科技成果——橋建合一玻璃幕牆耦合振

1、 項目基本概況

1.1 立項背景

隨著高速鐵路建設的不斷髮展,許多車站站房均採用了橋建合一結構形式。所謂橋建合一是指車站上部站房建築結構支撐於下部高速鐵路梁的橋墩之上。這種橋-建合一綜合結構體系的提出與應用是大型鐵路客站建設中的一項重大創新,但也帶來了一系列設計和施工技術難題,橋建合一結構體系耦合振動就是難題之一。由於橋樑與車站建築結構連為一個有機整體,高速列車通過高架橋樑時,會激起列車各車輛、橋樑結構以及建築結構的耦合振動(以下簡稱車橋建耦合振動),近年來,高速車輛與橋樑的動力相互作用問題越來越受到人們的重視。高速運行的車輛會對橋建結構產生動力衝擊作用,使結構發生振動,直接影響橋建的工作狀態和使用壽命; 另一方面,橋建的振動又會對運行車輛的平穩性和安全性產生影響,這使得橋樑結構的振動狀態成為評價結構動力設計參數合理與否的重要指標。需要對列車運行、橋樑及建築結構的安全性、耐久性的影響進行整體分析及評價。

新建設並投入使用的X火車站是一個採用“橋建合一”新型結構形式的典型大型火車站,車站橫向由10座平行佈置的橋樑組成,各橋之間採用站臺梁連接。橋樑之間的站臺梁採用鋼結構玻璃幕牆,最大標高達59m,最大跨度為116m。如圖1所示。它採用上部大型建築與下部橋樑共同以鐵路橋樑橋墩為基礎的組成形式,鐵路橋樑的橋墩同時也是火車站房的受力柱。這種“橋建合一”的新型結構火車站工況複雜,動力性能、結構穩定、結構精度與變形控制要求都非常高,其中的玻璃幕牆工程就是一個比較突出的亮點。對於X火車站中的大型幕牆圍護結構而言,存在著新的研究問題是:鐵路軌道梁下部的幕牆系統,其主立柱採用的是壓彎構件形式,其上端連接於高速列車通過時的列車軌道梁底側,因此存在著高速列車通過時產生的幕牆振動破壞問題;而中央主站房上部建築幕牆系統則與屋蓋主體桁架結構相連接,並採用雙鉸搖臂連接形式;上部幕牆系統中主立柱採用壓彎構件形式,為當前我國國內最大的單根箱型截面簡支梁結構形式,幕牆體系的振動問題成為研究的重點。


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圖1 橋建合一結構火車站示意圖


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圖2X站實景圖

在前期的橋建合一形式下鋼結構幕牆抗震研究中,已經完成對鐵軌下部幕牆系統在列車垂直振動荷載作用下的減振體系進行了相應的足尺試驗研究與仿真分析研究,並對上部主站房幕牆鋼結構系統的設計與構造以及風荷載作用下的強度與穩定進行了研究。而本項目將針對幕牆振動的另外一個問題進行研究,即高速列車通過時將引起橋建合一體系的主體結構產生振動,而主體結構作為幕牆結構的支承體系,又會引起幕牆鋼結構系統的振動,並且這種振動荷載不是以直接荷載的形式作用在幕牆結構上,而是以整體慣性力的形式作用在幕牆鋼結構體系上,由此引發的幕牆振動及減振控制研究成為一個新的研究課題。並且橋建合一體系在不同烈度地震中的震動分析資料也非常匱乏,因此對幕牆體系動力響應防振減震控制進行研究,將為類似工程中幕牆體系的設計和施工建設提供一定的參考。

1.1 項目研究主要內容

本項目將通過數值模擬對列車在最不利車速通過工況下引起的幕牆振動規律及不同地震烈度情況下的幕牆動力響應規律進行研究,並進行由車輛運行引起的振動和地震震動耦合作用時的動力響應分析,再通過對有無減震裝置時的幕牆振動情況進行對比分析,為幕牆結構的優化設計提供科學依據。

列車通過鐵路橋樑時,引起橋樑及幕牆的振動。這時,橋樑及幕牆結構不僅承受靜力的作用,還要承受移動荷載的振動慣性力作用,列車引起的橋樑振動可能使橋樑結構的構件產生疲勞,降低其強度和穩定性;反過來,橋樑、幕牆的振動可能會對橋上車輛的運行安全和穩定性產生影響;當列車的動力變化頻率與橋跨、幕牆結構自振頻率相等或接近時,引起的共振可能會使車橋建動力響應加劇,產生意外的破壞。

