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【摘要】随着建筑行业发展，建筑幕墙技术不断创新，在玻璃顶棚结构设计中，往往利用索桁架的支撑作用，建立稳定的结构体系。本文主要针对索桁架在玻璃顶棚中的运用进行分析，从索桁架应用特点入手，具体分析玻璃顶棚支承体系中索桁架的应用优势，为之后玻璃顶棚项目施工提供技术保障。
【关键词】索桁架;玻璃顶棚;运用分析
索桁架结构简单且具备力度感，将其运用在玻璃顶棚结构中，能扩展视线，在保证建筑整体质量的基础上，保障玻璃顶棚外观美感，表明索桁架在玻璃顶棚施工中有着一定应用优势。因此，应进行索桁架结构具体应用的研究，以便达到预期施工效果。
1、索桁架工作原理
通常来讲，索桁架结构中包括竖索、斜索、短硬杆、长硬杆及连接部件等部分，具有较强稳定性。从平面内结构稳定性来说，连接装置的运用，能将索和索、硬杆和索组成一个整体，由于索的平面刚度较小，通常认为索只具有轴向刚度。从这一角度看，应将索设计为二力杆，其他连接部位采取铰接点的连接方式。观察玻璃索桁架结构，能发现都是由三角形构成的，说明索桁架的平面稳定性较好。从平面外稳定性来说，为了确保结构可靠性，需要合理设置外侧水平索及连接桁架的交叉索，是保证索桁架具有一定空间刚度的关键[1]。实际设计玻璃顶棚中的索桁架结构时，应确保连接部位连接可靠，能通过结构优化调整，发挥索桁架应用优势。从结构受力情况看，将索桁架看作是钢结构体系中的屋架，水平索主要是起连接作用的上下系杆，交叉索则可作为横向支撑。
2、索桁架运用在玻璃顶棚中的缺陷和应对措施
对于普通性能的玻璃顶棚来讲，玻璃构件的热阻性一般，在营造舒适的室内环境上存在不足。针对这一问题，需要优先选择多银LOW-E玻璃，旨在提高玻璃材料热阻系数，提高玻璃索桁架結构在提升建筑物性能上的应用价值。另外，还可运用采取玻璃幕墙和其他幕墙共同运用的方式，降低窗墙比，同样能达到优化结构应用效能的效果。而在人口密度大的区域，运用玻璃索桁架建筑结构会带来光污染。针对这一现象，应尽可能降低玻璃反射率，选择反射率较低的玻璃材料。或者可实施铝板、石材等幕墙组织的施工方式，旨在降低玻墙比，完善构建建筑结构体系。同时在玻璃顶棚施工中，还要考虑玻璃坠落的安全隐患，在这一问题处理上，通常进行玻璃材料的均质处理，能降低它的自爆概率。并且要做好玻璃和索桁架连接部位的连接工作，确保玻璃受到的应力能及时通过索桁架转移，提高玻璃顶棚结构稳定性。也可采用光伏组件板代替一般玻璃，并带来一定的经济效益。
3、索桁架在玻璃顶棚中的应用
当玻璃材料通过铰接头和索桁架连接时，铰接头连接位置分别是玻璃的四个角点，将玻璃顶棚自重和外部负载转移到索桁架上，并利用竖索（承重索）承受玻璃顶棚的竖向负载，具有保护玻璃材料完整性的作用。玻璃索桁架的斜索（稳定索）不受外力作用时，处于稳定均衡状态，而受到地震或风载等情况的影响时，斜索会发生变形，两根斜索内力不一致，产生的差值用来抵消节点水平负载。在明确索桁架在玻璃顶棚中的应用功能后，应具体分析玻璃顶棚中索桁架结构实际应用，以便得到稳定、可靠的玻璃索桁架构造。
3.1结构介绍
