一种多层索桁架幕墙结构及其成型方法[0002]建筑幕墙是一种悬挂在建筑物结构框架外侧的外墙维护结构，我国建筑幕墙从上世纪八十年代开始起步，经过三十多年的高速发展，至今我国已成为世界上建筑幕墙生产和使用大国之一，建筑幕墙在我国有广阔的应用和发展前景。建筑幕墙按面板材料可分为玻璃.墙、金属板.墙、石材.墙和组合.墙等，其中玻璃.墙按结构形式又分为构件式玻璃幕墙、点支承玻璃幕墙、全玻璃幕墙和单元式玻璃幕墙等。[0003]在点支承玻璃幕墙或单元式玻璃幕墙中，往往采用索桁架与其相结合，能够体现力与美的完美组合。传统的索桁架由拉索和短的拉杆组成，其中拉索、拉杆纤细、轻巧，使其具有通透性好、视野开阔灵活以及能够使结构设计富有创造性和想象力等优点，但在实际使用中，由于拉索、拉杆均承受风荷载传来的水平力，同时还要承受自重及玻璃重量，使得受力复杂，存在可能的安全隐患。[0004]现有技术中，索桁架常见结构有拉索单压杆梭形结构、双拉索鱼形结构、双拉索三角形结构和索杆组合结构，其中，拉索单压杆梭形结构由两条斜索、中压杆和撑杆组成，双拉索鱼形结构由两条斜索和撑杆组成，双拉索三角形结构由一条竖索、两条斜索、短撑杆和长撑杆组成，索杆组合结构由两条拉索和一段钢管组成，这些结构均存在上述受力复杂、存在可能的安全隐患的缺点，并且多是单层结构，结构单一。特别地，还有一种环形交叉索桁架结构，但这种结构一般应用于采光顶中，应用范围较小。
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的索桁架幕墙结构存在受力复杂、结构单一以及应用范围较小等缺点，提供一种多层索桁架幕墙结构，同时还提供一种多层索桁架幕墙结构的成型方法。[0006]本发明解决其技术问题所采取的技术方案是:一种多层索桁架幕墙结构，包括多层竖向拉索，其特征在于:还包括多个相互平行的水平桁架，所述水平桁架为水平鱼腹式桁架，所述水平桁架由内弦杆、外弦杆和腹杆组成，水平桁架的内弦杆和外弦杆处于同一水平面内，在内弦杆和外弦杆的上表面固定设置上部耳板，在内弦杆和外弦杆的下表面固定设置下部耳板，上一榀水平桁架的下部耳板与对应的下一榀水平桁架的上部耳板之间通过竖向拉索相连接。[0007]优选地，在所述水平桁架的两端固定设置端部耳板，通过销轴和端部耳板将水平桁架固定到幕墙主体结构中。
[0008]同时，本发明还提供一种上述多层索桁架幕墙结构的成型方法，其特征在于:该方法包括以下步骤， 步骤1:建立多层索桁架幕墙结构的整体计算模型，以结构位形控制为原则，反复调整并最终确定各层竖向拉索的初应力，并根据该初应力，进行各施工阶段仿真分析，给出多层索桁架幕墙结构在各施工阶段的位形和应力以及确定竖向拉索的索长；
步骤2:精确拼接、焊接内弦杆、外弦杆和腹杆以完成水平桁架，并在水平桁架的内弦杆和外弦杆的上表面固定设置上部耳板，在其下表面固定设置下部耳板；然后提升完成的水平桁架至1.2m?1.5m后，在水平桁架的下部耳板上连接竖向拉索，接着继续提升水平桁架至一根竖向拉索的高度后，将上述竖向拉索与下一榀水平桁架的上部耳板相连接，同时将该下一榀水平桁架的下部耳板与相应的竖向拉索相连接，再提升该下一榀水平桁架、再连接相应的竖向拉索，即竖向拉索的安装和水平桁架的提升同步、交叉和协调进行，直至全部多层索祐1架幕墙结构安装完成；
步骤3:根据步骤I中给出的竖向拉索的应力，利用张拉工装精确调整竖向拉索的索长，张拉工装采用多点对称同步的方式完成竖向拉索的索长的精确调整；
步骤4:通过张拉任意一层竖向拉索的方法使多层索桁架幕墙结构成型，张拉过程采用分批分级、多点对称同步的方式完成，每一级张拉过程中，以水平桁架的位形和竖向拉索的应力控制为主，并用竖向拉索的伸长量进行校核；
步骤5:将水平桁架固定到幕墙主体结构中。
[0009]优选地，根据步骤I中确定的竖向拉索的初应力，结合竖向拉索的索体参数和材料参数计算出竖向拉索在无应力状态下的索长，确定每层每根竖向拉索的索长的初步调整量。
[0010]进一步地，步骤2中竖向拉索与水平桁架的下部耳板连接后，按照确定的竖向拉索的索长的初步调整量对竖向拉索的索长进行调整。
[0011]进一步地，步骤3中利用张拉工装对竖向拉索的索长进行精确调整是在上述确定的竖向拉索的索长的初步调整量的基础上，综合竖向拉索的加工误差以及水平桁架、下部耳板和上部耳板的制作误差，从而确定每层每根竖向拉索的精确调整量。
