罗浮宫家具博览中心玻璃屋钢结构简介
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1 工程概况
玻璃屋的结构形式数易其稿，前后共提出了十数个方案，包括框架、桁架、门式钢架、索网结构等等，几乎囊括了钢结构的所有形式，最终业主确定为最难实现的无支撑纯框架结构形式。玻璃屋的效果图见‘图一’。
平面尺寸长x宽=54x23m，高27.5m，入口处有外挑8m的雨棚。玻璃屋的三个立面均外倾，与地面呈85°角，顶面是多个斜面拼接而成的斜台。
玻璃屋主要属于裙楼范围，在北侧有约四分之一宽度属于塔楼，塔裙楼之间有结构变形缝；在南面，玻璃屋要和罗浮宫一期建筑衔接，但新旧结构之间同样需要布置变形缝，故钢结构不允许与旧建筑连接。
2 结构模型
玻璃屋立面主受力构件为无斜腹杆的鱼腹桁架，间距约为5m，桁架间布置次梁及次立柱；屋面密布口450×100的焊接箱型梁，间距约1.6m，壁厚随跨度变化。钢结构三维实体模型见‘图二’。
3 设计阶段的难点及解决方法
3.1 结构整体稳定问题
难点：业主不允许在立面布置柱间支撑，而结构侧面为十年前建成的一期结构，新旧建筑必须完全断开不能连接，使本结构成为无支撑的纯框架结构，保证结构的整体稳定尤为重要。
解决方法：修改屋面建筑外观，使屋脊形成三角形布置，在屋脊处布置屋面水平支撑，整个屋面在平面内可看成一个刚体。至此，玻璃屋钢结构可以看成两个既独立又相互依存的部分：屋面体系和立面框架体系，不可动的屋面保证结构是整体稳定的。
3.2 竖向构件的侧向稳定
难点：立柱高23m，桁架前弦杆截面为口200×200×16，次立柱截面为口150×100×14，极其细长，由于不允许布置柱间支撑并不允许和一期结构相连，若按传统做法，桁架间杆件为铰接，则桁架前弦杆和次立柱的长细比分别为：
23000/72.5=317.2和23000/37.1=620，分别超出规范允许值的2倍和4倍。
解决方法：抛弃传统桁架结构的做法，将主次结构颠倒。原本属于次受力构件的横竖杆件均刚接，面内形成钢框架，确保竖向构件的侧向稳定满足设计要求。然后在钢框架背面间隔约5m布置弧形弦杆，承担风荷载，如‘图三’所示。
如此，立柱侧向无支撑长度最大值由23m减小为5m，使其侧向稳定的解决成为可能。
3.3 初始缺陷
按以往的工程经验，无支撑的多层纯框架抗侧刚度较理论计算的小，况且本工程构件截面小，焊点很多，杆件较厚，均采用焊透的剖口对接焊连接，框架的残余应力较一般框架高。本结构必须进行带初始缺陷的屈曲分析。
按照《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)，框架柱的施工安装偏差取为跨度的1/1000，考虑焊缝的残余应力影响，此值放大一倍，取为1/500，即23000/500=46mm。
对结构进行模态分析，取第一模态，并仅考虑柱弱轴方向位移，可见在立柱跨中部位的变形最大，柱跨中弱轴方向作用初始缺陷46mm，其余节点的初始缺陷根据模态分析中的位移比例施加，将更新后的节点坐标复制回数据文件，形成带初始缺陷的计算模型。
单位荷载取为实际荷载，得出特征值约为15，一般认为大于7时是不会发生屈曲的。由于特征值屈曲没有反应结构的后屈曲性能，有可能被高估，故再按照非线性效应，选用位移控制法，选某跨柱中节为主控节点，弱轴方向为控制方向进行屈曲分析，重新计算，计算得出零界点的承载能力/荷载设计值=4.1，可见稳定富余是较大的。由此可知，竖向构件不会发生失稳破坏。
3.4 屋面主梁的稳定
难点：屋面梁最大跨度23m，截面尺寸为口450×100，按《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001) 4.2.4条，当箱型截面的跨度/腹板间距95×235/345=64.7，远超规范限值，所以屋面次梁要作为主梁的侧向支撑，不能采用两端均为铰接的方式连接。但若次梁两端固接，由于屋面中部高企，产生拱轴效应，次梁产生很大轴力，压力将导致内部未加劲的主梁腹板内陷，引起局部屈服，并且次梁支座也会由于有较大反力而设计困难。
