淺談保護構造的支撐系統記深圳市大運會游泳館屋面幕墻鋼構造設計1.工程大要深圳大運中心項目Ⅲ標段(游泳館)外面護構造工程位于深圳市龍崗區體育新城深圳世界大學生運動會體育中心。東側為

80m寬的黃閣路

,南側為

80m寬龍翔大道

,西側隔

70m寬龍興路與銅鼓嶺相對

,北側為如意路

.該項目由深圳市建筑工務署投資建設。工程總投資約為6。7億元,總建筑面積42958。48平方米。室內設固定座席數1312席,活動座席數1706席,共計3018席。設室內標準比賽池50×25×2（m)，室內訓練池51×25×2(m）及室外戲水池各1個。層數為地下一層地上二層(局部三層），鋼筋砼框架+鋼構造.建筑物高23.5米，主鋼構造的跨度為92.4米。是2011年世界大學生運動會主要比賽場館之一.該游泳館造型獨到,個性鮮亮,構造整體造型為矩形，側面及屋頂幕墻形成折面三角形空間網格,且關于X軸和Y軸對稱。在各大三角形幕墻板塊邊緣連結處均采用金屬裝飾板進行收口密封.整個構造組成鉆石狀的水晶造型。特別在夜間，透明的外飾面仿佛巨型的發光體,襯托出濃烈的節日氣氛。該建筑別出心裁的造型彰顯了深圳這座新興國際多半市的鮮亮個性和獨到魅力,同時也標志住該地區又一個地標性建筑的出生。游泳館建筑整體俯視圖見圖1.1所示：屋面幕墻簡介游泳館整個屋面系統由9g個大三角形板塊單元組成，每個大三角形板塊各邊均分9等分形成"個小三角形單元。屋面幕墻構造系統主要由面板、鋁合金型材轉接件、鋼構造檁條、鋼構造支撐連結件組成.幕墻面板采用了兩種規格的玻璃：一種是透明的三角6TP+12A+6TP+1.14PVB+6TP三鋼化夾膠中空LOW-E玻璃;一種是淺綠色的8+0。76PVB+XIR+0.76PVB+8mm鋼化夾膠LOW—E玻璃。構造支撐系統鋼檁條采用兩種型材:中間主次檁條采用H型鋼構件，邊檁采用方鋼管構件。使用階段：幕墻主要承受自重、風荷載、活荷載、溫度及地震作用,全部自重及外荷由玻璃面板經過構造密封膠及承重托條傳至鋁型材副框，再經過鋁型材轉接件及焊接鋼底座傳至鋼檁條，最后經過周邊的樹枝形懸挑鋼支座連結件及中間的可調雙向鉸接撐桿傳至主體鋼構造上。各施工安裝階段:幕墻主要承受自重、施工檢修等荷載作用,全部外荷及作用由先期安裝的構件及臨時性支撐承受。屋面幕墻鋼構造支撐系統設計重點、難點解析3.1考慮溫度應力釋放的重要性:保護構造的支撐系統,其特點就在于能承受并傳達面板及支撐系統自己的重力細風、雨、地震、溫度以及施工荷載等作用。由于保護構造處于整個建筑構造的表面面，外界天氣對其影響特別嚴重，溫度作用不可以忽視,平時在設計中取年溫差為T=80℃.保護構造平時采用鋁合金型材、鋼構造構件作支撐系統。常用的鋁合金型材所采用的材料為6063—T5、6063—T6;常用的鋼構造構件所采用的資料為Q235。因此可知，溫度作用關于保護構造支撐系統自己是擁有破壞性的。的支撐系統時,需要經過構造措施將溫度應力釋放掉。3。2考慮三維調治功能設計的重要性∶

