專利名稱：玻璃索桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玻璃幕墻和采光頂結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的預(yù)應(yīng)力索桁架利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，將桁架中的壓桿轉(zhuǎn)化為拉桿后再傳遞彎矩和剪力，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了桿件截面的纖細(xì)化。但是，桁架結(jié)構(gòu)中的剛性腹桿和交叉斜索，視覺(jué)上會(huì)給人以凌亂的感覺(jué)，往往不受建筑師的歡迎。因此用透明的玻璃片來(lái)代替桁架中的剛性腹桿和交叉斜索，傳遞彎矩和剪力，與預(yù)應(yīng)力拉索通過(guò)特殊的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造組合在一起，從而形成一種融承重功能與觀賞功能于一體的新結(jié)構(gòu)，這是一種創(chuàng)新，在裝飾行業(yè)和玻璃幕墻、采光頂領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種融通透性，觀賞性和受力功能于一體的玻璃索桁架結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種玻璃索桁架結(jié)構(gòu)，包括桁架鉸支座，在桁架鉸支座連接有上弦鋼索和下弦鋼索， 在上、下弦鋼索之間設(shè)有玻璃腹板，在玻璃腹板與上弦鋼索、下弦鋼索之間分別設(shè)有節(jié)點(diǎn)夾具且上弦鋼索、下弦鋼索分別通過(guò)節(jié)點(diǎn)夾具與玻璃腹板連接。本發(fā)明的有益效果在本發(fā)明中，桁架的外觀十分通透，輕巧和美觀。從力學(xué)原理看，玻璃板起著傳遞剪力的作用，而上下弦拉索則起著傳遞彎矩的作用，兩種不同特性的材料，分工明確、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，自重較小，剛度好，形成完美的組合結(jié)構(gòu)。這種新結(jié)構(gòu)融通透性，觀賞性和受力功能于一體，可以水平布置，也可以豎向布置，因而在玻璃幕墻和采光頂?shù)慕ㄔ熘芯哂袕V闊的應(yīng)用空間。與相關(guān)技術(shù)比較，本發(fā)明以規(guī)正的玻璃板等代剛性腹桿和交叉斜索，可簡(jiǎn)化構(gòu)造，安裝，施工方便，造型更為美觀。本發(fā)明玻璃索桁架結(jié)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖實(shí)施例詳細(xì)給出，其結(jié)構(gòu)體系優(yōu)勢(shì)通過(guò)荷載試驗(yàn)說(shuō)明。


圖1為本發(fā)明玻璃索桁架構(gòu)造示意圖； 圖2為本發(fā)明玻璃腹板構(gòu)造示意圖3為本發(fā)明玻璃索桁架結(jié)構(gòu)夾具構(gòu)造詳圖4為本發(fā)明玻璃索桁架結(jié)構(gòu)夾具構(gòu)造I-I剖面詳圖5為本發(fā)明玻璃索桁架結(jié)構(gòu)玻璃片孔口構(gòu)造詳圖6為本發(fā)明玻璃索桁架結(jié)構(gòu)玻璃片孔口構(gòu)造II-II剖面詳圖7為本發(fā)明玻璃索桁架結(jié)構(gòu)荷載試驗(yàn)示意圖8為荷載試驗(yàn)荷載-索力變化曲線；圖9為荷載試驗(yàn)荷載荷載-撓度變化曲線。
