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幕墻水平懸挑大裝飾帶設(shè)計(jì)

來(lái)源:2024論文集  作者:李才睿 劉曉峰 閉思廉  日期:2024-8-22
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  摘要:由于建筑外觀和遮陽(yáng)要求,玻璃幕墻懸挑裝飾帶尺度越來(lái)越大,對(duì)幕墻系統(tǒng)的影響也越來(lái)越大。對(duì)于幕墻懸挑尺寸較大的裝飾帶,結(jié)構(gòu)計(jì)算很重要;除此之外,在構(gòu)造設(shè)計(jì)上需要注意盡量降低對(duì)幕墻系統(tǒng)的影響,并簡(jiǎn)化力學(xué)模型;同時(shí),為確保工程質(zhì)量和提高施工效率,采用裝配式構(gòu)造。
  關(guān)鍵字:玻璃幕墻;水平懸挑大裝飾帶;結(jié)構(gòu)計(jì)算;裝配式構(gòu)造

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  摘要:由于建筑外觀和遮陽(yáng)要求,玻璃幕墻懸挑裝飾帶尺度越來(lái)越大,對(duì)幕墻系統(tǒng)的影響也越來(lái)越大。對(duì)于幕墻懸挑尺寸較大的裝飾帶,結(jié)構(gòu)計(jì)算很重要;除此之外,在構(gòu)造設(shè)計(jì)上需要注意盡量降低對(duì)幕墻系統(tǒng)的影響,并簡(jiǎn)化力學(xué)模型;同時(shí),為確保工程質(zhì)量和提高施工效率,采用裝配式構(gòu)造。

  關(guān)鍵字:玻璃幕墻;水平懸挑大裝飾帶;結(jié)構(gòu)計(jì)算;裝配式構(gòu)造

  1 引言

  在進(jìn)行幕墻水平懸挑裝飾帶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前,首先需要考慮裝飾帶對(duì)幕墻立柱的影響,再具體分析裝飾帶與幕墻立柱的連接方式,以及裝飾帶自身的強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性(詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供),還有裝飾帶的構(gòu)造及裝飾帶與立柱的連接構(gòu)造。

  2 水平大裝飾帶對(duì)幕墻立柱的影響

  2.1 水平大裝飾帶與簡(jiǎn)支梁立柱連接的情況

  簡(jiǎn)支梁立柱承受均布荷載,水平大裝飾帶承受豎向均布荷載,這個(gè)豎向荷載轉(zhuǎn)換為作用到立柱的集中彎矩,可以理解為在簡(jiǎn)支梁原有荷載的基礎(chǔ)上增加一個(gè)集中彎矩Myp,先看它對(duì)簡(jiǎn)支梁立柱的影響:

  簡(jiǎn)支梁立柱在原有均布荷載作用下,跨中最大彎矩為Mi,在立柱跨中任意位置施加集中彎矩Myp后,立柱跨中彎矩變?yōu)镸i + 0.5Myp。當(dāng)Myp小于Mi時(shí),立柱最大彎矩只是稍大于立柱跨中彎矩,但比值不大于104%,可認(rèn)為立柱跨中彎矩與立柱最大彎矩近似相等。

  在施加集中彎矩Myp后,通常會(huì)覺(jué)得立柱跨中彎矩增加Myp,并與彎矩作用位置有關(guān)。但實(shí)際情況并不是這樣,為方便理解,我們假定立柱跨度為L(zhǎng) = 4.5m,水平裝飾帶懸挑尺寸為L(zhǎng)yp =1.5m,立面幕墻和水平裝飾帶的分格均為1.5m,立面幕墻的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為4kPa,按照相應(yīng)體型系數(shù)進(jìn)行計(jì)算,采用有限元(詞條“有限元”由行業(yè)大百科提供)分析,參見(jiàn)圖1、圖2、圖3。

  可以看到,在施加集中彎矩Myp后,跨中增加彎矩始終為0.5Myp。該結(jié)論可以用于評(píng)估有懸挑水平裝飾帶的簡(jiǎn)支梁立柱,為方便使用,這里將裝飾帶懸挑長(zhǎng)度與簡(jiǎn)支立柱跨度比值作為參數(shù),換算出Mi的變化幅度,具體推導(dǎo)參見(jiàn)圖4、圖5。

  可以直接用公式或者圖5的圖表進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的評(píng)估,例如:

  當(dāng)Lyp/L = 1.5/4.5 =33%時(shí),查圖5圖表,跨中彎矩變?yōu)樵?jiǎn)支梁的126%;

  當(dāng)Lyp/L = 1.5/6.0 =20%時(shí),查圖5圖表,跨中彎矩變?yōu)樵?jiǎn)支梁的115%;

  這里有一個(gè)有趣的結(jié)論:簡(jiǎn)支梁立柱作用有兩個(gè)等值同號(hào)的彎矩時(shí),如果兩個(gè)彎矩其中一個(gè)在跨中以上,另一個(gè)在跨中以下,那么簡(jiǎn)支梁跨中增加的彎矩為0,感興趣的讀者可以自行驗(yàn)證一下。