为了充分发挥索桁架在玻璃顶棚中的应用价值，应结合施工实际进行玻璃顶棚施工方案设计。通常来讲，要保证整体结构构造科学设计。以某个玻璃顶棚工程施工为例，在主体结构的平面方向分别设置两道矩形桁架柱，将整个玻璃平面分成三段，并且桁架柱间安装一道平面桁架，主要起到支撑作用，确保整体玻璃索桁架结构具有较好的承载能力。考虑到顶棚结构受力特点，幕墙支撑结构和屋盖结构往往是不连接的，避免玻璃构件受外部影响而出现损坏。为了保证建筑体现出明快、轻盈和通透性的视觉效果，应优先选择鱼腹式索桁架结构，是指以张拉索杆结构为主，进行整个顶棚结构体系的设计。从鱼腹式索桁架应用特征看，通常在其中设置两道拉索和多个受压短杆，确保预应力和索桁架结构的有机结合。另外，支撑结构设计还应均衡结构承载力性能及外观效果，采用质量达标的材料，保证最终得到的结构体系具有较好的刚度和强度，在面对风荷载和应力作用时能保持结构安全性，在玻璃顶棚结构中要设置需要的支撑结构，应合理设定支撑构件间距，以免由于跨度增加造成结构刚度较差。为了解决结构安全隐患问题，可在顶端、中部及底部适当增加矩形桁架，处理好索桁架间杆件的设计及连接，强化玻璃顶棚施工效果。
3.2结构选型
在玻璃索桁架结构选型方面，可选择以下几种类型：一是竖向单索桁架。这一索桁架结构施工简单且材料使用量相对要少。实际施工中，选用不锈钢夹具来连接玻璃和索桁架，不需要扩大孔洞，由此降低了施工难度。并且这一结构外观简洁，满足建筑物外观设计要求。二是竖向鱼腹式索桁架结构。该索桁架结构的设计和运用，能促使水平荷载经过玻璃面板到不锈钢爪件，再次转移到索桁架;竖向荷载转移路径为玻璃自重到承重再到钢桁架。施工成本高且影响美观。
3.3节点装配构造
在玻璃索桁架结构体系中的构件连接位置，由于玻璃构件具有脆性特点，在实际连接中，容易出现“硬碰硬”的外力转移构造，当应力集中时会影响结构安全性，因此，需要加大对应力集中的控制，确保构造设计合理性。一般情况下，玻璃顶棚和索桁架连接，会进行玻璃材料四角钻孔，在孔内安装相应的轴套。轴套和玻璃材料间的传力主要通过玻璃和钢片间粘结面完成的，当荷载作用在玻璃片后，会继续转移到粘结面，通过钢销轴、夹具、索传到桁架支座。为了保证玻璃顶棚施工质量，要严格控制构件的制作和安装，减少操作失误引起的结构问题。当利用螺栓连接时，由于玻璃孔壁不具有塑性变形性能，安装中的误差不能在节点传力中消除，因此，不能采取螺栓连接方式进行玻璃顶棚施工。目前，构建玻璃顶棚索桁架结构时，通常选择加大节点夹具上螺栓孔洞尺寸，并采用胶泥钢填补安装间隙的连接方案，能减少施工误差，确保构件安装精准及有效。 3.4玻璃顶棚结构设计
从荷载工况角度出发来分析，考虑风荷载问题，竖向玻璃面向内风荷载为WIND-PO;竖向玻璃面向外风荷载为WIND-NE，都会作用在玻璃构件上。需要采用仿真建模计算分析，或结合当地相应的风动实验数据，确定结构设计方向[2]。另外，索桁架结构刚度应通过预应力加以保障，在荷载作用下，结构刚度随之变化，实际分析结构承载力时，要施加初始应变来逐步增加预应力，根据实验结果科学设计索桁架制作及安装方案。由于桁架结构和拉索桁架间互相影响，因此要考虑两者共同作用情况，结合工程实际建立结构计算模型，得出相应的计算结果。一种是结构应力比，在不同荷载情况下，讨论构件预应力情况，另一种是拉索应力，应结合拉索截面尺寸和面积等参数，以及结构力学性能，确定具体的应力值。在计算拉索预拉力时，可采用逆向迭代的方法，假设一初始状态（有自重或其它荷载工况），通过多次试算迭代，使该工况下的结构位移量为零（或其它需要达到的状态）。设计前需要对拉索的特性有一定了解。