具體實(shí)施例方式一種玻璃索桁架結(jié)構(gòu)，包括桁架鉸支座11，在桁架鉸支座11連接有上弦鋼索1 和下弦鋼索2，在上、下弦鋼索之間設(shè)有玻璃腹板10，在玻璃腹板10與上弦鋼索1、下弦鋼索 2之間分別設(shè)有節(jié)點(diǎn)夾具且上弦鋼索1、下弦鋼索2分別通過(guò)節(jié)點(diǎn)夾具與玻璃腹板10連接。在本實(shí)施例中，上弦鋼索1和下弦鋼索2為預(yù)應(yīng)力不銹鋼絞線。所述的節(jié)點(diǎn)夾具包括第一夾板3、第二夾板4、鋼銷軸5、用于連接第一夾板3和第二夾板4的第一連接螺栓6及第二連接螺栓7，在第一夾板3和第二夾板4上分別設(shè)有用于夾持上弦鋼索1或下弦鋼索2的凹槽；所述夾持上弦鋼索1或下弦鋼索2被設(shè)在第一夾板 3和第二夾板4的凹槽內(nèi)并由第一連接螺栓6及第二連接螺栓7夾緊；所述玻璃腹板10通過(guò)穿過(guò)第一夾板3、玻璃腹板10及第二夾板4的鋼銷軸5與節(jié)點(diǎn)夾具連接。在鋼銷軸5上套設(shè)有鋼軸套9，在鋼軸套9上套設(shè)有彈性襯套12，并且，鋼軸套9 及彈性襯套12位于鋼銷軸5與玻璃腹板10之間，在鋼軸套9上套設(shè)有第一鋼片13及第二鋼片14且第一鋼片13及第二鋼片14位于玻璃腹板10的兩側(cè)，所述第一鋼片13及第二鋼片14分別通過(guò)粘結(jié)面8粘結(jié)于玻璃腹板10上，在鋼銷軸5上螺紋連接有第一夾緊帽15及第二夾緊帽16且第一夾板3、第二夾板4、
第一鋼片13、第二鋼片14及玻璃腹板10由第一夾緊帽15及第二夾緊帽16夾緊其間。所述鋼軸套9與玻璃腹板10連接時(shí)，在玻璃腹板10四角鉆孔，孔內(nèi)放置鋼軸套 10，鋼軸套10與玻璃孔壁間用彈性襯套12隔離，鋼軸套9向玻璃腹板10連接傳力時(shí)不通過(guò)孔壁，而是通過(guò)第一鋼片13、第二鋼片14與玻璃腹板10的粘結(jié)面8實(shí)現(xiàn)傳力，避免鋼銷軸5與玻璃腹板10直接接觸傳力時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力集中。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中的應(yīng)力傳遞路徑為荷載 —玻璃腹板一鋼片粘結(jié)面一鋼片一鋼軸套一鋼銷軸一夾具一預(yù)應(yīng)力索一桁架支座。下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方案做出更為詳細(xì)的描述 一.結(jié)構(gòu)安裝
本發(fā)明玻璃索桁架結(jié)構(gòu)由上弦鋼索1，下弦鋼索2，玻璃腹板10和節(jié)點(diǎn)夾具等組成，如圖1所示。上下弦鋼索為不銹鋼絞線，兩端為帶螺桿的冷擠壓錨頭。玻璃腹板10采用鋼化夾膠玻璃，四角鉆孔，如圖2所示。作為構(gòu)件的玻璃片，連同角部鉆孔中的鋼軸套9、第一鋼片13和第二鋼片14等先在工廠預(yù)制加工成成品(如圖3)，然后運(yùn)到工程現(xiàn)場(chǎng)組裝成結(jié)構(gòu)。安裝并張拉上弦鋼索1和下弦鋼索2，鋼索穿過(guò)第一夾板3和第二夾板4，并用第一螺栓6和第二螺栓7將夾板固定在鋼索上，將玻璃腹板10裝在上下弦鋼索之間，玻璃腹板10四角的孔與夾板上的孔對(duì)齊，插入鋼軸銷5使其固定，然后用特制的膠泥鋼將夾板孔與鋼銷軸5間的裝配間隙填塞緊密，最后將銷軸上的第一夾緊帽15和第二夾緊帽16擰緊 (如圖6)。靜置三天，待膠泥鋼完全固化后，玻璃索桁架即已形成整體結(jié)構(gòu)，具有良好的剛度和承載能力。上述施工組裝避免了在高空現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行粘結(jié)操作，有利于保證施工質(zhì)量。但構(gòu)件的制作、安裝誤差無(wú)法避免。