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幕墻立柱支撐體系與數據分析

來源:中國幕墻網收集整理  作者:莫英光 焦 杰  日期:2006-7-17
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    關鍵詞:幕墻立柱計算  結構應力優化
    摘  要:本文經過對三種幕墻立柱的受力分析,明確了每種立柱的最佳適用工況。
    這里我們不討論,點式幕墻支撐體系。
    這里我們將討論框架支撐體系

    以上三種立柱力學模型很好的概括了幕墻常用結構。

    簡支梁力學模型常用于幕墻結構嵌入主體結構中,此時的幕墻計算模型是沒有任何選擇余地的,是由主體結構決定的。

    鉸接(多跨)梁力學模型是最為常用的幕墻計算模型,此時幕墻體系懸掛于主體結構之外,每層立柱由鋁插芯插接串聯,該連接點處且可以延立柱軸向滑動,這樣的結構便構成了連續的規律排布的梁體,無論框架式幕墻還是單元式幕墻在本種支撐體系上是均可以實現的,也就是說兩種幕墻體系在這種力學模型下完全統一了。

    有的時候雖然完全滿足把幕墻支撐體系設計成鉸接(多跨)梁力學模型,但我們卻把他設計成多跨鉸接靜定梁力學模型,是因為此時如果把它設計成鉸接(多跨)梁力學模型并不是最經濟合理的,那么這種情況何時會發生呢?大跨度層高,大分格,且梁體有足夠的高度,這三個條件的交集便是經常設計成多跨鉸接靜定梁力學模型的必要條件。

     這三種力學模型作為幕墻結構設計中的最基本的元素并不是由設計師隨意決定的,設計師必須統一規劃所設計的幕墻體系,研究建筑主體結構所提供的邊界條件,最終確定。因為它直接關系著幕墻的每平米比重,也就是說直接影響到幕墻的造價,從設計本身來講,也就是如何達到一個“等強度設計”的一流境界的問題。

    從定性方面來看,在相同的外界條件下,這三種力學模型中簡支梁力學模型立柱最為費料,多跨鉸接靜定梁力學模型立柱最為省料,但多跨鉸接靜定梁力學模型由于增加了一個支點,導致了預埋件的費用的增加,人工費的發生,成本也有所增加。在幕墻結構設計中,相對來說鉸接(多跨)梁力學模型最能達到既節省材料成本,也能達到降低人工費用的目的。

    上述三種力學模型在達到某種特定的邊界條件時,其中一種模型會近似另一種模型,其并沒有一個明確的分界值,完全取決于其構造特點。

    下面我們一定量的方式加以說明,以數字的方式闡述:

    例如北京地區,C類,8度抗震,計算高度80米,中空玻璃(取500N/m2),樓層高度3.6米,橫向分格1.48米,試按三種力學模型進行鋁立柱(6063T5)分析,對計算結果進行比較。

    由玻璃幕墻工程技術規范(JGJ102-2003)得:

    陣風系數1.640;高度變化系數1.538;風壓組合值1.362K N/m2
    地震力組合值0.400K N/m2
   風荷載與地震力組合標準值1.362K N/m2;風荷載與地震力組合設計值2.167K N/m2
    則,鋁立柱所受設計線荷載q設計=2.167x1.480=3.20716N/mm
    鋁立柱所受標準線荷載q設計=1.362x1.480=2.01576N/mm
    軸力N=500x3.6x1.48=2664(N)
    (一)按簡支梁力學模型分析:

  

    可見,幕墻鋁立柱的截面特性Imin >3148905.086 mm4; Wmin >59132.05457 mm3,在CAD中可以發現矩形界面70x180x3滿足要求,I= 5923872mm4;W=65820.8 mm3,A= 1464 mm2可見是應力控制的截面。
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