高速列車通過時,不僅僅是在垂直方向上使橋軌產生振動,而且由於列車車輪踏面的錐度以及輪緣與鋼軌內側的間隙,將導致車輛運行時產生蛇形運動,從而使車橋系統產生橫向的振動源。在此振動源作用下,作為幕牆體系基礎的地面將做橫向振動,並且這種振動荷載不是以直接荷載的形式作用在幕牆結構上,而是以整體慣性力的形式作用在幕牆鋼結構體系上,因此,幕牆體系將隨基礎運動而產生振動,在幕牆振動響應超過其振幅極限時,幕牆體系將遭到破壞。

由此可見,橋建合一結構中幕牆體系的振動問題十分複雜,如果處理不當,將會嚴重影響鐵路系統的安全運行甚至產生嚴重的安全事故。然而現行的有關幕牆的規範中尚缺乏對橋建結構幕牆體系振動問題的規定,在設計過程中缺乏相關依據,因此有必要對此進行專項研究。

另一方面,大型橋建合一綜合結構中幕牆結構體系在不同地震烈度情況下的動力響應規律也是一個十分重要的問題,加上近年來各地地震頻發,使得政府和公眾對地震作用下大型結構的破壞問題尤為關注,因此也有必要對這一問題開展研究。

本項目將以X火車站0.0m高程幕牆為典型工程背景,著重對高速列車通過情況下橋建合一結構幕牆體系的振動及其在不同地震烈度下的動力響應規律開展研究。

1.1.1. X火車站0m高程玻璃幕牆結構有限元模型的建立

針對新建X站幕牆工程,在進行數值仿真計算過程中,前期的有限元計算模型建立的是否合理,直接影響到最後結論的準確性。其中包括準確地對結構單元定位,準確地簡化計算模型,準確地對約束定位,準確地加載等。

1.1.2. 玻璃幕牆結構自由振動分析

本次項目採用ANSYS的模態分析功能來進行玻璃幕牆結構的自由振動分析,取玻璃幕牆結構前10階自由振動頻率,分析前10階自由振動主振型。

1.1.3. 玻璃幕牆結構地震反應譜分析

針對新建X站工程,幕牆框架系統採用鋼結構框架的受力體系,主要起到受力安全合理,同時滿足所有的變形要求,即能消耗主體結構變形又能滿足在微變形的情況下玻璃使用的安全性。根據幕牆特有特點在施工安裝中採取了一系列的安裝方案,以及保證措施,對施工同類型工程起借鑑作用。

2、 課題研究綜合報告

2.1 課題研究目的

對幕牆體系動力響應防振減震控制進行研究,將為類似工程中幕牆體系的設計和施工建設提供一定的參考。

2.2 研究思路與研究方法

本課題結合幕牆系統應用現狀,以新建X站0.0m高程幕牆為典型工程背景,對工程中採用的抗振減振系統進行研究和應用。

本科技成果關鍵技術:高速列車通過情況下橋建合一結構幕牆體系的振動及其在不同地震烈度下的動力響應規律。

研究思路與研究方法具體為:

技術提煉、高校仿真模擬試驗貫穿全過程;

2.3 課題主要技術內容

本課題將通過現場檢測和數值模擬對列車在最不利車速通過工況下引起的幕牆振動規律及不同地震烈度情況下的幕牆動力響應規律進行研究,並通過對有無減震裝置時的幕牆振動情況進行對比分析,為幕牆結構的優化設計提供科學依據。

列車通過鐵路橋樑時,引起橋樑及幕牆的振動。這時,橋樑及幕牆結構不僅承受靜力的作用,還要承受移動荷載的振動慣性力作用,列車引起的橋樑振動可能使橋樑結構的構件產生疲勞,降低其強度和穩定性;反過來,橋樑、幕牆的振動可能會對橋上車輛的運行安全和穩定性產生影響;當列車的動力變化頻率與橋跨、幕牆結構自振頻率相等或接近時,引起的共振可能會使車橋建動力響應加劇,產生意外的破壞。