當(dāng)采用螺栓連接方案時(shí)，常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)中的螺栓連接原理，因玻璃孔壁不存在塑性變形的能力，上述分析的施工誤差，不可能在節(jié)點(diǎn)傳力過(guò)程中得到調(diào)整。所以，螺栓連接方案不適用于玻璃構(gòu)件。本發(fā)明中采用適當(dāng)加大索節(jié)點(diǎn)夾板上螺栓開(kāi)孔尺寸，并用特制的膠泥鋼填塞安裝縫隙等方法來(lái)化解施工誤差，實(shí)現(xiàn)有效傳力的節(jié)點(diǎn)安裝構(gòu)造。所述的上弦鋼索1和下弦鋼索2是由多根鋼絲捻制的鋼絞線。所述的玻璃腹板10是夾膠玻璃板，形狀為矩形，大小根據(jù)建筑設(shè)計(jì)的尺寸分割或材料尺寸和重量而定。所述的第一夾板3和第二夾板4由金屬材料制作，通過(guò)第一螺栓6和第二螺栓7 與上弦鋼索1和下弦鋼索2連接，通過(guò)鋼軸銷5與玻璃腹板10連接，其功能為連接上弦鋼索1和下弦鋼索2與玻璃腹板10。二 .荷載試驗(yàn)研究 1.試驗(yàn)方法和試驗(yàn)裝置
根據(jù)試驗(yàn)要求和結(jié)構(gòu)的特殊性，本次試驗(yàn)必須在特殊設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)座上進(jìn)行， 鋼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)座是由拉索的拉力平衡鋼支撐和結(jié)構(gòu)承載鋼支座兩部分組成，試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖7。結(jié)構(gòu)荷載的施加采用吊藍(lán)、砂袋吊掛法以模擬結(jié)構(gòu)實(shí)際的受力情況，并實(shí)現(xiàn)分級(jí)加載的要求。索力的測(cè)定由索端的二個(gè)壓力傳感器讀出，桁架的加載撓度用百分?jǐn)?shù)讀出， 也可用精密水準(zhǔn)儀讀取。具體實(shí)施時(shí)也可按二者雙控制，以便互相校核。2.加載試驗(yàn)實(shí)施
1)桁架在臺(tái)座上組裝、調(diào)整外形尺寸符合設(shè)計(jì)要求，跨中預(yù)起拱后再作節(jié)點(diǎn)的夾緊處理。2)張拉鋼索使其承受規(guī)定預(yù)拉力值
3)節(jié)點(diǎn)加載數(shù)據(jù)P的確定第一次加載由零至荷載標(biāo)準(zhǔn)值Hi，分四次施加，每次加荷載標(biāo)準(zhǔn)值的25% ；第二次加載為破壞性加載。4)變形觀測(cè)點(diǎn)布置要求對(duì)支座及跨中等測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。5)每級(jí)加載完成后停留15分鐘，變形穩(wěn)定后對(duì)索端拉力和測(cè)點(diǎn)變形進(jìn)行讀數(shù) 6 )繪制荷載-索力變化曲線(如圖8 )和荷載-撓度變化曲線(如圖9 )。3.試驗(yàn)結(jié)果分析
1)從結(jié)構(gòu)的荷載——撓度曲線可知，初期加載時(shí)，撓度與荷載呈線性關(guān)系，并與線彈性理論的分析接近，達(dá)到荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，跨中相對(duì)撓度較小，表明結(jié)構(gòu)的剛度較好。