Zaryadye 公园,玻璃网格壳屋顶



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本文将介绍俄罗斯莫斯科的 Zaryadye公园中作为承重网格壳结构一部分的结构玻璃梁的设计、详图、测试和施工,该公园距离红场和克里姆林宫不远。玻璃梁(共 72 根)固定在长约120m,宽约 60m,长约 3m,深约 0.2m 的主钢网壳结构中。

玻璃梁旨在适应雪漂移载荷高达 350 kg/m2 的极端天气条件,以及主结构的差异运动,这需要对 100 多种载荷组合进行复杂分析以及全尺寸测试以获得来自当局。

由于俄罗斯对结构玻璃的使用缺乏立法,在我们的帮助下制定了所谓的“特殊技术标准”,涵盖玻璃的技术方面及其性能,并成为批准文件的一部分。

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设计

3.1 概念

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图 3 网格壳结构总体布置图,突出区域代表结构玻璃梁作为主体结构的一部分

网格壳结构被设计为遵循人造山丘的曲线作为开放结构(非封闭),因此受到热运动以及雪荷载和风的影响。主体结构由大约 3m 长和 300mm 深的结构钢元素组成。

然而,在某些地方,需要清晰的视野较少,因此结构需要更高的透明度。最初,建筑师提出了玻璃包层电缆结构,但是由于大量的积雪需要高预应力,这证明很难实现,因此需要找到不同的解决方案。

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图 4 玻璃梁总布置图,每根约 3m 长。为清楚起见未显示屋顶板

3.2 设计载荷

对整个项目的比例模型进行了风洞测试,以确定风荷载和可能的雪漂移。产生的载荷如下所示:

总共有 19 个载荷工况,其中包括:3 个恒载工况、5 个雪地变化工况、9 个风荷载工况和 2 个热运动工况。所有这些载荷工况产生了一百多种不同的载荷组合。

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图 5 所需视图的艺术印象

3.3 使用的荷载组合

根据欧洲规范 0&1 采取的荷载组合:

ULS:1.35Gk + 1.5 Qk1 + 1.5ψ0 Qk2

SLS:Gk + Qk1 + ψ0Qk2

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图 6 虚线表示建议的结构玻璃梁。

3.4 玻璃选择

根据欧洲结构用玻璃标准草案,本项目采用以下设计值,见左表1&2: 玻璃梁厚度采用5x10mm钢化玻璃夹层PVB夹层,每1.5mm厚。

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表1:采用的玻璃特性,基于prEN13474,替换为prEN16612

3.5 施工中使用的其他材料

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表2:其他材料特性

3.8 计算机建模

节点坐标是从主工程师的模型中导入的,在个别载荷情况下具有相关的变形。节点变形与每个玻璃梁的单独载荷相结合,然后进行分析。生成并分析了 100 多种不同的载荷组合。

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图 7 弯矩图

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图 8 剪力图

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图9 轴向力

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图 10 扭转

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图 11 最大应力

3.9 支架设计

最初假设螺栓连接,但是从模式详细分析和评估中可以清楚地看出,相对刚性的螺栓连接细节会导致不同位置的玻璃过应力。因此需要更柔软、更灵活的关节细节。

对玻璃固定点的节点变形进行了详细分析,并在右侧的图 13 中进行了总结。基于此,预测节点将围绕每个轴旋转大约 1 度。建立了一种旋转要求,可以校准关节刚度以最大限度地减少玻璃中的应力集中。

为了对柔性接头内的应力进行建模和预测,基于有机硅制造商的信息,使用 Mooney-Rivlin 行为模型和应力应变曲线表格数据进行了非线性实体建模。采用的模型显示硅胶在允许的应力范围内表现,见图。14 在右侧。

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图 12 固定细节选项 a) 原始螺栓解决方案 b) 柔性接头

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图 13 连接要调节的节点角位移

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图 14 对硅胶接头进行非线性分析以确定应力和变形

测试

4.1 全尺寸模型

由于该项目在该国的前所未有的性质,已决定有必要进行全景观测试模型。测试于 2017 年 4 月 26 日在莫斯科玻璃研究所的设施中进行。

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图 15 典型的三角形隔间组件

生产

5.1 玻璃生产

玻璃生产于 2017 年 4 月由俄罗斯车里雅宾克斯现代玻璃有限公司进行,安装将于 2017 年 5 月至 6 月在现场开始。

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图 16 满载样机,带 3 吨沙袋

结论

总之,这个项目是我们在网格壳型建筑中使用结构玻璃梁元件的第一个实验,我们认为它具有扩大规模的潜力。

参考

结构工程师学会:玻璃在建筑物中的结构使用(第 1 版)。伦敦,IStructE,(1999 年)
结构工程师学会:玻璃在建筑物中的结构使用(第 2 版),伦敦,IStructE,(2014 年)

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