四季中庭索网幕墙设计与构造

    北京土城电话局、国家计算机网络与信息安全管理中心两座建筑位于北京三环外，仅一路之隔。均为相距21m及29m的双体建筑，建筑风格相似。

    在每幢双体建筑之间连结一个四季中庭。四季中庭建筑立面玻璃幕墙采用大跨度单层正交索网支撑体系.为国内首例；顶面玻璃采光顶采用张拉自平衡索杆桁架及用玻璃作为次结构的支撑体系。使得中庭极大限度达到通透的效果，将室内外环境有机的融合在一起，在喧哗城市中创造了一个通透、简洁、富有现代美感的自然回归空间。

    土城电话局的四季中庭高度为18.9m，长度29m，进深34m；国家计算机网络与信息安全管理中心四季中庭高度为26.5m，正立面长度21m，背立面长度16m，进深34m。全新的四季中庭成为这两个建筑物的亮点。

    四季中庭立面幕墙采用中空钢化超白玻璃，顶面采光顶采用中空钢化夹层超白玻璃。顶面采光顶为斜面，中庭与塔楼交界处设有汇水天沟.每个汇水天沟设4个隐形排水管直至地下排水管网。

    全玻璃外壳，具有独特的风貌。超白玻璃在建筑中的最大魅力在于它的透明、晶莹和光彩。通透的四季中庭将内部的空间次序，人的运动等有序地反映给外部，形成建筑的外部表情。对城市而言，创造了良好的城市景观界面，为美化城市做出了贡献。同样，通过这个巨大的透明屏幕，将室外的环境空间融至室内，成为建筑的内部表情。通过有序、有理的支撑体系的分割，变为似断还连的“情节”，体现出信息时代建筑追求开放与交流的现代建筑意识。为现代人创造了一个良好的工作环境。

    四季中庭可看成双体建筑的补充，它不仅是单纯的连体行为，还与城市和城市的文化背景取得联系，从而成为另一种文化。

    为将本工程建成北京市极具特色的建筑物之一，我们在充分考虑建筑的造型、使用功能的同时，本着“可行、安全、可靠、技术先进、外观新颖、轻巧、不类同”的原则进行设计。

    玻璃在建筑中的最大魅力在于它的透明、晶莹和光彩。如果支撑玻璃的结构构件粗笨、繁复，将严重影响玻璃材料的特殊表现力，因此，在设计中极其审慎地安排支撑的形式，使之成为精致的反衬，达到“鸟鸣山更幽”的境界，充分映射出玻璃的透明品质，使之成为有不同肌理(不同的支撑方式)的“屏幕”。

    在立面结构选型上，经过专家论证，首次采用了单层正交索网结构体系，竖向钢索拉在地面和顶部所设的空间桁架之间，主要用以承受重力荷载；水平钢索拉在两个主体建筑物之间，主要用以承受风荷载、地震作用。立面水平索间距1.5m，竖向索间距1.5m，玻璃面板为8+12A+6mm中空钢化超白玻璃，尺寸为1500×1500mm，玻璃与钢索间用不锈钢连接件连接。

    顶面采光顶主结构采用自平衡索杆桁架，索桁架间距为4500mm，次结构大胆的采用透明玻璃结构(通过大量的试验和论证)，玻璃肋为10+1.524pvb+10+1.52pvb+10钢化夹层玻璃，在任意一片玻璃发生意外损坏的情况下，其余两片还可以具备承受设计荷载的功能。其通透性与新奇性是一般结构系统无法比拟的。玻璃肋间距为1500mm，玻璃肋高300mm，玻璃肋处加水平拉杆保证索桁架撑杆的平面外稳定性，索桁架弦杆加预应力，结构系统轻盈、有序。采光顶玻璃面板采用 8+12A+6+1.52pvb+6mm

中空钢化夹层超白玻璃，尺寸为1875mm×1500。玻璃与索桁架间采用不锈钢连接件连接形成整体，充分体现现代结构设计的高科技内涵。

    按照现行国家及行业技术规范《建筑结构可靠度设计统一标准》、《建筑结构荷载规范》、《建筑抗震设计规范》、《玻璃幕墙工程技术规范》、《点支式玻璃幕墙工程技术规程》，对结构在恒载、活载、风载、地震作用、预拉力、温度作用的各种组合下进行计算分析，采用的软件是ANSYS工程分析软件，经计算选定：钢索选用德国PFEIFER产品，立面水平索φ36(1×61)镀锌铝钢索，立面竖向索φ24(1×37)镀锌铝钢索；采光顶索桁架水平撑杆300×200×12矩形钢管，竖向撑杆φ76×4.5钢管，上、下弦钢索φ36(1×61)镀锌铝钢索，玻璃肋处的水平拉杆为2φ12。

    本工程是国内第一个大跨度单层正交索网结构体系，国内尚无相应的规范；玻璃做为采光顶的承重梁，在国内的工程中也是首创。

    我们借鉴国外相关经验，反复计算修定，经过专家论证，讨论通过本工程单层正交索网幕墙的可行性，幕墙平面外允许变形为跨度的1/50。

    在本工程的关键节点设计中运用了一些概念设计和构造措施，是我公司研制和开发的专利产品：主要有滑动支座、过载保护装置等。

    由于四季中庭位于两个建筑物之间并与建筑物相连，地震过程中两个建筑物之间可能产生相向运动、相离运动、相互戳动等(北京的抗震设防烈度为8度)，为了不使这种不利因素影响中庭结构，我们采用了以下构造措施：

    (1)滑动支座：在自平衡索杆桁架的支座上采用一端是可绕竖向转动、另一端是即可绕竖向转动又可沿水平滑动的支座，从而适应四季中庭与相邻双体建筑物在地震作用下的各种相对运动，巧妙地克服了不利的地震影响。

    (2)过载保护装置：立面水平索在常遇地震下的组合内力不超过300kN，主体建筑物完全能够承受。但在罕遇地震下的组合内力接近400kN，主体建筑物是不能承受的。为此我们在水平索的两端采用了过载保护装置，它的工作原理是通过过载保护装置连接水平索及主体砼结构。在正常工作情况下，水平索轴力通过过载保护装置传递至两侧的主体砼结构，从而满足了计算假定。当遭遇罕遇地震的情况下，水平索的内力超过300kN时，过载保护装置启动另一种工作方式，释放过大位移而避免索产生过大轴力，从而达到对主体结构的保护作用；并能维持正常的内力，使幕墙处于正常的状态，只需更换过载保护装置，便可恢复幕墙的正常状态，从而达到了对幕墙的保护作用。

    通过两个四季中庭索网幕墙的设计和施工，体会到：

    1、在索网幕墙结构设计方面：索网幕墙设计的重点是结构受力方案的确定。必须在主体建筑浇注前，及时和设计单位确定索与建筑主体的连接部位及连接方式，避免产生后埋件，造成不必要的材料浪费和不稳定因素。

    2、在节点构造设计和施工安装方面：运用精密的机械设计及加工安装手段，控制各构造节点的构件达到设计的工作状态。

    3、这两个工程，经过了我们大胆构思，采用新技术、新材料、新工艺，认真分析，借鉴国外相关经验，反复计算修定。经过专家的论证及细心地设计、制作和安装。工程于2003年投入使用，经证实达到了预期的效果，功能上也完全满足要求，受到了各方的好评。