高速列車通過時,不僅僅是在垂直方向上使橋軌產生振動,而且由於列車車輪踏面的錐度以及輪緣與鋼軌內側的間隙,將導致車輛運行時產生蛇形運動,從而使車橋系統產生橫向的振動源。在此振動源作用下,作為幕牆體系基礎的地面將做橫向振動,並且這種振動荷載不是以直接荷載的形式作用在幕牆結構上,而是以整體慣性力的形式作用在幕牆鋼結構體系上,因此,幕牆體系將隨基礎運動而產生振動,在幕牆振動響應超過其振幅極限時,幕牆體系將遭到破壞。

由此可見,橋建合一結構中幕牆體系的振動問題十分複雜,如果處理不當,將會嚴重影響鐵路系統的安全運行甚至產生嚴重的安全事故。然而現行的有關幕牆的規範中尚缺乏對橋建結構幕牆體系振動問題的規定,在設計過程中缺乏相關依據,因此有必要對此進行專項研究。

另一方面,大型橋建合一綜合結構中幕牆結構體系在不同地震烈度情況下的動力響應規律也是一個十分重要的問題,加上近年來各地地震頻發,使得政府和公眾對地震作用下大型結構的破壞問題尤為關注,因此也有必要對這一問題開展研究。

本項目將以X火車站0.0m高程幕牆為典型工程背景,著重對高速列車通過情況下橋建合一結構幕牆體系的振動及其在不同地震烈度下的動力響應規律開展研究。

2.4 主要技術研究

主要研究:高速列車通過情況下橋建合一結構幕牆體系的振動及其在不同地震烈度下的動力響應規律。

2.4.1. 有限元模型

2.4.1.1 結構基本資料

研究對象為X火車站標高0.0m高程南北面的玻璃幕牆鋼結構支承體系(圖2.4.1.1-1),幕牆結構示意圖如圖2.3.1.1-2所示。

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圖2.4.1.1-1 X火車站高程0.0m玻璃幕牆結構體系實際結構圖


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圖2.4.1.1-2 高程0.0m幕牆鋼結構設計示意圖


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圖2.4.1.1-3玻璃幕牆內層鋼結構構造節點示意圖

圖中1.支座轉接件,2.粘滯性橡膠構件,3.套管構件,4.鋼結構主立柱。

外層鋼結構玻璃幕牆構造節點如下:


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圖2.4.1.1-4玻璃幕牆橫剖節點圖


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圖2.4.1.1-5玻璃幕牆豎剖節點圖

幕牆結構體系由鋼結構方管柱支撐、吊杆結構、橫樑、方通和玻璃面板結構組成,豎向支撐形式為單管支撐(單管柱),幕牆支撐鋼結構受力形式為承受玻璃自重、支撐構件自重和水平風荷載,單管支撐之間設四塊幕牆玻璃。頂橫樑、立柱、吊杆、柱間水平支撐構件的連接方式為剛接。

1.1.1.1 分析軟件

本項目計算軟件採用大型有限元分析軟件ANSYS V14.0。

1.1.1.2 分析模型

對玻璃幕牆頂橫樑、上部橫向連續梁、橫向聯繫梁、立柱、吊杆按梁單元模擬,玻璃按板單元模擬。其中對雙層玻璃的每一層都單獨按板單元模擬,在玻璃四周對前後玻璃設置自由度耦合約束,以模擬玻璃邊框對玻璃的約束作用。建立玻璃幕牆有限元模型如圖2.4.1.3-1~圖2.4.1.3-3所示。

建立有限元模型直角座標系如圖2.4.1.3-4~圖2.4.1.3-5所示,x軸沿幕牆軸線,y軸沿幕牆橫向,z軸向上。


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圖2.4.1.3-1 玻璃幕牆結構有限元模型


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圖2.4.1.3-2 玻璃幕牆結構有限元模型(梁)


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圖2.4.1.3-3 玻璃幕牆結構有限元模型(玻璃)

有限元模型支座約束的確定:

幕牆鋼結構體系的約束為方管柱頂端通過隔振裝置與鐵路軌道梁連接、方管柱及吊杆底端與地面固定鉸接連接,如圖2.4.1.3-4~2.4.1.3-5所示,即由於隔振裝置的作用,使得方管柱頂端垂直向約束較弱,可以產生較大的豎向移動,而側向約束很強,不能產生水平向移動。


