专利名称：玻璃索桁架结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及玻璃幕墙和采光顶结构领域。
背景技术：
现有的预应カ索桁架利用预应カ技术，将桁架中的压杆转化为拉杆后再传递弯矩和剪力，同时还实现了杆件截面的纤细化。但是，桁架结构中的刚性腹杆和交叉斜索，视觉上会给人以凌乱的感觉,往往不受建筑师的欢迎。因此用透明的玻璃片来代替桁架中的刚性腹杆和交叉斜索，传递弯矩和剪力，与预应カ拉索通过特殊的节点构造组合在一起，从而形成一种融承重功能与观赏功能于一体的新结构，这是ー种创新，在装饰行业和玻璃幕墙、采光顶领域都有着良好的应用前景。
实用新型内容本实用新型的目的是提供ー种融通透性，观赏性和受カ功能于一体的玻璃索桁架结构。本实用新型采用如下技术方案ー种玻璃索桁架结构，包括桁架铰支座，在桁架铰支座连接有上弦钢索和下弦钢索，在上、下弦钢索之间设有玻璃腹板，在玻璃腹板与上弦钢索、下弦钢索之间分别设有节点夹具且上弦钢索、下弦钢索分别通过节点夹具与玻璃腹板连接。本实用新型的有益效果在本实用新型中，桁架的外观十分通透，轻巧和美观。从力学原理看，玻璃板起着传递剪力的作用，而上下弦拉索则起着传递弯矩的作用，两种不同特性的材料，分エ明确、优势互补，自重较小，刚度好，形成完美的组合结构。这种新结构融通透性，观赏性和受カ功能于一体，可以水平布置，也可以竖向布置，因而在玻璃幕墙和采光顶的建造中具有广阔的应用空间。与相关技术比较，本实用新型以规正的玻璃板等代刚性腹杆和交叉斜索，可简化构造，安装，施工方便，造型更为美观。本实用新型玻璃索桁架结构的具体结构由以下附图实施例详细给出，其结构体系优势通过荷载试验说明。
图I为本实用新型玻璃索桁架构造示意图；图2为本实用新型玻璃腹板构造示意图；图3为本实用新型玻璃索桁架结构夹具构造详图；图4为本实用新型玻璃索桁架结构夹具构造I-I剖面详图；图5为本实用新型玻璃索桁架结构玻璃片孔ロ构造详图；图6为本实用新型玻璃索桁架结构玻璃片孔ロ构造II-II剖面详图；图7为本实用新型玻璃索桁架结构荷载试验示意图；图8为荷载试验荷载-索カ变化曲线；[0017]图9为荷载试验荷载荷载-挠度变化曲线。
具体实施方式
ー种玻璃索桁架结构，包括桁架铰支座11，在桁架铰支座11连接有上弦钢索I和下弦钢索2，在上、下弦钢索之间设有玻璃腹板10，在玻璃腹板10与上弦钢索I、下弦钢索2之间分别设有节点夹具且上弦钢索I、下弦钢索2分别通过节点夹具与玻璃腹板10连接。在本实施例中，上弦钢索I和下弦钢索2为预应力不锈钢绞线。所述的节点夹具包括第一夹板3、第二夹板4、钢销轴5、用于连接第一夹板3和第 ニ夹板4的第一连接螺栓6及第ニ连接螺栓7，在第一夹板3和第二夹板4上分别设有用于夹持上弦钢索I或下弦钢索2的凹槽；所述夹持上弦钢索I或下弦钢索2被设在第一夹板3和第二夹板4的凹槽内并由第一连接螺栓6及第ニ连接螺栓7夹紧；所述玻璃腹板10通过穿过第一夹板3、玻璃腹板10及第ニ夹板4的钢销轴5与节点夹具连接。在钢销轴5上套设有钢轴套9，在钢轴套9上套设有弾性衬套12，并且，钢轴套9及弾性衬套12位于钢销轴5与玻璃腹板10之间，在钢轴套9上套设有第一钢片13及第ニ钢片14且第一钢片13及第ニ钢片14位于玻璃腹板10的两侧，所述第一钢片13及第ニ钢片14分别通过粘结面8粘结于玻璃腹板10上，在钢销轴5上螺纹连接有第一夹紧帽15及第二夹紧帽16且第一夹板3、第二夹板4、第一钢片13、第二钢片14及玻璃腹板10由第一夹紧帽15及第ニ夹紧帽16夹紧其间。