3.5索桁架应用实例
为了详细阐述玻璃顶棚中索桁架应用特点，本文以荷兰席阿夫速滑馆屋盖项目为例，结合工程施工实际探讨玻璃索桁架结构实际应用。考虑到功能要求，速滑馆屋盖外观上在平面布局上呈两端半圆的结构形态，中间以狭长矩形为主，宽度为80-120m，长度约为200m，是结构构造较独特的建筑类型。在索桁架设计和安装方面，速滑馆玻璃顶棚结构体系中应用了索桁架，旨在分担玻璃材料荷载，利用索杆支撑作用，形成基础结构框架。顶棚中段中设计多榀索桁架结构，将其覆盖在速滑馆屋盖矩形部分，并且两端采用索桁架形成半球形，安装在屋盖两端。在索桁架两端设计上，采用了辐射结构形式，硬杆轻巧且刚度高，在多个杆件有效安装的情况下，得到性能较好的支撑结构。另外，随着光伏项目对建设用地要求的越来越限制，这就要求了结构方案需要更加轻便，跨度更大，并且有效的控制成本，这就使得索桁架结构在光伏项目中得以运用。从施工实例来说，索桁架在玻璃顶棚及光伏施工中体现出较好的发展前景，还应结合施工操作经验，不断优化索桁架施工技术，是提高工程项目实施质量的重要途径。
结论：
综上所述，玻璃索桁架是建筑工程中独特的结构形式，将玻璃材料和钢塑结合在一起，形成应用性好的玻璃结构，能实现玻璃结构承载性能、艺术性相融合的目的，为玻璃顶棚工程良好发展提供了技术支持。为了发挥索桁架应用价值，需要加大对玻璃顶棚中索桁架应用的研究，结合工程实际，探索有效的施工手段，以便推动建筑行业发展。
参考文献：
[1]汪承福.拉索式点连接全玻璃幕墙的设计与结构[J].住宅与房地产，2017（26）：117.
[2]王传波，何飞.预应力索桁架点支式玻璃幕墙技术[J].低温建筑技术，2017，39（02）：58-59.
作者簡介：
彭斯哲，性别：男，籍贯：湖南长沙，出生年月：1987年7月，单位： 中机国际工程设计研究院有限责任公司。
【关键词】索桁架;玻璃顶棚;运用分析
索桁架结构简单且具备力度感，将其运用在玻璃顶棚结构中，能扩展视线，在保证建筑整体质量的基础上，保障玻璃顶棚外观美感，表明索桁架在玻璃顶棚施工中有着一定应用优势。因此，应进行索桁架结构具体应用的研究，以便达到预期施工效果。
1、索桁架工作原理
通常来讲，索桁架结构中包括竖索、斜索、短硬杆、长硬杆及连接部件等部分，具有较强稳定性。从平面内结构稳定性来说，连接装置的运用，能将索和索、硬杆和索组成一个整体，由于索的平面刚度较小，通常认为索只具有轴向刚度。从这一角度看，应将索设计为二力杆，其他连接部位采取铰接点的连接方式。观察玻璃索桁架结构，能发现都是由三角形构成的，说明索桁架的平面稳定性较好。从平面外稳定性来说，为了确保结构可靠性，需要合理设置外侧水平索及连接桁架的交叉索，是保证索桁架具有一定空间刚度的关键[1]。实际设计玻璃顶棚中的索桁架结构时，应确保连接部位连接可靠，能通过结构优化调整，发挥索桁架应用优势。从结构受力情况看，将索桁架看作是钢结构体系中的屋架，水平索主要是起连接作用的上下系杆，交叉索则可作为横向支撑。
2、索桁架运用在玻璃顶棚中的缺陷和应对措施