因此在設計保護構造深圳大運中心項目Ⅲ標段（游泳館

)夕卜圍護構造工程的屋面幕墻

,是由

98個不同樣大小、不同樣角度的大三角形板塊單元組成的空間折面三角形網格系統。

游泳館的主體構造為單層平面網格空間鋼構造桁架系統，最大跨度為

92。4米,主體鋼構造在自己重力作用下變形很大。由于大三角形板塊單元角度多，板塊規格多樣，主體鋼構造變形大且復雜

,在進行實質工程安裝時

,各支撐構件的大小和安裝地址與理論設計尺寸相差甚遠

.因此在設計中考慮三維調治功能特別必要

.3.3鋼構造支撐系統設計的難點：在設計幕墻的橫梁和立柱時，平時采用的方法是:在橫梁兩端與立柱相連的地方，留出縫隙并墊上柔性墊片.橫梁在長度方向可伸縮,溫度應力得以釋放,其他荷載和作用經過螺栓、螺釘和角碼傳與立柱.立柱經過螺栓與主體構造連結,在其最上端開圓孔，下部其他地址開長圓孔，自重和部分平面外的荷載經過最上端螺栓、節點板傳與主體構造,下部的連結螺栓和節點板只能傳達平面外的荷載,使立柱在長度方向可自由伸縮.由于該項目屋面幕墻鋼構造支撐系統與主體鋼構造空間異面。依照舊規幕墻的設計方法將鋼構造檁條按幕墻橫梁、立柱來設計，便會造成構造自己不牢固，無法實現支撐系統承受和傳達荷載的功能

.角度多,板塊規格多樣,既要經過構造措施將溫度應力釋放掉，又必定保證支撐系統能將保護構造所受的自重和外荷載傳與主體構造,同時還要保證構件連結擁有三維調治的功能。這給幕墻構造支撐系統的設計帶來了不小的困難。經過長時間與設計院溝通,并努力研究和解析，完成了該項目鋼構造支撐系統的設計.目前,屋面幕墻鋼構造支撐系統已完工，現場效果優異。屋面幕墻鋼構造支撐系統連結節點設計由于本系統造型獨到、構造復雜、施工難度大，我司在本次設計中,對幕墻面板與幕墻龍骨之間的連結、幕墻龍骨與主體鋼構造的連結均采用了擁有三維調治功能的節點構造設計,保證施工安裝的質量。其中，鋼構造支撐系統連結節點設計可分為三個部分：邊檁與主體鋼構造的連結設計；主次檁與主體鋼構造的連結設計;檁條之間的連結設計.屋面幕墻典型大三角板塊單元鋼構造支撐系統與主體鋼構造連結三維表示圖如圖4。1所示：4.1邊檁與主體鋼構造的連結設計：邊檁位于幕墻大三角板塊的邊緣，處于板塊間的連結地址,該處與主體鋼構造連結的邊檁有平行的兩條,因此設計了樹枝型鋼構造懸挑支座連結件.其典型構造形式如圖4。2所示:樹枝型鋼構造懸挑支座連結件底部與主體鋼構造的連結采用完滿焊透的坡口對接焊縫能傳達三個方向的軸力、剪力和彎矩。詳細構造如圖4.3所示：底部起初安裝鋼管底座，其目的是為了防備主體鋼構造安裝就位后在無支撐狀態直接受焊接熱的影響，造成應力的損失.同時方便支座底部圓鋼管的安裝，且使連結擁有調治功能。