所述钢轴套9与玻璃腹板10连接时，在玻璃腹板10四角钻孔，孔内放置钢轴套10，钢轴套10与玻璃孔壁间用弾性衬套12隔离，钢轴套9向玻璃腹板10连接传カ时不通过孔壁，而是通过第一钢片13、第二钢片14与玻璃腹板10的粘结面8实现传力，避免钢销轴5与玻璃腹板10直接接触传カ时产生的应カ集中。节点构造中的应カ传递路径为荷载—玻璃腹板一钢片粘结面一钢片一钢轴套一钢销轴一夹具一预应カ索一桁架支座。下面參照附图，对本实用新型具体实施方案做出更为详细的描述一·结构安装本实用新型玻璃索桁架结构由上弦钢索1，下弦钢索2，玻璃腹板10和节点夹具等组成，如图I所示。上下弦钢索为不锈钢绞线，两端为带螺杆的冷挤压锚头。玻璃腹板10采用钢化夹胶玻璃，四角钻孔，如图2所示。作为构件的玻璃片，连同角部钻孔中的钢轴套9、第一钢片13和第二钢片14等先在エ厂预制加工成成品(如图3)，然后运到工程现场组装成结构。安装并张拉上弦钢索I和下弦钢索2，钢索穿过第一夹板3和第二夹板4，并用第ー螺栓6和第二螺栓7将夹板固定在钢索上，将玻璃腹板10装在上下弦钢索之间，玻璃腹板10四角的孔与夹板上的孔对齐，插入钢轴销5使其固定，然后用特制的胶泥钢将夹板孔与钢销轴5间的装配间隙填塞紧密，最后将销轴上的第一夹紧帽15和第二夹紧帽16拧紧(如图6)。静置三天，待胶泥钢完全固化后，玻璃索桁架即已形成整体结构，具有良好的刚度和承载能力。上述施工组装避免了在高空现场进行粘结操作，有利于保证施工质量。但构件的制作、安装误差无法避免。当采用螺栓连接方案时，常规钢结构中的螺栓连接原理，因玻璃孔壁不存在塑性变形的能力，上述分析的施工误差，不可能在节点传カ过程中得到调整。所以，螺栓连接方案不适用于玻璃构件。本实用新型中采用适当加大索节点夹板上螺栓开孔尺寸，并用特制的胶泥钢填塞安装缝隙等方法来化解施工误差，实现有效传カ的节点安装构造。所述的上弦钢索I和下弦钢索2是由多根钢丝捻制的钢绞线。所述的玻璃腹板10是夹胶玻璃板，形状为矩形，大小根据建筑设计的尺寸分割或材料尺寸和重量而定。所述的第一夹板3和第二夹板4由金属材料制作，通过第一螺栓6和第二螺栓7与上弦钢索I和下弦钢索2连接，通过钢轴销5与玻璃腹板10连接，其功能为连接上弦钢索I和下弦钢索2与玻璃腹板10。ニ .荷载试验研究I.试验方法和试验装置根据试验要求和结构的特殊性，本次试验必须在特殊设计的钢结构试验台座上进行，钢结构试验台座是由拉索的拉カ平衡钢支撑和结构承载钢支座两部分组成，试验装置示意图见图7。结构荷载的施加采用吊蓝、砂袋吊挂法以模拟结构实际的受カ情況，并实现分级加载的要求。索力的測定由索端的ニ个压カ传感器读出，桁架的加载挠度用百分数读出，也可用精密水准仪读取。具体实施时也可按二者双控制，以便互相校核。2.加载试验实施I)桁架在台座上组装、调整外形尺寸符合设计要求，跨中预起拱后再作节点的夹紧处理。2)张拉钢索使其承受规定预拉カ值3)节点加载数据P的确定第一次加载由零至荷载标准值PK，分四次施加，每次加荷载标准值的25% ;第二次加载为破坏性加载。4)变形观测点布置要求对支座及跨中等测点进行观测。