弧形凹向膠面。整個復合鋁板幕墻工程在制作和安裝過程中嚴格按前述要求施工，并且堅持上道工序不合格不得進行下道工序施工的質量控制原則，使工程質量得到保證，達到了預期目的。摘要 介紹了背栓式外墻干掛石材幕墻施工以及該工藝在施工過程中的施工方法和技術措施。關鍵詞 石材幕墻：干掛：背栓式哈爾濱長途電信樞紐樓擴建工程，位于南崗區(qū)繁華地區(qū)中山路一側，地下2層，地上2重層，建筑物總高度997m，建筑面積32556平方米，該樓外墻面均采用干掛花崗巖火燒板飾面，掛石面積約13700平方米。背栓式干掛石材幕墻是在石材背面鉆成燕尾孔與凸形脹栓結合然后與龍骨連接，并由金屬支架組成的橫豎龍骨通過埋件連接固定在外墻上。背栓式外墻干掛石材是近幾年從國外引進的施工工藝，它具有以下優(yōu)點：第一，背栓式干掛石材，由于每塊石材均有四個背栓式掛件，每個掛件都均勻承受石材重量且石材掛件與龍骨掛件間接觸面積大，相應的強度和穩(wěn)定性好。因此它可適用于高