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如何通過幕墻鋁型材優化設計降低材料成本

來源:中國幕墻工程網  作者:姜軍輝  日期:2012-9-18
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  【摘要】本文通過對幕墻鋁型材的截面特性和使用特點的初步分析,根據鋁型材設計計算理論,結合鋁型材使用的實際情況,在滿足幕墻使用性能、技術規范要求前提下,進行幕墻鋁型材的優化設計,降低材料消耗,從而降低幕墻工程成本。
  【關鍵詞】幕墻  鋁型材  設計  成本
  在幕墻設計時,考慮幕墻玻璃副框及開啟扇安裝尺寸要求,外形尺寸受到限制,不能縮小寬度尺寸,我們采用型材計算時,可能壁厚2.5mm就可以滿足要求了,但若采用開口型材,為了滿足規范要求,就必須采用3.0mm壁厚鋁型材。材料重量增加,成本加大。

  3.2幕墻橫梁
  《玻璃幕墻工程技術規范》要求,當橫梁跨度不大于1.2m時,鋁合金型材截面主要受力面部位的厚度不應小于2.0mm;當橫梁跨度大于1.2m時,鋁合金型材截面主要受力面部位的厚度不應小于2.5mm。如果設計計算2.0mm厚度橫梁滿足要求,我們盡量不要將橫梁跨度大于1.2m,已接近1.2m為宜。

  3.3幕墻裝飾型材
  幕墻裝飾型材比如:扣蓋、扣座、裝飾封邊等,這些型材雖說是壁厚都是比較薄,相比較重量較輕,但是,由于這些材料(工件)只是裝飾作用,除了自身安裝強度達到要求外,不參與承受幕墻荷載。因此,如果將這些裝飾性的材料參與幕墻的受力,也將節約材料成本。

  (1)盡量采用閉口截面的鋁型材,取消扣蓋。

  (2)將明框幕墻裝飾扣座、扣蓋與立柱和橫梁一體化設計,采用隔熱條媒接。

  (3)開啟上下框料盡量與橫梁一體化,專用開啟扇橫梁用料。只要數量達到一定程度,增加模具費用均攤成本不會很多。

  上述內容僅僅是從節約材料上考慮的,僅做為參考。具體情況還要根據工程實際情況來定,依據設計師的經驗來設計。

  4、型材設計計算取材
 《玻璃幕墻工程技術規范》要求,立柱與橫梁在風荷載(或重力荷載)作用下,其撓度不得超過支點間距的1/180;強度計算值不得超過鋁型材的強度設計值(強度極限)。如果計算值超過允許范圍,那是不允許的,是設計的失敗。如果計算值遠遠小于規范要求允許范圍,那設計也是不成功的,說明設計選用的材料不合理的,浪費材料。因此,設計采用的鋁型材強度、撓度計算在允許的范圍內,并且接近允許的極限值(設計值),這樣材料才不會浪費,真正做到“才盡其用”。材料的不浪費,就是成本的節約。

  不同牌號的材料,不同的處理狀態,其強度設計值是不同的,市場價格也不同。因此選用材料時一定要根據設計幕墻的情況,參照耗材、價格對比,來確定材料的牌號與狀態見下表。可能采用的材料牌號、狀態市場價格比較高,但是其強度設計值大,反而會降低材料消耗,節約成本了。


  5、幕墻型材支點間距影響
  鋁型材(立柱、橫梁)其抗彎強度σ計算公式
  σ=M/W = SkLh2/(8 W)
  Sk—荷載組合作用下產生的最大彎曲應力值(N/mm2
  L—型材之間間距(mm)
  h—支點間距(跨度)(mm)
  型材的撓度f計算公式
  f=5 SkEL h4/(384EI)
  I—慣性矩(mm4)
  SkE—荷載組合作用下最大彎曲應力標準值(N/mm2
  L—型材(立柱或橫梁)間距(mm)
  h—型材支點間距(跨度)(mm)
  E—鋁材彈性模量(N/mm2) 鋁材E=0.7×105。

  從抗彎強度計算公式與撓度計算公式可以看出,抗彎強度與其支點間距的平方成正比,撓度與其支點的四次方成正比。如果將支點距離縮小,那么將會降低抗彎強度和減小變形撓度,可減小型材的截面尺寸。

  立柱的支點間距除了與樓層層高影響外,與支點的設計有關。

  (1)層間梁高尺寸較大時,設計上采用同層雙支點,這樣實際支點距離就要比層高尺寸小。

  (2)立柱內采用加鋼插芯或支撐鋼架,鋁立柱受力支撐點變多。

  (3)橫梁采用合理的分格尺寸。橫梁與橫梁之間間距大了,型材截面加大,線密度增加;距離小了,雖然橫梁線密度小了,但是,橫梁數量增加,材料不會減少。因此,橫梁優化設計需要一個非常科學的理論計算基礎。

  (4)改變傳統的支點方式。圖3是條帶形幕墻,如果按傳統的設計,將會在層間設計支撐,靠立柱與主體連接,見圖4,這樣,立柱就要滿足強度、撓度要求,線密度就要很大。因為立柱支點間距3600mm。但是如果改變傳統的支點連接方式,見圖3,橫梁的支點間距為2000mm,而立柱最大的支點間距才1500mm。這樣我們把橫梁截面尺寸變大一點,滿足要求即可,而立柱線密度將會大大減小了。鋁材重量減小。

  這里,只是支點增加,預埋件轉接件數量增加,但總的來說,只要成本降低,就是我們的目的,不管采取什么方案,只要優化、比較,采取既保證幕墻功能、質量、將來維護方便,又經濟、成本低的設計方案。

  6、綜述
  在幕墻設計中,主要取決于型材的系統設計。一個成功的設計,不但體現出設計的先進性,合理性,而且在相同條件下,還必須要保證其經濟性的系統優化設計,只有從質量、成本上體現出優化設計理念,才會使設計趨于完美。在施工過程中給企業帶來更大的經濟效益和社會效益。【完】
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