对于普通性能的玻璃顶棚来讲，玻璃构件的热阻性一般，在营造舒适的室内环境上存在不足。针对这一问题，需要优先选择多银LOW-E玻璃，旨在提高玻璃材料热阻系数，提高玻璃索桁架結构在提升建筑物性能上的应用价值。另外，还可运用采取玻璃幕墙和其他幕墙共同运用的方式，降低窗墙比，同样能达到优化结构应用效能的效果。而在人口密度大的区域，运用玻璃索桁架建筑结构会带来光污染。针对这一现象，应尽可能降低玻璃反射率，选择反射率较低的玻璃材料。或者可实施铝板、石材等幕墙组织的施工方式，旨在降低玻墙比，完善构建建筑结构体系。同时在玻璃顶棚施工中，还要考虑玻璃坠落的安全隐患，在这一问题处理上，通常进行玻璃材料的均质处理，能降低它的自爆概率。并且要做好玻璃和索桁架连接部位的连接工作，确保玻璃受到的应力能及时通过索桁架转移，提高玻璃顶棚结构稳定性。也可采用光伏组件板代替一般玻璃，并带来一定的经济效益。
3、索桁架在玻璃顶棚中的应用
当玻璃材料通过铰接头和索桁架连接时，铰接头连接位置分别是玻璃的四个角点，将玻璃顶棚自重和外部负载转移到索桁架上，并利用竖索（承重索）承受玻璃顶棚的竖向负载，具有保护玻璃材料完整性的作用。玻璃索桁架的斜索（稳定索）不受外力作用时，处于稳定均衡状态，而受到地震或风载等情况的影响时，斜索会发生变形，两根斜索内力不一致，产生的差值用来抵消节点水平负载。在明确索桁架在玻璃顶棚中的应用功能后，应具体分析玻璃顶棚中索桁架结构实际应用，以便得到稳定、可靠的玻璃索桁架构造。
3.1结构介绍
为了充分发挥索桁架在玻璃顶棚中的应用价值，应结合施工实际进行玻璃顶棚施工方案设计。通常来讲，要保证整体结构构造科学设计。以某个玻璃顶棚工程施工为例，在主体结构的平面方向分别设置两道矩形桁架柱，将整个玻璃平面分成三段，并且桁架柱间安装一道平面桁架，主要起到支撑作用，确保整体玻璃索桁架结构具有较好的承载能力。考虑到顶棚结构受力特点，幕墙支撑结构和屋盖结构往往是不连接的，避免玻璃构件受外部影响而出现损坏。为了保证建筑体现出明快、轻盈和通透性的视觉效果，应优先选择鱼腹式索桁架结构，是指以张拉索杆结构为主，进行整个顶棚结构体系的设计。从鱼腹式索桁架应用特征看，通常在其中设置两道拉索和多个受压短杆，确保预应力和索桁架结构的有机结合。另外，支撑结构设计还应均衡结构承载力性能及外观效果，采用质量达标的材料，保证最终得到的结构体系具有较好的刚度和强度，在面对风荷载和应力作用时能保持结构安全性，在玻璃顶棚结构中要设置需要的支撑结构，应合理设定支撑构件间距，以免由于跨度增加造成结构刚度较差。为了解决结构安全隐患问题，可在顶端、中部及底部适当增加矩形桁架，处理好索桁架间杆件的设计及连接，强化玻璃顶棚施工效果。
3.2结构选型
在玻璃索桁架结构选型方面，可选择以下几种类型：一是竖向单索桁架。这一索桁架结构施工简单且材料使用量相对要少。实际施工中，选用不锈钢夹具来连接玻璃和索桁架，不需要扩大孔洞，由此降低了施工难度。并且这一结构外观简洁，满足建筑物外观设计要求。二是竖向鱼腹式索桁架结构。该索桁架结构的设计和运用，能促使水平荷载经过玻璃面板到不锈钢爪件，再次转移到索桁架;竖向荷载转移路径为玻璃自重到承重再到钢桁架。施工成本高且影响美观。
3.3节点装配构造
