四季中庭索網(wǎng)幕墻設(shè)計(jì)與構(gòu)造

    北京土城電話局、國家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心兩座建筑位于北京三環(huán)外，僅一路之隔。均為相距21m及29m的雙體建筑，建筑風(fēng)格相似。

    在每幢雙體建筑之間連結(jié)一個(gè)四季中庭。四季中庭建筑立面玻璃幕墻采用大跨度單層正交索網(wǎng)支撐體系.為國內(nèi)首例；頂面玻璃采光頂采用張拉自平衡索桿桁架及用玻璃作為次結(jié)構(gòu)的支撐體系。使得中庭極大限度達(dá)到通透的效果，將室內(nèi)外環(huán)境有機(jī)的融合在一起，在喧嘩城市中創(chuàng)造了一個(gè)通透、簡潔、富有現(xiàn)代美感的自然回歸空間。

    土城電話局的四季中庭高度為18.9m，長度29m，進(jìn)深34m；國家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心四季中庭高度為26.5m，正立面長度21m，背立面長度16m，進(jìn)深34m。全新的四季中庭成為這兩個(gè)建筑物的亮點(diǎn)。

    四季中庭立面幕墻采用中空鋼化超白玻璃，頂面采光頂采用中空鋼化夾層超白玻璃。頂面采光頂為斜面，中庭與塔樓交界處設(shè)有匯水天溝.每個(gè)匯水天溝設(shè)4個(gè)隱形排水管直至地下排水管網(wǎng)。

    全玻璃外殼，具有獨(dú)特的風(fēng)貌。超白玻璃在建筑中的最大魅力在于它的透明、晶瑩和光彩。通透的四季中庭將內(nèi)部的空間次序，人的運(yùn)動(dòng)等有序地反映給外部，形成建筑的外部表情。對(duì)城市而言，創(chuàng)造了良好的城市景觀界面，為美化城市做出了貢獻(xiàn)。同樣，通過這個(gè)巨大的透明屏幕，將室外的環(huán)境空間融至室內(nèi)，成為建筑的內(nèi)部表情。通過有序、有理的支撐體系的分割，變?yōu)樗茢噙�連的“情節(jié)”，體現(xiàn)出信息時(shí)代建筑追求開放與交流的現(xiàn)代建筑意識(shí)。為現(xiàn)代人創(chuàng)造了一個(gè)良好的工作環(huán)境。

    四季中庭可看成雙體建筑的補(bǔ)充，它不僅是單純的連體行為，還與城市和城市的文化背景取得聯(lián)系，從而成為另一種文化。

    為將本工程建成北京市極具特色的建筑物之一，我們?cè)诔浞挚紤]建筑的造型、使用功能的同時(shí)，本著“可行、安全、可靠、技術(shù)先進(jìn)、外觀新穎、輕巧、不類同”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

    玻璃在建筑中的最大魅力在于它的透明、晶瑩和光彩。如果支撐玻璃的結(jié)構(gòu)構(gòu)件粗笨、繁復(fù)，將嚴(yán)重影響玻璃材料的特殊表現(xiàn)力，因此，在設(shè)計(jì)中極其審慎地安排支撐的形式，使之成為精致的反襯，達(dá)到“鳥鳴山更幽”的境界，充分映射出玻璃的透明品質(zhì)，使之成為有不同肌理(不同的支撐方式)的“屏幕”。

    在立面結(jié)構(gòu)選型上，經(jīng)過專家論證，首次采用了單層正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系，豎向鋼索拉在地面和頂部所設(shè)的空間桁架之間，主要用以承受重力荷載；水平鋼索拉在兩個(gè)主體建筑物之間，主要用以承受風(fēng)荷載、地震作用。立面水平索間距1.5m，豎向索間距1.5m，玻璃面板為8+12A+6mm中空鋼化超白玻璃，尺寸為1500×1500mm，玻璃與鋼索間用不銹鋼連接件連接。

    頂面采光頂主結(jié)構(gòu)采用自平衡索桿桁架，索桁架間距為4500mm，次結(jié)構(gòu)大膽的采用透明玻璃結(jié)構(gòu)(通過大量的試驗(yàn)和論證)，玻璃肋為10+1.524pvb+10+1.52pvb+10鋼化夾層玻璃，在任意一片玻璃發(fā)生意外損壞的情況下，其余兩片還可以具備承受設(shè)計(jì)荷載的功能。其通透性與新奇性是一般結(jié)構(gòu)系統(tǒng)無法比擬的。玻璃肋間距為1500mm，玻璃肋高300mm，玻璃肋處加水平拉桿保證索桁架撐桿的平面外穩(wěn)定性，索桁架弦桿加預(yù)應(yīng)力，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)輕盈、有序。采光頂玻璃面板采用 8+12A+6+1.52pvb+6mm