2)當(dāng)加載至P = L 75PK時(shí)，桁架在右端夾膠玻璃中的一片鋼化玻璃爆裂，但桁架并未喪失承載能力，仍能維持加載狀態(tài)，同時(shí)玻璃片的上邊緣產(chǎn)生了較大的平面外變形， 上述現(xiàn)象是由于玻璃片在結(jié)構(gòu)的局部區(qū)段，尚在發(fā)揮著梁的作用，玻璃片的上邊緣存在壓應(yīng)力造成的，實(shí)際工程中，桁架平面外是有支撐的，平面外變形不會(huì)發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種玻璃索桁架結(jié)構(gòu)，包括桁架鉸支座(11)，其特征在于，在桁架鉸支座(11)連接有上弦鋼索(1)和下弦鋼索(2)，在上、下弦鋼索之間設(shè)有玻璃腹板(10)，在玻璃腹板(10) 與上弦鋼索(1)、下弦鋼索(2)之間分別設(shè)有節(jié)點(diǎn)夾具且上弦鋼索(1)、下弦鋼索(2)分別通過(guò)節(jié)點(diǎn)夾具與玻璃腹板(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃索桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于上弦鋼索(1)和下弦鋼索(2) 為預(yù)應(yīng)力不銹鋼絞線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玻璃索桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的節(jié)點(diǎn)夾具包括第一夾板(3)、第二夾板(4)、鋼銷軸(5)、用于連接第一夾板(3)和第二夾板(4)的第一連接螺栓 (6)及第二連接螺栓(7)，在第一夾板(3)和第二夾板(4)上分別設(shè)有用于夾持上弦鋼索(1) 或下弦鋼索(2)的凹槽；所述夾持上弦鋼索(1)或下弦鋼索(2)被設(shè)在第一夾板(3)和第二夾板(4)的凹槽內(nèi)并由第一連接螺栓(6)及第二連接螺栓(7)夾緊；所述玻璃腹板(10)通過(guò)穿過(guò)第一夾板(3)、玻璃腹板(10)及第二夾板(4)的鋼銷軸(5)與節(jié)點(diǎn)夾具連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的玻璃索桁架結(jié)構(gòu)，其特征在于，在鋼銷軸(5)上套設(shè)有鋼軸套 (9)，在鋼軸套(9)上套設(shè)有彈性襯套(12)，并且，鋼軸套(9)及彈性襯套(12)位于鋼銷軸 (5)與玻璃腹板(10)之間，在鋼軸套(9)上套設(shè)有第一鋼片(13)及第二鋼片(14)且第一鋼片(13)及第二鋼片(14)位于玻璃腹板(10)的兩側(cè)，所述第一鋼片(13)及第二鋼片(14) 分別通過(guò)粘結(jié)面(8)粘結(jié)于玻璃腹板(10)上，在鋼銷軸(5)上螺紋連接有第一夾緊帽(15) 及第二夾緊帽(16)且第一夾板(3)、第二夾板(4)、第一鋼片(13)、第二鋼片(14)及玻璃腹板(10)由第一夾緊帽(15)及第二夾緊帽(16)夾緊其間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種玻璃索桁架結(jié)構(gòu)，包括桁架鉸支座，在桁架鉸支座連接有上弦鋼索和下弦鋼索，在上、下弦鋼索之間設(shè)有玻璃腹板，在玻璃腹板與上弦鋼索、下弦鋼索之間分別設(shè)有節(jié)點(diǎn)夾具且上弦鋼索、下弦鋼索分別通過(guò)節(jié)點(diǎn)夾具與玻璃腹板連接。玻璃板起著傳遞剪力的作用，而上下弦拉索則起著傳遞彎矩的作用。這種結(jié)構(gòu)融通透性，觀賞性和受力功能于一體，可以水平布置，也可以豎向布置，因而在玻璃幕墻和采光頂?shù)慕ㄔ熘芯哂袕V闊的應(yīng)用空間。
文檔編號(hào)E04B2/88GK102535692SQ20111038358
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月26日
發(fā)明者馮若強(qiáng), 姚裕昌, 王飛勇, 花定興 申請(qǐng)人:東南大學(xué)