,在樹枝型鋼構造懸挑支座連結件兩側端部，分別經過銷軸、節點板與邊檁連結。此處銷軸連結的受力形式有三種:一種是沒有伸縮縫的固定鉸接形式，每個大三角形板塊單元只有一處使用該節點連結形式，它限制了大三角形板塊單元上一點的地址,能傳達板塊平面內外的荷載,起主要的受力作用。如圖4。4所示:一種是有伸縮縫的單向滑動鉸接形式,該連結形式節點與固定鉸接節點處于板塊的同一條邊檁地址，限制板塊單元只能沿著該邊檁方向滑動,能傳達平面外的荷載及垂直于邊檁方向的平面內的荷載.如圖4，5所示一種是有伸縮縫的雙向滑動鉸接形式，該連結形式節點處于板塊單元的別的兩條邊檁位置，使板塊單元能沿著板塊平面內的方向有限的滑動,此連結只能傳達平面外的荷載。詳細構造如圖4.6所示：樹枝型鋼構造懸挑支座連結件擁有可三維調治的功能，以調整、修復主體鋼構造的施工誤差及自重變形，保證幕墻鋼構造的安裝精度。4。3檁條之間的連結設計：檁條之間的連結設計包括:主檁和次檁、主檁和邊檁、次檁和邊檁及邊檁和邊檁之間的連結設計.各檁條間均采用焊接連結。每個大三角形板塊單元經過檁條間剛性連結，組成一個完滿的平面網格系統。該鋼構造系統與幕墻面板平行,構造牢固性好,幕墻表面平展度簡單獲得保證。平面內的荷載經過檁條間的相互支承傳至邊部固定鉸支座和單向滑動鉸支座處；平面外的荷載則由邊部的全部支座和中間的雙向鉸接支撐共同承受.屋面幕墻鋼構造支撐系統靜力計算解析5。1設計基本參數：深圳大運中心項目外面護構造工程設計基準期為50年;基本風壓為0.75kn/m2,由于建筑體型復雜,風荷載經過風洞試驗獲得;該項目所處地區地面粗糙度種類為B類，場所種類為Ⅱ類；該地區地震設防烈度為7度，設計基當地震加速度值為0。10g,設計地震分組為第一組；屋面系統面板及鋁龍骨荷載取0.20kN/m2；屋面活荷載取0.30kN/m2；屋面檢修荷載取1。0kN(集中荷載）；考慮安裝時溫度為20℃,設計年溫差按+45℃和—25℃考慮。5.2計算模型:在屋面幕墻鋼構造支撐系統的計算中，采用擁有代表性的部分進行空間有限元的解析計算模型如圖5。1所示：在計算中,每個大三角形板塊單元邊部支撐連結件的界線條件都為剛接，拘束了三個方向的線位移和角位移;中間部位支撐連結件的界線條件都為鉸接，只拘束三個方向的線位移。且邊檁與邊部支撐連結件的連結釋放全部的轉動拘束，其中一個連結不釋放線性拘束,如圖5,2所示支座ZAO1；與其在一條邊檁上的其他連結釋放了沿邊檁軸線方向的拘束,如圖5。2所示支座

ZA202；別的兩條邊檁與邊部支撐連結件的連結只拘束垂直于幕墻面板方向的線位移，其所釋放的線性拘束如圖

5.2所示支座

ZB01、ZC01。中間部分主次檁條與撐桿連結件的連結釋放全部的轉動拘束。計算模型與圖紙中設計的節點連結構造一致。5.3計算結果：在同濟大學開發的3D3s鋼構造計算軟件中,第一建好計算模型,再導入荷載信息——包括面板和轉接件的重力（鋼構造自己的重力由軟件自動計算)、風荷載、活荷載、地震作用、溫度作用。經過詳細的計算解析，在各種不利組合工況下,構造的強度、牢固和變形都控制在現行規范贊同的范圍之內。游泳館屋面幕墻鋼構造支撐系統的特點及注意事項游泳館外面護構造工程屋面幕墻鋼構造支撐系統的特點在于：每個三角形單元板塊的鋼構造檁條組成為一個牢固的構造,檁條間共同承受自重及外荷載,經過合理部署各種種類的支座,將溫度應力釋放掉，代之以溫度變形。此支撐系統,主檁、次檁、邊檁截面高度一致,外觀平展，與保護構造裝飾面板協調一致，可視性好，既可用于幕墻，也可用于采光頂.在實質工程設計中，需要注意以下事項:第一，該支撐系統適合于各種角度幕墻、采光頂的設計和安裝。無論是平面幕墻還是曲面幕墻,其龍骨或檁條必定能織成一個牢固的網。鋁合金型材由于其不利于焊接和承壓,很難保證連結節點的剛性,因此不適合采用。鋼型材在節點連結設計中也必定保證整個構造平面內外的牢固性.第二,幕墻在主平面內的荷載和作用不宜太大,以便于能利用其中一個支座傳達平面外的荷載和平面內一個方向的全部荷載。第三，幕墻表面與主體構造之間應有足夠的空間，便于連結件的設計和安裝。第四,起約柬作用的支座地址盡量選在離重心比較近的地方，且所需肩負幕墻平面內荷載重量盡量小一些。第五，在進行節點設計時，伸縮縫及長圓孔尺寸的設計除考慮構造受溫度作