解决方法：次梁一端固接，直接与主梁围焊连接，另一端采用高强螺栓承压型连接，孔径取为螺栓直径+3mm，在一定范围内允许其滑动。这样既可保证主梁的整体稳定，又允许次梁移释放掉轴力。
3.5 适应塔裙楼的变形差
难点：玻璃屋钢结构横跨主塔楼，需要适应主体的位移。
解决方法：为保证整体性，钢结构不断开，在塔楼支承点处设置一个单向滑动的球型钢支座及一个双铰节点，使钢结构在塔楼范围内，垂直变形缝方向可自由滑动，风荷载方向不能移动，使钢结构在适应主移的同时，能够可靠传递风荷载。
4 施工阶段的难点及解决方法
4.1 方通内部加劲肋的焊接
难点：由于立面梁柱连接节点均为刚接，立柱内部在横梁翼缘对应位置需加劲，原设计采用焊接方通、加劲肋三面焊的方法来解决此问题，但由于工期紧张，绝大部分构件采购的热轧型钢，导致构件内部加劲困难。
解决方法：对于口200×200×16的弦杆，可选择受力较小的两个侧面开工艺孔，塞入制作好的加劲肋，采用剖口围焊连接，焊接完毕后用与构件等厚的板件对工艺孔进行封堵。对于口200×100×12的小立柱，由于杆件本身已较窄，开工艺孔后截面几乎被掏空，故采取在两侧壁开槽口，塞入加劲肋，采用赛口焊来连接，为避免加劲肋的赛口焊与梁柱连接节点的对接焊缝重叠，加劲肋与梁翼缘错开50mm，虽然导致传力不直接，但考虑杆件壁厚较厚，截面尺寸较小，可满足工程要求。加工完毕后，磨平表面焊缝，刷完漆后构件表面光整平滑，不影响外观效果。
4.2 结构安装
难点：对于玻璃屋这种较柔的异型结构，如何准确定位是安装阶段最大的难点。
解决方法：与项目部反复讨论研究之后，决定按以下步骤进行施工。
1）建立玻璃屋钢结构三维模型，精确定位每根构件的坐标，钢结构和玻璃板块的加工图、安装图均采用此模型作为唯一的定位标准，只要钢结构和玻璃幕墙都符合此模型，即可保证玻璃板块顺利安装到位。
2）搭设满堂脚手架（此脚手架可提供给后期的玻璃幕墙安装使用）；
3）吊装屋面主梁、檐口钢梁及屋面支撑，首先形成屋面结构体系 ；
4）吊装主立柱（即格构柱），连接立柱与檐口钢梁；
5）吊装次立柱及次梁。为提高加工安装精度，减小现场焊接工作量，保证施工进度，每榀主立柱之间的次立柱与次梁均在工厂装配完毕，运至现场后整片（约23m×5m）吊装，次立柱与檐口钢梁采用长孔连接，确保屋面荷载不传递至次立柱；
6）连接主立柱与次梁。由于玻璃屋立面外倾，而次立柱与次梁形成的“钢网”面外刚度较小，在重力作用下会稍微外凸变形，需先校准次梁位置，然后采用点焊与主立柱连接。
7）测量所有构件的定位尺寸，检查安装是否有错误，检查施工误差是否在允许值范围之内，对有问题的构件进行调整校正。
8）采用剖口对接焊连接次梁与主立柱节点。
9）再次复核所有构件的定位尺寸。由于焊缝较多每条焊缝变形叠加后可能会产生不可忽略的施工误差，故当焊接完成后，需再次复测构件的定位尺寸。
10）卸载。主次梁连接完毕后，立面钢结构即形成钢框架，可承受水平荷载和竖向荷载，检查各连接节点的施工质量符合设计要求后，拆除钢架与脚手架之间的支撑，使屋面荷载由立面钢结构承担。
11）涂装。
12）安装玻璃幕墙板块。安装过程应密切监测钢结构的变形，如发生异常立刻通知设计人员。
5 总结
本工程施工过程较为顺利，现已完工，等待验收。从这个工程可以学习到以下几点：
1）热轧方通内部虽可加劲，但加工困难，能避免则避免。
2）对于较柔且焊缝数量较多的钢结构，焊接变形不可忽略，逐条累积后对整个结构形状的影响很难预测，所以施工完后需对结构尺寸进行复测。
3）对异型结构来说，CAD三维辅助设计是必须的，要建立唯一的三维模型来作为钢结构和玻璃幕墙的定位标准，以确保幕墙板宽能够顺利安装到位。