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圖2.4.1.3-4 幕牆鋼結構方管柱頂端約束示意圖


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圖2.4.1.3-5 幕牆鋼結構方管柱頂端約束示意圖


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圖2.4.1.3-6 幕牆結構方管柱頂端約束


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2.4.1.3-7 幕牆鋼結構方管柱底端約束

有限元模型支座約束(圖2.4.1.3-8)為:

立柱頂端z向位移自由,其他自由度約束。立柱底部x向轉動自由度自由,其他自由度約束。吊杆底部z向位移自由,其他自由度約束。


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圖2.4.3.1-8 玻璃幕牆結構有限元支座約束

1.1.1. 幕牆結構自振分析

計算玻璃幕牆結構前10階自由振動頻率見表2.4.2-1。第1階自由振動頻率為5.5504Hz,第2階自由振動頻率為10.332Hz,第3階自由振動頻率為11.503Hz。

表2.4.2-1 結構自由振動頻率(Hz)


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玻璃幕牆結構前3階自由振動主振型分別見圖2.4.2-1~圖2.4.2-3

自由振動主振型主要是幕牆在面外的彎曲運動


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圖2.4.2-1玻璃幕牆第1階自由振動主振型


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圖2.4.2-2玻璃幕牆第2階自由振動主振型


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圖2.4.2-3玻璃幕牆第3階自由振動主振型

計算分析說明:不設減振裝置,立柱頂端固定,對自由振動計算結果沒有影響。原因是自由振動主要是幕牆橫向運動,減振裝置主要在豎向起作用。

1.1.1. 幕牆結構水平地震反應譜分析

按振型分解反應譜法計算幕牆結構地震反應分析。

地震加速度反應譜按GB50011-2010《建築抗震設計規範》的規定選取。計算時,場地類別取Ⅱ類,地震分組取第一組,設計地震烈度取7、8、9度,阻尼比取0.05。地震影響係數曲線見圖2.4.3-1。


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圖2.4.3-1地震影響係數曲線

地震方向為y向(水平向,垂直於幕牆)。

計算結果:幕牆最大位移與應力見表2.4.3-1。

表2.4.3-1幕牆最大位移與應力


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根據計算,不設減振裝置,立柱頂端固定,對結構動力反應計算結果沒有影響。原因是結構動力反應主要是幕牆橫向運動,減振裝置主要在豎向起作用。

1.1.1. 幕牆結構水平地震反應時程分析

1.1.1.1 地震波的選取:

計算採用EL Centro地震波,地震方向為y向(水平向,垂直於幕牆)。

EL Centro地震波見圖2.4.4.1-1,時間長度為15s,時間間隔為0.02s,最大加速度為341.7cm/s2。


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2.4.4.1-1 EL Centro地震波

抗震設防烈度為7度,按GB50011-2010《建築抗震設計規範》,多遇地震作用下進行時程分析所用地震加速度最大值為35cm/s2。實際計算時,對EL Centro地震波進行比例折減,將最大加速度調整到35cm/s2。

抗震設防烈度為8度,按GB50011-2010《建築抗震設計規範》,多遇地震作用下進行時程分析所用地震加速度最大值為70cm/s2。實際計算時,對EL Centro地震波進行比例折減,將最大加速度調整到70cm/s2。

抗震設防烈度為9度,按GB50011-2010《建築抗震設計規範》,多遇地震作用下進行時程分析所用地震加速度最大值為140cm/s2。實際計算時,對EL Centro地震波進行比例折減,將最大加速度調整到140cm/s2。

2)計算結果:

幕牆最大位移與應力見表2.4.4.1-1。

表2.4.4.1-1幕牆最大位移與應力


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根據計算,不設減振裝置,立柱頂端固定,對結構動力反應計算結果沒有影響。原因是結構動力反應主要是幕牆橫向運動,減振裝置主要在豎向起作用。

1.1.1. 幕牆結構在列車動力荷載作用下諧響應分析

列車運行時在結構水平向產生蛇行波頻率,如為單軸轉向架,水平向頻率為:


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其中: 為車輪緣的錐度; 為軌道間距的一半; 為車輪半徑。

在我國 ,軌道間距 ,客車輪徑一般為 ,列車車廂長為 ,代人上式得:

f=0.0621v

列車進出站時行車速度為0~20km/h,對應頻率為0~0.345Hz。

列車勻速過站時行車速度為40~350km/h,對應頻率為0.69~6.04Hz。

計算結果:幕牆最大位移與應力見表2.4.5-1。

表2.4.5-1 幕牆最大位移與應力

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1.1.1. 玻璃幕牆結構在地震與列車荷載共同作用下的動力分析