中空鋼化夾層超白玻璃，尺寸為1875mm×1500。玻璃與索桁架間采用不銹鋼連接件連接形成整體，充分體現(xiàn)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的高科技內(nèi)涵。

    按照現(xiàn)行國家及行業(yè)技術(shù)規(guī)范《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》、《點(diǎn)支式玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》，對(duì)結(jié)構(gòu)在恒載、活載、風(fēng)載、地震作用、預(yù)拉力、溫度作用的各種組合下進(jìn)行計(jì)算分析，采用的軟件是ANSYS工程分析軟件，經(jīng)計(jì)算選定：鋼索選用德國PFEIFER產(chǎn)品，立面水平索φ36(1×61)鍍鋅鋁鋼索，立面豎向索φ24(1×37)鍍鋅鋁鋼索；采光頂索桁架水平撐桿300×200×12矩形鋼管，豎向撐桿φ76×4.5鋼管，上、下弦鋼索φ36(1×61)鍍鋅鋁鋼索，玻璃肋處的水平拉桿為2φ12。

    本工程是國內(nèi)第一個(gè)大跨度單層正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)體系，國內(nèi)尚無相應(yīng)的規(guī)范；玻璃做為采光頂?shù)某兄亓海�在國�?nèi)的工程中也是首創(chuàng)。

    我們借鑒國外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)計(jì)算修定，經(jīng)過專家論證，討論通過本工程單層正交索網(wǎng)幕墻的可行性，幕墻平面外允許變形為跨度的1/50。

    在本工程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中運(yùn)用了一些概念設(shè)計(jì)和構(gòu)造措施，是我公司研制和開發(fā)的專利產(chǎn)品：主要有滑動(dòng)支座、過載保護(hù)裝置等。

    由于四季中庭位于兩個(gè)建筑物之間并與建筑物相連，地震過程中兩個(gè)建筑物之間可能產(chǎn)生相向運(yùn)動(dòng)、相離運(yùn)動(dòng)、相互戳動(dòng)等(北京的抗震設(shè)防烈度為8度)，為了不使這種不利因素影響中庭結(jié)構(gòu)，我們采用了以下構(gòu)造措施：

    (1)滑動(dòng)支座：在自平衡索桿桁架的支座上采用一端是可繞豎向轉(zhuǎn)動(dòng)、另一端是即可繞豎向轉(zhuǎn)動(dòng)又可沿水平滑動(dòng)的支座，從而適應(yīng)四季中庭與相鄰雙體建筑物在地震作用下的各種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，巧妙地克服了不利的地震影響。

    (2)過載保護(hù)裝置：立面水平索在常遇地震下的組合內(nèi)力不超過300kN，主體建筑物完全能夠承受。但在罕遇地震下的組合內(nèi)力接近400kN，主體建筑物是不能承受的。為此我們?cè)谒�平索的兩端采用了過載保護(hù)裝置，它的工作原理是通過過載保護(hù)裝置連接水平索及主體砼結(jié)構(gòu)。在正常工作情況下，水平索軸力通過過載保護(hù)裝置傳遞至兩側(cè)的主體砼結(jié)構(gòu)，從而滿足了計(jì)算假定。當(dāng)遭遇罕遇地震的情況下，水平索的內(nèi)力超過300kN時(shí)，過載保護(hù)裝置啟動(dòng)另一種工作方式，釋放過大位移而避免索產(chǎn)生過大軸力，從而達(dá)到對(duì)主體結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用；并能維持正常的內(nèi)力，使幕墻處于正常的狀態(tài)，只需更換過載保護(hù)裝置，便可恢復(fù)幕墻的正常狀態(tài)，從而達(dá)到了對(duì)幕墻的保護(hù)作用。

    通過兩個(gè)四季中庭索網(wǎng)幕墻的設(shè)計(jì)和施工，體會(huì)到：

    1、在索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面：索網(wǎng)幕墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是結(jié)構(gòu)受力方案的確定。必須在主體建筑澆注前，及時(shí)和設(shè)計(jì)單位確定索與建筑主體的連接部位及連接方式，避免產(chǎn)生后埋件，造成不必要的材料浪費(fèi)和不穩(wěn)定因素。

    2、在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)和施工安裝方面：運(yùn)用精密的機(jī)械設(shè)計(jì)及加工安裝手段，控制各構(gòu)造節(jié)點(diǎn)的構(gòu)件達(dá)到設(shè)計(jì)的工作狀態(tài)。

    3、這兩個(gè)工程，經(jīng)過了我們大膽構(gòu)思，采用新技術(shù)、新材料、新工藝，認(rèn)真分析，借鑒國外相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)計(jì)算修定。經(jīng)過專家的論證及細(xì)心地設(shè)計(jì)、制作和安裝。工程于2003年投入使用，經(jīng)證實(shí)達(dá)到了預(yù)期的效果，功能上也完全滿足要求，受到了各方的好評(píng)。