带弹簧装置吊杆的曲面外幕墙用支撑钢结构及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑幕墙结构技术领域，涉及一种大空间的公用建筑曲面外幕墙的钢结构支撑体系，尤其是提供一种带弹簧装置吊杆的曲面外幕墙用支撑钢结构及其施工方法。
【背景技术】
[0002]大空间的公用建筑的曲面外围护幕墙结构需要较大的通透性，同时作为城市的地标性建筑，其造型也具有各自的独特性。现有的大空间公用建筑的曲面外幕墙与主体结构连接的结构多采用空间钢桁架体系，索网结构体系，拉杆钢结构体系，撑杆钢结构体系等。
[0003]现有技术存在一些缺陷:
1.采用空间钢桁架体系截面的结构，水平跨度较大，为控制构件尺寸大小，桁架的矢高即圆弧的顶端到两端点连城直线的垂直距离较大，影响幕墙的通透性能。而使用索网幕墙等较细截面的杆件，则存在较大的预应力，会给主体结构带来较不利的影响。
[0004]2.当建筑幕墙为曲面玻璃幕墙时，如仍采用空间钢桁架体系来实现，将存在较多的缺陷和困难。比如空间钢桁架需要做成整体的折线拼接或者拉弯形式，其加工，组装，都需要保持较高的精度，同时由于构件截面过于粗大，无法有效，简洁的模拟曲面幕墙的支撑体系。如采用索网幕墙，则设计，施工难度将会加大，对主体结构的要求也会提高。
[0005]3，有些工程考虑到风荷载、活荷载、温度、地震以及工程具体情况，比如大悬挑屋盖在风荷载作用下的会产生竖向位移，如果吊杆钢结构支撑体系的吊杆直接悬挂在屋盖结构上，屋盖结构的竖向位移使吊杆松弛导致钢结构支撑体系在幕墙自重下竖向挠度较大，固定在钢结构支撑体系上的幕墙系统无法适应该竖向位移变化导致密封性能及安全问题。现有的解决方法是:钢结构支撑体系的吊杆不固定在屋盖结构附属的构件上，当幕墙系统与主体结构柱距离较近时，通常需要在两根主体结构柱间顶部布置钢桁架，钢桁架与屋盖结构竖向没有内力传递，这样解决了屋盖结构变形对幕墙系统的影响。由于相邻主体结构柱间跨度较大，顶部设置的钢桁架需要的钢材含量比较多，成本比较高。当幕墙系统与主体结构柱距离较远时，在顶部布置固定吊杆的钢桁架更加困难，需要的钢材含量更多，不如直接固定在屋盖结构上方便。
[0006]4.大空间的公用建筑的外围护幕墙一般较高，撑杆受压考虑稳定性问题，截面做得比较粗大，这样会影响通透视觉效果，也影响撑杆钢结构体系的应用。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于改进现有技术的问题，提供一种带弹簧装置吊杆的曲面外幕墙用支撑钢结构，该支撑钢结构轻盈的结构体系，既在通透和视觉效果上能起到较好的作用又能很好地模拟曲面以实现建筑外观的要求，也能通过弹簧的变形吸收由于风荷载变化引起大悬挑屋盖结构变形对幕墙系统的影响，也能满足幕墙支撑结构和主体钢结构在平面内无相互影响的要求，同时幕墙体系通过吊杆将重力传递至屋盖系统，使屋盖系统和幕墙系统相互连通起来。整个幕墙系统通过带弹簧吊杆，钢管水平桁架和无横梁固定技术来实现上述功能。
[0008]本发明的另一个目的是提供所述支撑钢结构的施工方法。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
一种带弹簧装置吊杆的曲面外幕墙用支撑钢结构，包括带弹簧吊杆和水平钢管桁架， 若干所述水平钢管桁架通过拉弯形式模拟幕墙水平方向的曲面，铰接设置在主体结构上，
若干所述带弹簧吊杆分为两组，分别沿所述水平钢管桁架的外缘和内缘设置，一组设置在所述水平钢管桁架的外缘的前侧，另一组设置在所述水平钢管桁架的内缘的后侧，该吊杆的上端与主体结构中的屋盖结构弹性地吊挂固定，该吊杆的下端铰接固定在主体结构的混凝土结构上，在设置所述水平钢管桁架处，该吊杆分为上下两段，两段断开的端部，分别与所述水平钢管桁架的上下两个侧面铰接固定。
[0010]具体地，所述吊杆的底部的一端通过耳板铰接固定在混凝土结构上。
[0011]所述屋盖连接的钢梁的上端的上表面设置弹簧装置，吊杆的上端穿设该弹簧装置，并通过可调位置的结构固定在弹簧装置上。