採用EL Centro地震波,地震方向為y向(水平向,垂直於幕牆)。

EL Centro地震波見圖2.4.6-1,時間長度為15s,時間間隔為0.02s,最大加速度為341.7cm/s2。

表2.4.6-1 多遇地震作用下時程分析採用計算參數


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參照GB50011-2010《建築抗震設計規範》。

幕牆與站房結構連接處橫向水平位移可表述為

{x(t)}= {x}sin(wt)

式中{x}為位移幅值,設為1mm。w為激勵力圓頻率,w=2πf。位移方向垂直於幕牆。f由列車運行速度確定。

列車行車速度為20km/h,對應頻率為0.345Hz。

列車行車速度為145km/h,對應頻率為2.5Hz。

列車行車速度為308km/h,對應頻率為5.313Hz。

幕牆最大位移與應力見表2.4.6-2。

表2.4.6-2 幕牆最大位移與應力


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1.1 課題研究結論

(1)玻璃幕牆結構第1階自由振動頻率為5.5504Hz,第2階自由振動頻率為10.332Hz,第3階自由振動頻率為11.503Hz。

(2)在9度烈度水平地震荷載作用下,按反應譜法計算,玻璃幕牆結構最大橫向位移為3.68mm。玻璃第1主應力最大值為0.28MPa,應力非常小,玻璃是安全的。幕牆梁單元最大彎曲應力為9.6MPa,應力非常小,結構是安全的。

(3)在9度烈度水平地震荷載作用下,按時程分析法計算,玻璃幕牆結構最大橫向位移為3.04mm。玻璃第1主應力最大值為0.22MPa,應力非常小,玻璃是安全的。幕牆梁單元最大彎曲應力為8.2MPa,應力非常小,結構是安全的。

(4)設列車運行時產生的幕牆連接處橫向簡諧位移幅值為1mm。頻率從0增加到5.313Hz時,結構位移逐步增加。在頻率=5.313Hz處(對應於列車速度為308km/h),位移達到最大值。頻率從0Hz增加到2.5Hz時(對應於列車速度為145 km/h),位移增加很小。

行車速度為145km/h(頻率2.5Hz)時,結構最大橫向位移為1.329mm,玻璃第1主應力最大為0.092MPa,幕牆梁單元最大彎曲應力為3.927MPa。行車速度為308km/h(頻率5.313Hz)時,結構最大橫向位移為8.462mm,玻璃第1主應力最大為0.562MPa,幕牆梁單元最大彎曲應力為20.662MPa。應力非常小,結構是安全的。

(5)在9度烈度水平地震荷載與列車動力荷載共同作用下(幕牆與站房結構連接處橫向水平位移幅值取1mm,荷載頻率5.313Hz,對應於列車速度為308km/h),按時程分析法計算,玻璃幕牆結構最大橫向位移為4mm。玻璃第1主應力最大值為0.24MPa,應力非常小,玻璃是安全的。幕牆梁單元最大彎曲應力為9.6MPa,應力非常小,結構是安全的。

(6)根據計算,不設減振裝置,立柱頂端固定,對結構動力反應計算結果沒有影響。原因是結構動力反應主要是幕牆橫向運動,減振裝置主要在豎向起作用。

根據計算,不設減振裝置,立柱頂端固定,對結構動力反應計算結果沒有影響。原因是結構動力反應主要是幕牆橫向運動,減振裝置主要在豎向起作用。

針對新建X站工程,幕牆框架系統採用鋼結構框架的受力體系,主要起到受力安全合理,同時滿足所有的變形要求,即能消耗主體結構變形又能滿足在微變形的情況下玻璃使用的安全性。根據幕牆特有特點在施工安裝中採取了一系列的安裝方案,以及保證措施,對施工同類型工程起借鑑作用。

2、 課題技術項目實施應用情況

項目幕牆實施關鍵節點實施如下:

2.1 幕牆安裝施工流程


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1.1 安裝方管柱柱立挺

1.1.1.1 安裝流程如下:

檢查立柱型及連梁的型號、規格→對號就位→連接件點焊安裝→套芯套固定於吊杆下端→穿螺栓固定立柱上端→立柱位置調整→滿焊連梁構件加。

1.1.1.2 安裝要點

鋼結構箱形柱或方管柱直接安裝在底部連接耳板上,上端臨時固定在主體結構上。

當構件自重較小且方通長度較小時,採用安裝在主體結構上的捲揚機直接吊裝。

當構件自重及長度都特別大時,可以考慮採用大噸位吊車分段吊裝的方式進行安裝,每段箱形截面柱之間焊接連接。在吊車進場吊裝前注意需要根據吊車及吊裝鋼柱的重量對吊車吊裝位置進行結構加固。

1.2 彈粘性阻尼抗震機構的安裝

對於幕牆上端承受連接主體的豎向及水平向振動荷載時,幕牆頂部設置彈粘性阻尼機構與主體連接,抵抗主體結構豎向及水平向振動的影響。

支座轉接件與立柱套筒連接部位,採用具有粘滯性的橡膠構件連接形式,替代傳統的剛性連接形式。在頻遇高頻的振動工況下,通過具有粘滯性的橡膠構件避免出現幕牆構件自有頻率與主體結構振動頻率相同的情況,既共振現象。

彈粘性阻尼機構(圖2.5.1-1為現場照片,圖2.5.1-2為構造節點圖)可以使得震動結構處不需再另外設置其他轉接結構消耗震動端傳遞的震動荷載及變形,或增加幕牆立柱自身剛度來解決幕牆抗震要求。使材料消耗成本得以節約。


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圖2.5.1-1現場照片

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圖2.5.1-2構造節點圖

安裝時首先進行彈粘性阻尼機構的支座轉接件安裝,製作轉接件直接焊接在後置底板上,同時根據設計要求設置加強肋。然後將彈粘性阻尼機構的套管構件套入立柱上端,將彈粘性阻尼機構彈粘性橡膠構件安裝在支座轉接件上,調整好立柱位置後擰緊螺栓固定。在粘彈性阻尼機構與幕牆立柱龍骨之間,增加聚四氟乙烯墊片保證摩擦的潤滑性。

1.1 頂部橫樑及水平方通安裝

1.1.1.1 頂部橫樑安裝

為保持主體鋼結構龍骨框架的整體性,頂部橫樑及水平方通於豎向立柱之間採用剛性連接,安裝時用安裝在頂部主體結構上的捲揚機將橫樑方通直接吊起,吊送至安裝位置臨時固定,調整後位置後,直接焊接安裝。

1.1.1.2 幕牆吊杆豎龍骨安裝

幕牆吊杆採用鋼方通條形構件,是幕牆外層龍骨體系的主要受力構件,吊杆在工廠內加工時根據幕牆分格尺寸及安裝連接位置在吊杆上加工連接方形孔用於與主體鋼結構的連接。現場吊杆豎龍骨安裝見圖5.7.1-1現場吊杆豎龍骨安裝圖。

幕牆吊杆豎龍骨與內層鋼結構龍骨通過焊接連接在內層龍骨上的安裝連接件開長條孔進行螺栓連接。條形孔開在連接件上,方通吊杆側扣在連接件上,從外側蓋住條形孔,從而保證結構的美觀並保證結構的伸縮變形。

安裝時首先根據幕牆分格及吊杆連接點位置將吊杆連接件焊接連接在基層豎龍骨及水平方通橫龍骨上,將方通吊杆用捲揚機吊起至安裝位置,扣入連接件,然後將連接螺栓套入連接件的條形孔及鋼方通側面的螺栓連接孔,調整吊杆位置後擰緊螺栓固定。

安裝注意事項:芯套下端直接焊接於底部橫樑部位,吊杆直接插入芯套中,並在芯套與吊杆之間增加聚四氟乙烯材料,保證幕牆在全使用期過程中兩個接觸面之間的保持潤滑性;吊杆與主立柱連接時,必須保證螺栓位於長遠孔位的中心位置,這樣可以保證主體結構因各種工況引起的位移變形可以被該措施所消耗。

1.2 幕牆水平橫龍骨安裝

安裝時首先在豎龍骨上彈出水平橫龍骨安裝位置線,根據安裝位置線固定橫龍骨連接件,橫龍骨連接件通過螺栓固定在豎龍骨兩側,將橫龍骨兩端內側在工廠內加工時銑掉,運送至現場後用捲揚機吊送至安裝位置,從側面扣在連接件上,套入連接螺栓,調整好水平橫龍骨後擰緊螺栓固定。