5)每级加载完成后停留15分钟，变形稳定后对索端拉カ和测点变形进行读数6)绘制荷载-索カ变化曲线(如图8)和荷载-挠度变化曲线(如图9)。3.试验结果分析I)从结构的荷载——挠度曲线可知，初期加载时，挠度与荷载呈线性关系，并与线弾性理论的分析接近，达到荷载标准值时，跨中相对挠度较小，表明结构的刚度较好。2)当加载至P = L 75PK时，桁架在右端夹胶玻璃中的一片钢化玻璃爆裂，但桁架并未丧失承载能力，仍能维持加载状态，同时玻璃片的上边缘产生了较大的平面外变形，上述现象是由于玻璃片在结构的局部区段，尚在发挥着梁的作用，玻璃片的上边缘存在压应カ造成的，实际工程中，桁架平面外是有支撑的，平面外变形不会发生。
权利要求1.ー种玻璃索桁架结构，包括桁架铰支座(11)，其特征在于，在桁架铰支座(11)连接有上弦钢索(I)和下弦钢索(2)，在上、下弦钢索之间设有玻璃腹板(10)，在玻璃腹板(10)与上弦钢索(I)、下弦钢索(2)之间分别设有节点夹具且上弦钢索(I)、下弦钢索(2)分别通过节点夹具与玻璃腹板(IO )连接。
2.根据权利要求I所述的玻璃索桁架结构，其特征在于上弦钢索(I)和下弦钢索(2)为预应力不锈钢绞线。
3.根据权利要求I所述的玻璃索桁架结构，其特征在于所述的节点夹具包括第一夹板(3)、第二夹板(4)、钢销轴(5)、用于连接第一夹板(3)和第二夹板(4)的第一连接螺栓(6)及第ニ连接螺栓(7)，在第一夹板(3)和第二夹板(4)上分别设有用于夹持上弦钢索(I)或下弦钢索(2)的凹槽；所述夹持上弦钢索(I)或下弦钢索(2)被设在第一夹板(3)和第二夹板(4)的凹槽内并由第一连接螺栓(6)及第ニ连接螺栓(7)夹紧；所述玻璃腹板(10)通过穿过第一夹板(3)、玻璃腹板(10)及第ニ夹板(4)的钢销轴(5)与节点夹具连接。
4.根据权利要求3所述的玻璃索桁架结构，其特征在于，在钢销轴(5)上套设有钢轴套(9)，在钢轴套(9)上套设有弾性衬套(12)，并且，钢轴套(9)及弾性衬套(12)位于钢销轴(5)与玻璃腹板(10)之间，在钢轴套(9)上套设有第一钢片(13)及第ニ钢片(14)且第一钢片(13)及第ニ钢片(14)位于玻璃腹板(10)的两侧，所述第一钢片(13)及第ニ钢片(14)分别通过粘结面(8)粘结于玻璃腹板(10)上，在钢销轴(5)上螺纹连接有第一夹紧帽(15)及第ニ夹紧帽(16)且第一夹板(3)、第二夹板(4)、第一钢片(13)、第二钢片(14)及玻璃腹板(10)由第一夹紧帽(15)及第ニ夹紧帽(16)夹紧其间。
专利摘要本实用新型公开了一种玻璃索桁架结构，包括桁架铰支座，在桁架铰支座连接有上弦钢索和下弦钢索，在上、下弦钢索之间设有玻璃腹板，在玻璃腹板与上弦钢索、下弦钢索之间分别设有节点夹具且上弦钢索、下弦钢索分别通过节点夹具与玻璃腹板连接。玻璃板起着传递剪力的作用，而上下弦拉索则起着传递弯矩的作用。这种结构融通透性，观赏性和受力功能于一体，可以水平布置，也可以竖向布置，因而在玻璃幕墙和采光顶的建造中具有广阔的应用空间。
文档编号E04B2/88GK202390968SQ20112047894
公开日2012年8月22日 申请日期2011年11月26日 优先权日2011年11月26日
发明者冯若强, 姚裕昌, 王飞勇, 花定兴 申请人:东南大学