點式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設計分析

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摘要：點式玻璃幕墻具有較多的優(yōu)點，在建筑中得到了廣泛的應用。點式玻璃幕墻點式玻璃幕墻具有獨立的支承結(jié)構(gòu)，具有一定的獨立性，其分析方法和設計原則和主體結(jié)構(gòu)相類似，為此本文就點式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設計進行了簡要的探討。 

關鍵詞：點式玻璃幕墻；結(jié)構(gòu)設計；結(jié)構(gòu)選型  abstract: point glass curtain wall with more advantages, in building a wide range of applications. bullet point glass curtain wall glass curtain wall point independent of the supporting structure, and has a certain independence, the analysis and design principles and main body structure similar, this paper will point the glass curtain wall structure design was briefly discussed in this paper.  keywords: point glass curtain wall; structure design; structure selection  中圖分類號：s611文獻標識碼：a 文章編號：  引言  點式玻璃幕墻系指幕墻的鋼化玻璃面板通過不銹鋼爪接件連接到支承鋼結(jié)構(gòu)上，具有獨立的支承體系，且鋼化玻璃面板與支承結(jié)構(gòu)通過不銹鋼爪接件分離開來，鋼化玻璃面板之間只有防水膠，沒有鋁合金框架，使得點式玻璃幕墻建筑具有更加通透的建筑效果。點式玻璃幕墻一改過去著重用玻璃來表現(xiàn)窗戶、表現(xiàn)建筑、表現(xiàn)質(zhì)感、表現(xiàn)體型的傳統(tǒng)做法，更多地利用玻璃的透明特性，追求建筑物內(nèi)外空間的流通和融合。因此，點式玻璃幕墻一經(jīng)出現(xiàn)，便在世界各地迅速發(fā)展。  本文結(jié)合中山市美捷時新廠幕墻工程對點式玻璃幕墻設計進行了簡要的探討，本工程幕墻結(jié)構(gòu)設計使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級為二級。建筑抗震設防類別為丙類,抗震等級為三級?？拐鹪O防烈度：7度，地震峰值加速度：0.10g，基本風壓w =0.70kn/m,幕墻最大風壓處的陣風系數(shù)取1.6495,體型系數(shù)取-1.2,高度變化系數(shù)取1.3733.點式玻璃幕墻采用12+12a+12mm鋼化中空玻璃。  點式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設計  點式玻璃幕墻具有獨立的支承結(jié)構(gòu)，具有一定的獨立性。因此，在分析方法和設計原則方面，點式玻璃幕墻和主體結(jié)構(gòu)沒有什么區(qū)別。  2.1 點式玻璃幕墻的基本設計原則  由于點式玻璃幕墻有其獨立的支承結(jié)構(gòu)，因此，其基本設計原則應該是建筑結(jié)構(gòu)設基本原則的總體框架內(nèi)的一個“子系”，也就是說，要在概率極限狀態(tài)設計指導思想下，分別進行點式玻璃幕墻的承載能力極限狀態(tài)設計和正常使用極限狀態(tài)設計。  2.2 點式玻璃幕墻荷載分析  荷載分析是所有建筑結(jié)構(gòu)設計的前提。點式玻璃幕墻分析、設計中要考慮的荷載包括自重荷載、風荷載、地震作用、溫度變化、雪載以及施工可變荷載等。幕墻處于建筑物的最外層，對風很敏感，風荷載分析對幕墻設計十分重要，不可忽略。由于點式玻璃幕墻大多用于標志性公共建筑，地震災害帶來的負面效應很大，因此，地震作用分析也是幕墻荷載分析中非常重要的一環(huán)。和大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)一樣，水平地震作用是點式玻璃幕墻設計必須考慮的。同時，由于現(xiàn)在很多采光頂和大型雨篷也采用了點式玻璃幕墻技術，很多場合還必須考慮其豎向地震作用?；谕瑯拥睦碛?，點式玻璃幕墻設計中還必須考慮雪荷載。此外，由于幕墻面板一般固定在獨立的支承體系上，施工可變荷載也是必須考慮的。  2.3 點式玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)分析與設計  點式玻璃幕墻內(nèi)支承結(jié)構(gòu)設計時，首先必須進行幾何穩(wěn)定性分析。其支承體系的結(jié)構(gòu)設計要求很高，點式玻璃幕墻設計和一般建筑結(jié)構(gòu)設計最大的不同之處在于，其建筑和結(jié)構(gòu)設計的一體化、晶瑩通透的建筑效果往往要求支承體系簡潔、細小，桿件布置不落俗套而富于變化。為了達到這一效果，許多點式玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)成為桿件少到不能再少的靜定結(jié)構(gòu)這時，稍有不慎，體系的幾何穩(wěn)定性就得不到保證。因此，體系的幾何穩(wěn)定性分析，在點式玻璃幕墻設計中尤為重要。  2.4 點式玻璃幕墻的玻璃面板分析  在點式玻璃幕墻設計中，目前尚未將玻璃面板作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件來考慮，但必須對其進行獨立的強度分析。眾所周知，只要薄板的邊界條件稍加改動，其解的結(jié)構(gòu)就完全不同現(xiàn)行玻璃幕墻規(guī)范中關于玻璃面板的計算，采用基于經(jīng)典的四邊簡支薄板理論，完全不適合點式玻璃幕墻面板的內(nèi)力分析。  