1.3 玻璃安裝

1.3.1. 玻璃安裝節點

玻璃安裝接點如下圖所示(圖3.6.1-1橫剖節點圖,圖3.6.1-2豎剖節點圖,圖3.6.1-3現場效果圖)


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圖3.6.1-1橫剖節點圖


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圖3.6.1-2豎剖節點圖

1.1.1. 螺桿安裝

科技成果——橋建合一玻璃幕牆耦合振/震動技術應用

圖3.6.2-1螺桿安裝圖

1.1.1. 玻璃安裝

玻璃安裝前必須檢查玻璃託上面的三元乙丙橡膠墊塊是否已安裝,玻璃不能直接放置於玻璃託條上。玻璃橡膠墊塊厚度為10mm,長度為150mm。玻璃的安裝必須在兩根吊杆之間居中,避免玻璃的黑色膠邊露出內扣蓋的邊框。玻璃的安裝一定按照玻璃板塊的上標籤標註進行安裝,分清楚LOW-E膜安裝面。

1.1.2. 外壓蓋安裝

在安裝外壓蓋之前,必須安裝固定好螺桿上的玻璃限位塊。外扣蓋安裝時,必須拉通長的橫向及豎向的線,保證外壓蓋安裝時的水平度,為後期安裝外蓋板提供條件。必須把粘貼有雙面膠的橡膠皮固定於外壓蓋上,距外壓蓋的邊部距離為7mm。

外壓蓋的固定螺栓必須擰緊,保證玻璃的固定牢固。豎向兩塊玻璃交接處,必須採用一根整的壓蓋固定兩塊玻璃。現場安裝見圖3.6.4-1外壓蓋安裝圖。


科技成果——橋建合一玻璃幕牆耦合振/震動技術應用

圖3.6.4-1外壓蓋安裝圖

1.1.1. 外蓋板安裝

外蓋板的安裝時,豎向外蓋板交接點位於橫向外蓋板的上口齊平。安裝異形外蓋板時必須先進行返尺,確認返尺尺寸後再進行切割,最後進行氟碳漆噴塗。豎向外蓋板比橫向外蓋板高出5mm。豎向外蓋板在交接出打自攻螺釘,隱蔽於橫向外蓋板內側,對於上端尤其外蓋板上側,自攻螺釘需採用氟碳噴塗後的顏色,且噴塗顏色相近的。外蓋接縫位置必須為密縫。

1.2 項目完工效果

科技成果——橋建合一玻璃幕牆耦合振/震動技術應用

X站是國內首座採用“橋建合一”結構形式的站房。主體結構分為地面層、站臺層、高架層、夾層,幕牆主要分佈於地面層、站臺層、高架層。

地面層幕牆直接連接於高速列車軌道梁底側,高速列車軌道梁重力加速度為0.35g

振動頻率達到3.4HZ,軌道梁最大豎向位移為24mm。幕牆為維護結構且呈脆性易碎,在全使用期幕牆一直處於頻遇低頻振動的工況下,採用X站自身的創新專利粘彈性阻尼機構,成功解決幕牆抗振、減振問題。滿足了建築功能實際實用要求。

粘彈性阻尼機構: 0.00m標高鋼結構幕牆採用粘彈性阻尼機構的第一階自振頻率為6.57Hz,第二階頻率為10.29Hz,而設計給出的縱向列車荷載頻率為3.4Hz,因此,列車荷載不會使幕牆結構產生共振而影響使用。

阻尼機構疲勞試驗:本結構減振裝置經過疲勞循環加載200萬次後,試驗模型(螺桿、橡膠等)未出現龜裂、起泡、開裂,因此可以認為在正常養護和維修情況下,該減振裝置在其使用壽命期間內不會發生疲勞破壞,疲勞強度滿足要求。

施工全過程處於安全、穩定、快速、優質的可控狀態。本工程幕牆施工面積達到7萬平米,鋼結構達到3500噸,整體施工時間僅5個月。由於採用了鋼結構幕牆施工工法,採用了三項專利技術進行抗振、減振施工完全滿足使用要求,同時極大的提高了勞動效率。得到了建設單位及車站使用單位的好評。


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