[0012]优选地，所述张拉工装为抱箍式张拉工装或耳板式张拉工装；其中，抱箍式张拉工装包括千斤顶、承力架、钢绞线及其端部锚具和抱箍；耳板式张拉工装包括千斤顶、承力架、钢绞线及其端部锚具和承力耳板。
[0013]进一步地，竖向拉索上安装有拉索调节螺杆，步骤2中在竖向拉索的安装过程中，利用抱箍式张拉工装或耳板式张拉工装通过调整拉索调节螺杆的进出量对竖向拉索的索长进行控制。
[0014]进一步地，竖向拉索上安装有拉索调节螺杆，步骤3中在精确调整竖向拉索的索长时，利用全站仪或水平仪对竖向拉索的索长进行精确控制，并用拉索调节螺杆的进出量进行校核。
[0015]优选地，步骤4中，张拉成型后的多层索桁架幕墙结构中的竖向拉索的应力的实际值与步骤I中竖向拉索的应力的计算值偏差在±5%以内。
[0016]本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果:
本发明所述的多层索桁架幕墙结构及其成型方法，通过设置竖向拉索和水平桁架，能够满足玻璃幕墙的安装要求，简化了索桁架幕墙结构的受力状况，其水平布置的刚性的鱼腹式桁架承受风荷载和水平地震荷载，其分层布置的竖向拉索承受结构自重，降低了安全隐患；同时，其成型方法通过分层安装提升、逐层调整索长以及一次张拉成型，能够满足所述多层索桁架幕墙结构的要求，张拉成型后的多层索桁架幕墙结构中的竖向拉索的应力的实际值与竖向拉索的应力的计算值偏差控制在±5%以内。



[0017]图1为本发明所述的多层索桁架幕墙结构的整体结构示意图；
图2为图1的局部不意图；
图3为本发明所述的水平桁架的整体结构示意图；
图4为图3的局部不意图；
图5为本发明所述的抱箍式张拉工装的整体结构示意图；
图6为本发明所述的耳板式张拉工装的整体结构示意图；
图中:1，竖向拉索；2，水平桁架；21，内弦杆；22，外弦杆；23，腹杆；3，上部耳板；4，下部耳板；5，千斤顶；6，承力架；7，钢绞线及其端部锚具；8，拉索调节螺杆；9，抱箍；10，承力耳板。

[0018]以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
[0019]如图1和图2所示，本发明所述的一种多层索桁架幕墙结构，包括多层竖向拉索1，还包括多个相互平行的水平桁架2，所述水平桁架2为水平鱼腹式桁架，所述水平桁架2由内弦杆21、外弦杆22和腹杆23组成，所述水平桁架2的内弦杆21和外弦杆22处于同一水平面内。其中，竖向拉索I竖直排布，水平桁架2水平排布，多个水平桁架2相互平行，这样就可以将每层安装的玻璃板(未示出)的重量以节点荷载的形式传递给水平桁架2，水平桁架2再将其自重及玻璃板的重量传递给上层竖向拉索1，也即每层竖向拉索I承受与之相连的水平桁架2及其以下各层水平桁架2和玻璃板的重量；由此可见，竖向拉索I仅承担结构自重，例如水平桁架2的重量、玻璃板的重量及其他附属构件的重量)，不参与抵抗各种水平载荷，相应地，水平载荷例如风载荷、水平地震载荷等则由水平桁架2承担；这就从结构上大大简化了索桁架幕墙结构的受力状况，降低了安全隐患。
[0020]如图3和图4所示，在内弦杆21和外弦杆22的上表面固定设置上部耳板3，在内弦杆21和外弦杆22的下表面固定设置下部耳板4，上一榀水平桁架2的下部耳板4与对应的下一榀水平桁架2的上部耳板3之间通过竖向拉索I相连接，这样能够保证本发明所述的多层索桁架幕墙结构能够满足玻璃幕墙的安装要求。在本发明中，上部耳板3和下部耳板4可以通过焊接固定在水平桁架2上，但可以理解的是，其他适用的固定方法均可。
[0021]优选地，在所述水平桁架2的两端固定设置端部耳板(未示出)，通过销轴和端部耳板将水平桁架2固定到幕墙主体结构中。
[0022]由于本发明提供了上述多层索桁架幕墙结构，并且玻璃板在安装时是自下而上安装，根据需要，也可以自上而下安装；同时考虑到安装精度，这就需要在上述多层索桁架幕墙结构的成型过程中，综合考虑竖向拉索I在安装过程中和安装完成时对其索长进行调整，调整时需要综合考虑竖向拉索I的最终应力、制作误差以及加工误差等情况，此时传统的索桁架成型方法不能满足本发明所述的多层索桁架幕墙结构的成型要求，因此本发明还提供一种上述多层索桁架幕墙结构的成型方法。