點式玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)選型  結(jié)構(gòu)選型是根據(jù)建筑物的基本特征，選擇合適的結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系并進行合理的結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)選型是結(jié)構(gòu)設計中至關重要的一步，是一項綜合性很強的技術工作。在支承結(jié)構(gòu)方案確定以后，我們才能進行支承結(jié)構(gòu)的各項具體設計和驗算。不同的幕墻建筑有不同的支撐結(jié)構(gòu)方案。一般要考慮下列因素：1）建筑功能。結(jié)構(gòu)選型首先要滿足建筑設計的要求?，F(xiàn)代建筑富有想象力的造型，常常會給結(jié)構(gòu)設計帶來很大的挑戰(zhàn)。點式玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)一般采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)體系的具體形式、構(gòu)件的布置、材料的選擇等，無一不受建筑設計思想的制約合理的支承結(jié)構(gòu)體系，必須成功地體現(xiàn)建筑的品質(zhì)，這一點對于點連接式玻璃建筑尤為重要。2）結(jié)構(gòu)功能。作為支承結(jié)構(gòu)，毋庸置疑必須滿足一般結(jié)構(gòu)的設計要求，即強度、剛度、變形等的要求結(jié)構(gòu)選型必須保證支承結(jié)構(gòu)能夠通過隨后進行的各項驗算工作。支承鋼結(jié)構(gòu)的設計，應依據(jù)中國的現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》，以及現(xiàn)行的玻璃幕墻設計規(guī)范。3）適應玻璃劃分的要求。玻璃的大小、形狀應當滿足建筑要求以及玻璃本身的承載能力和變形要求，同時還應當考慮玻璃加工和安裝方面的技術要求，必須根據(jù)工程的具體情況合理掌握。而點式玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)則必須適應玻璃分格的要求，以完成對玻璃的支撐作用。有時，由于建筑造型復雜、玻璃的形狀和尺寸多變，一般性的支承結(jié)構(gòu)選型往往會導致桿件多而密，大大影響了建筑的美觀。因此，如何使支承結(jié)構(gòu)既能適應玻璃的劃分要求，又不會影響建筑的通透性和美觀，就成為點式玻璃幕墻設計中的最富挑戰(zhàn)性的工作之一。4）當?shù)亟ㄖ牧系墓?、地形、地質(zhì)及自然氣候條件。支承結(jié)構(gòu)選型與材料的關系相當密切，各種材料均有其最佳的結(jié)構(gòu)形式，考慮結(jié)構(gòu)材料必須因地制宜。地形、地質(zhì)、風、雨、雪、氣溫及地震等自然條件對結(jié)構(gòu)選型有很大影響，考慮不周將會造成難以彌補的損失。所有這些在支承結(jié)構(gòu)選型時必須綜合考慮。5）力求先進。點式玻璃幕墻一般屬于社區(qū)的標志性建筑，影響很大。在條件允許的前提下，建議選用行之有效的新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝和新技術。簡而言之，結(jié)構(gòu)選型要努力做到可靠適用、經(jīng)濟合理、技術先進、施工方便、切實可行。  其他設計要求  4.1溫度應力分析  溫度應力也是幕墻結(jié)構(gòu)必須考慮的作用之一。為了滿足建筑功能需要，常常將幕墻建筑的邊柱局部或整體暴露于室外。這種情況下，隨著季節(jié)和晝夜氣溫的變化，邊柱將產(chǎn)生軸向的伸長與縮短。同時，邊柱與內(nèi)部的豎向構(gòu)件之間也會出現(xiàn)豎向位移差，樓層越高，這種變形就越大。由于框架梁、柱之間通常采用剛接，邊柱的豎向形變受到約束，結(jié)構(gòu)內(nèi)力就會發(fā)生變化。經(jīng)驗表明，采用線彈性的方法來分析這種氣溫變化引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，可以得到足夠精確的結(jié)果。  本工程中幕墻變形主要由于溫度應力或地震作用力等不利因素產(chǎn)生的。消除這些變形的根本措施是合理的設計使幕墻本身具備吸收和消化變形的能力。為此在幕墻構(gòu)造設計上幕墻結(jié)構(gòu)體系考慮各構(gòu)件能夠自由伸縮在考慮最大年溫差80度時，整個體系各桿件及板塊均能伸縮自如安全可靠。  4.2玻璃板材的選擇  點式玻璃幕墻追求的是玻璃和精細鋼結(jié)構(gòu)交相輝映的建筑藝術效果。玻璃板材的選擇，是點式玻璃幕墻設計中一個非常重要的技術環(huán)節(jié)。隨著玻璃制造技術的飛速發(fā)展，建筑玻璃的種類越來越多，性能越來越好。隨著造價的不斷降低，很多幾年前還非常昂貴的特種玻璃，現(xiàn)已廣泛應用在點式玻璃幕墻的實際工程中。因此，玻璃幕墻的設計者，需要隨時跟蹤玻璃制造業(yè)的最新動態(tài)。  4.3玻璃板材計算  目前，玻璃幕墻設計中采用的是玻璃面板和支承結(jié)構(gòu)的非耦合分析。一方面，支承結(jié)構(gòu)計算時，不考慮玻璃剛度對支承結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響；另一方面，玻璃面板分析時，假定角點支撐處沒有位移。這樣，幕墻玻璃面板的分析，可以直接利用點支薄板的彎曲理論。玻璃面板分析也是幕墻設計中不可忽略的重要環(huán)節(jié)。實際上，大多數(shù)工程事故，問題就出在玻璃面板上。所以，現(xiàn)行幕墻設計中，雖然不考慮玻璃剛度對幕墻體系的貢獻，但必須對玻璃面板進行獨立的強度驗算。  結(jié)語  本文結(jié)合實際工程，對點式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設計進行了簡要的分析。從點式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設計的原則和方法出發(fā)，詳細地介紹了荷載分析、支承結(jié)構(gòu)分析與設計、玻璃面板分析；介紹了點式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)選型的重要性及選型分析，可為點式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設計提供一定的參考。