在玻璃索桁架结构体系中的构件连接位置，由于玻璃构件具有脆性特点，在实际连接中，容易出现“硬碰硬”的外力转移构造，当应力集中时会影响结构安全性，因此，需要加大对应力集中的控制，确保构造设计合理性。一般情况下，玻璃顶棚和索桁架连接，会进行玻璃材料四角钻孔，在孔内安装相应的轴套。轴套和玻璃材料间的传力主要通过玻璃和钢片间粘结面完成的，当荷载作用在玻璃片后，会继续转移到粘结面，通过钢销轴、夹具、索传到桁架支座。为了保证玻璃顶棚施工质量，要严格控制构件的制作和安装，减少操作失误引起的结构问题。当利用螺栓连接时，由于玻璃孔壁不具有塑性变形性能，安装中的误差不能在节点传力中消除，因此，不能采取螺栓连接方式进行玻璃顶棚施工。目前，构建玻璃顶棚索桁架结构时，通常选择加大节点夹具上螺栓孔洞尺寸，并采用胶泥钢填补安装间隙的连接方案，能减少施工误差，确保构件安装精准及有效。 3.4玻璃顶棚结构设计
从荷载工况角度出发来分析，考虑风荷载问题，竖向玻璃面向内风荷载为WIND-PO;竖向玻璃面向外风荷载为WIND-NE，都会作用在玻璃构件上。需要采用仿真建模计算分析，或结合当地相应的风动实验数据，确定结构设计方向[2]。另外，索桁架结构刚度应通过预应力加以保障，在荷载作用下，结构刚度随之变化，实际分析结构承载力时，要施加初始应变来逐步增加预应力，根据实验结果科学设计索桁架制作及安装方案。由于桁架结构和拉索桁架间互相影响，因此要考虑两者共同作用情况，结合工程实际建立结构计算模型，得出相应的计算结果。一种是结构应力比，在不同荷载情况下，讨论构件预应力情况，另一种是拉索应力，应结合拉索截面尺寸和面积等参数，以及结构力学性能，确定具体的应力值。在计算拉索预拉力时，可采用逆向迭代的方法，假设一初始状态（有自重或其它荷载工况），通过多次试算迭代，使该工况下的结构位移量为零（或其它需要达到的状态）。设计前需要对拉索的特性有一定了解。
3.5索桁架应用实例
为了详细阐述玻璃顶棚中索桁架应用特点，本文以荷兰席阿夫速滑馆屋盖项目为例，结合工程施工实际探讨玻璃索桁架结构实际应用。考虑到功能要求，速滑馆屋盖外观上在平面布局上呈两端半圆的结构形态，中间以狭长矩形为主，宽度为80-120m，长度约为200m，是结构构造较独特的建筑类型。在索桁架设计和安装方面，速滑馆玻璃顶棚结构体系中应用了索桁架，旨在分担玻璃材料荷载，利用索杆支撑作用，形成基础结构框架。顶棚中段中设计多榀索桁架结构，将其覆盖在速滑馆屋盖矩形部分，并且两端采用索桁架形成半球形，安装在屋盖两端。在索桁架两端设计上，采用了辐射结构形式，硬杆轻巧且刚度高，在多个杆件有效安装的情况下，得到性能较好的支撑结构。另外，随着光伏项目对建设用地要求的越来越限制，这就要求了结构方案需要更加轻便，跨度更大，并且有效的控制成本，这就使得索桁架结构在光伏项目中得以运用。从施工实例来说，索桁架在玻璃顶棚及光伏施工中体现出较好的发展前景，还应结合施工操作经验，不断优化索桁架施工技术，是提高工程项目实施质量的重要途径。
结论：
综上所述，玻璃索桁架是建筑工程中独特的结构形式，将玻璃材料和钢塑结合在一起，形成应用性好的玻璃结构，能实现玻璃结构承载性能、艺术性相融合的目的，为玻璃顶棚工程良好发展提供了技术支持。为了发挥索桁架应用价值，需要加大对玻璃顶棚中索桁架应用的研究，结合工程实际，探索有效的施工手段，以便推动建筑行业发展。
参考文献：
[1]汪承福.拉索式点连接全玻璃幕墙的设计与结构[J].住宅与房地产，2017（26）：117.
[2]王传波，何飞.预应力索桁架点支式玻璃幕墙技术[J].低温建筑技术，2017，39（02）：58-59.
作者簡介：
彭斯哲，性别：男，籍贯：湖南长沙，出生年月：1987年7月，单位： 中机国际工程设计研究院有限责任公司。