[0023]在本发明中，本发明所述的多层索桁架幕墙结构的成型方法包括以下步骤:
步骤1:建立多层索桁架幕墙结构的整体计算模型，以结构位形控制为原则，反复调整
并最终确定各层竖向拉索I的初应力，并根据该初应力，进行各施工阶段仿真分析，给出多层索桁架幕墙结构在各施工阶段的位形和应力以及确定竖向拉索I的索长；
优选地，步骤I是采用ANSYS或Midas/Gen有限元分析软件完成的，当然也可以采用其他符合要求的有限元分析软件完成，在这里不再一一列举。其中，施工阶段包括施工前期技术准备、结构安装、竖向拉索的索长调整、张拉成型和固定水平桁架等五个阶段，在这里步骤I可以看作为施工前期技术准备的阶段。
[0024]步骤2:精确拼接、焊接内弦杆21、外弦杆22和腹杆23以完成水平桁架2，并在水平桁架2的内弦杆21和外弦杆22的上表面固定设置上部耳板3，在其下表面固定设置下部耳板4 ;然后提升完成的水平桁架2至1.2m?1.5m后，在水平桁架2的下部耳板4上连接竖向拉索1，接着继续提升水平桁架2至一根竖向拉索I的高度后，将上述竖向拉索I与下一榀水平桁架2的上部耳板3相连接，同时将该下一榀水平桁架2的下部耳板4与相应的竖向拉索I相连接，再提升该下一榀水平桁架2、再连接相应的竖向拉索1，即竖向拉索I的安装和水平桁架2的提升同步、交叉和协调进行，直至全部多层索桁架幕墙结构安装完成；
优选地，根据步骤I中确定的竖向拉索I的初应力，结合竖向拉索I的索体参数和材料参数计算出竖向拉索I在无应力状态下的索长，确定每层每根竖向拉索I的索长的初步调整量。步骤2中竖向拉索I与水平桁架2的下部耳板4连接后，按照上述确定的竖向拉索I的索长的初步调整量对竖向拉索I的索长进行调整。进一步地，如图5和图6所示，竖向拉索I上安装有拉索调节螺杆8，在竖向拉索I的安装过程中，利用抱箍式张拉工装或耳板式张拉工装通过调整拉索调节螺杆8的进出量对竖向拉索I的索长进行控制。优选地，为了保证水平桁架2的质量，必须对水平桁架2进行防锈处理。在这里，步骤2可以看作为结构安装的阶段。
[0025]步骤3:根据步骤I中给出的竖向拉索I的应力，利用张拉工装精确调整竖向拉索I的索长，张拉工装采用多点对称同步的方式完成竖向拉索I的索长的精确调整；
其中，张拉工装优选为抱箍式张拉工装或耳板式张拉工装；如图5所示，抱箍式张拉工装包括千斤顶5、承力架6、钢绞线及其端部锚具7和抱箍9 ;如图6所示，耳板式张拉工装包括千斤顶5、承力架6、钢绞线及其端部锚具7和承力耳板10 ;在安装时，抱箍9或承力耳板10与内弦杆21或外弦杆22固定连接。优选地，步骤3中利用张拉工装对竖向拉索I的索长进行精确调整是在上述确定的竖向拉索I的索长的初步调整量的基础上，综合竖向拉索I的加工误差以及水平桁架2、下部耳板4和上部耳板3的制作误差，从而确定每层每根竖向拉索I的精确调整量。优选地，竖向拉索I上安装有拉索调节螺杆8，在精确调整竖向拉索的索长时，利用全站仪(未示出)或水平仪(未示出)对竖向拉索I的索长进行精确控制，并用拉索调节螺杆8的进出量进行校核，从而保证竖向拉索I的索长的调整效果和精度。在这里，步骤3可以看作为竖向拉索的索长调整的阶段。
[0026]步骤4:通过张拉任意一层竖向拉索I的方法使多层索桁架幕墙结构成型，张拉过程采用分批分级、多点对称同步的方式完成，每一级张拉过程中，以水平桁架2的位形和竖向拉索I的应力控制为主，并用竖向拉索I的伸长量进行校核； 在本发明中，具体地为了方便起见，可以张拉最底层或最上层的竖向拉索使多层索桁架幕墙结构成型，张拉成型后的多层索桁架幕墙结构中的竖向拉索I的应力的实际值与步骤I中竖向拉索I的应力的计算值偏差控制在±5%以内。在这里，步骤4可以看作为张拉成型的阶段。
[0027]步骤5:将水平桁架2固定到幕墙主体结构中；
在本发明中，可以在所述水平桁架2的两端固定设置端部耳板(未示出)，通过销轴和端部耳板将水平桁架2固定到幕墙主体结构中。在这里，步骤5可以看作为固定水平桁架2的阶段。
[0028]以上内容对本发明所述的多层索桁架幕墙结构及其成型方法进行了具体描述，并且结合附图进行说明，但是本发明不受以上描述的内容的局限，所以凡依据本发明的技术要点进行的任何改进、等同修改和替换等，均属于本发明保护的范围。