[0012]更具体地，在所述钢梁的上表面上固设一套筒，该套筒中设置弹簧，在该弹簧上端设有挡板，所述吊杆的上端穿过钢梁进入套筒内的弹簧中，并穿出所述挡板，穿过该挡板的吊杆上端螺接锁紧螺母和调节螺母。
[0013]所述吊杆与所述水平钢管桁架的固定结构可以是:在吊杆断开的端头和水平钢管桁架的相应钢管上设置耳板，两相对的耳板穿设螺栓铰接固定。
[0014]所述水平钢管桁架上设置前端钢转接件，用于固定框架式幕墙的竖向龙骨，框架式幕墙的竖向龙骨可以通过螺栓固定在水平钢管桁架前端的钢转接件上。
[0015]所述钢转接件上可以开水平长孔，顶部的竖向龙骨即是最上面靠近屋顶钢架的竖向龙骨上端开竖向长孔，为了能够与弹簧装置匹配，竖向龙骨的下端开圆孔，其他位置的竖向龙骨上端开圆孔，下端开长孔。
[0016]本发明设置的支撑钢结构，连接幕墙的结构只有竖向龙骨，而不设横向龙骨。
[0017]所述水平钢管桁架的后端设有固定装置，用于固定在主体钢管立柱上。
[0018]具体地，所述水平钢管桁架与所述主体钢管立柱的固定结构是铰接固定结构。
[0019]该铰接固定结构是:在主体钢立柱和所述水平钢管桁架的连接端分别设置耳板，通过销轴连接固定。
[0020]相邻的所述水平钢管桁架之间的连接结构可以是:水平相邻的钢管桁架间设置插接缝，用于实现幕墙钢结构与主体钢结构之间在平面内可以实现运动的效果。
[0021 ]具体地，在一侧的水平钢管桁架的接头处的钢管中固定一钢插芯，该钢插芯伸出钢管一段，另一侧的水平钢管桁架的结合处的钢管插设在伸出的该钢插芯上，两侧的水平钢管桁架的钢管之间留有一插接缝。该连接结构可以使得相互连接的水平钢管桁架之间在横向可以有一定的伸缩性。
[0022]前后两组吊杆，后面一组吊杆比前面一组吊杆设置密度较小。例如可以是，前面一组吊杆对应于每个幕墙纵缝设置一根，而后面一组吊杆可以是间隔一个所述纵缝设置一根。
[0023]所述竖向龙骨从上到下均由若干段连接构成，各段连接的接缝一般都设置在幕墙玻璃面板的横向接缝处。设有竖向龙骨接缝所在的所述横向接缝上都对应设有所述水平钢管桁架。
[0024]进一步地，所述水平钢管桁架也可以设置的密集一些，在没有竖向龙骨接缝的所述横向接缝处也可以设置水平钢管桁架。一个优选方案是，每隔一个所述横向接缝，设置一所述水平钢管桁架。
[0025]玻璃面板两竖边用结构胶粘有副框，通过压块和机丝钉将带有副框的玻璃面板固定在竖向龙骨上，横向拼缝与竖向拼缝交接处设置有方形玻璃盖板，玻璃盖板通过机丝钉固定在内侧的玻璃托片上，玻璃托片通过机丝钉固定在竖向龙骨上。
[0026]本带弹簧装置吊杆的曲面外幕墙用支撑钢结构的安装施工方法是:
本支撑钢结构中的吊杆分解为若干段，顶段设置弹簧装置，该弹簧装置上设置预紧力锁固装置，水平钢管桁架在主体结构上自上而下设有若干个，
步骤1:首先将顶段吊杆段弹性地固定在屋盖上，调节该顶段吊杆的弹簧装置使该顶段吊杆的长度达到要求设定长度；
步骤2:在主体结构上铰接固定最上端一层的水平钢管桁架，同一层水平钢管桁架由若干段连接而成，水平相邻的水平钢管桁架插接连接，再将顶段吊杆的下端与水平钢管桁架上侧面上的连接结构铰接连接，所述水平钢管桁架的下侧面上的连接结构铰接连接另一段吊杆段的上端；
步骤3:在主体结构上安装下一层水平钢管桁架，再将与上一层水平钢管桁架下端铰接的吊杆段的下端与该层水平钢管桁架上侧面铰接；
多次重复步骤3，最后，将最下面一段吊杆的下端铰接固定在设置在混凝土中的主体结构埋件上；
将顶段吊杆段上的弹簧装置上的所述预紧力锁固装置拆除，使得该弹簧装置能够自如上下弹性变形。
[0027]安装方法具体为，设置预紧力锁固装置的顶段吊杆，包括套筒、弹簧碟片、挡板、顶段吊杆又可称为中心杆以及紧固螺母，所述弹簧碟片放置在套筒内，用挡板压紧使弹簧碟片有需要的预紧力，两个定位螺栓穿透套筒卡住挡板；中心杆上端用厚螺母和锁紧螺母固定在挡板顶面，下端带有薄螺母和耳板，耳板与吊杆固定。套筒底座与屋盖结构转接钢梁通过螺栓固定。
[0028]待安装之后，将所述定位螺栓拆除。
本发明提供的带弹簧装置吊杆的曲面外幕墙用支撑钢结构，