  2.2 水平大裝飾帶與雙支座立柱連接情況

  水平大裝飾帶與雙支座立柱連接情況下,結(jié)構(gòu)受力較為復(fù)雜,本文給出三個(gè)建議方案,參見(jiàn)圖6。

  方案一:當(dāng)水平裝飾帶位置離立柱中支座較遠(yuǎn)時(shí),裝飾帶直接與立柱連接,建議在圖示區(qū)域穿鋼加強(qiáng),因?yàn)榇藚^(qū)域彎矩較大;

  方案二:水平裝飾帶位置離立柱中支座較近時(shí),裝飾帶也可直接與立柱連接,建議將立柱進(jìn)行拆分,下部設(shè)計(jì)為簡(jiǎn)支梁立柱,上部設(shè)計(jì)為帶懸臂裝飾帶的簡(jiǎn)支懸臂立柱;

  方案三:水平裝飾帶懸挑尺寸很大時(shí),建議按照懸挑雨篷處理,即裝飾帶直接與主體結(jié)構(gòu)固定,此時(shí)立柱變?yōu)樯舷聝蓚(gè)簡(jiǎn)支梁立柱;

  2.3 工程案例設(shè)計(jì)方案選擇

  以下為某工程案例,因?yàn)檠b飾帶造型較為特殊,裝飾帶截面高度尺寸為1000mm,懸挑尺寸達(dá)1500mm,未采用常規(guī)的設(shè)計(jì)方案,綜合考慮后,采用裝配式構(gòu)造方案,將幕墻立柱設(shè)計(jì)為雙支座,水平裝飾帶與幕墻設(shè)置上下兩個(gè)連接點(diǎn),上連接點(diǎn)盡可能靠近幕墻立柱上支座,下連接點(diǎn)盡可能靠近幕墻立柱中支座,這樣水平裝飾帶可以將其反力近似于直接的傳到支座上,使得裝飾帶對(duì)幕墻立柱的彎矩影響降到最小。參見(jiàn)圖7

  在裝飾帶與立柱的連接節(jié)點(diǎn)處理上,需要注意在下連接件上開(kāi)豎向長(zhǎng)孔,避免因多余約束而產(chǎn)生不利內(nèi)力,保證裝飾帶根部彎矩轉(zhuǎn)化為上下連接的水平力偶,而重力荷載由上連接件單獨(dú)承擔(dān)。

  3 水平大裝飾利用端部封板提供結(jié)構(gòu)支撐

  本案例裝飾帶由于截面尺寸較大,我們將裝飾帶分縫設(shè)計(jì)為一個(gè)幕墻分格寬度,沒(méi)有采用額外的懸臂龍骨作為支撐構(gòu)件,而是利用裝飾帶面板自身的剛度,當(dāng)面板形成了一個(gè)封閉的箱型構(gòu)件時(shí),本身具備很大的剛度,兩側(cè)的端部封板類(lèi)似于鋼板剪力墻,能夠抵抗裝飾帶受到的豎向荷載,但需要注意薄板失穩(wěn)的問(wèn)題,兩側(cè)端部封板擬選用4mm厚鋁板,在根部設(shè)置豎向龍骨,鋁龍骨的側(cè)面與端部封板通過(guò)間隔布置的自攻螺釘(詞條“自攻螺釘”由行業(yè)大百科提供)連接,并且加密布置,保證根部彎矩有效的傳遞。

  裝飾帶水平鋁板按計(jì)算要求布置加強(qiáng)筋并與端部封板進(jìn)行焊接,考慮到鋁焊部位強(qiáng)度削弱,需在鋁板兩側(cè)進(jìn)行折邊,折邊通過(guò)自攻螺釘與端部封板連接進(jìn)行加強(qiáng)。

  采用有限元分析,參見(jiàn)圖8、圖9。

  還需要考慮端部封板的穩(wěn)定性,對(duì)其進(jìn)行了失穩(wěn)模態(tài)分析,參見(jiàn)圖10。

  可以看到,第一階失穩(wěn)模態(tài)的屈曲特征值為ηcr=5.41,并且失穩(wěn)的區(qū)域不在端部封板,參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GB500017-2017》5.1.6-2條,標(biāo)準(zhǔn)原文參見(jiàn)圖11,對(duì)于容易失穩(wěn)的薄板,其二階效應(yīng)控制在0.25以下,可以通過(guò)增加端板的剛度降低二階效應(yīng),對(duì)應(yīng)的ηcr應(yīng)大于1/0.25 = 4.0。

  4 水平大裝飾帶端部封板穩(wěn)定性對(duì)比分析

  前文布置豎向加強(qiáng)筋,減小了鋁板失穩(wěn)區(qū)隔,以增加端部封板的穩(wěn)定性。作為對(duì)比,這里提供一個(gè)采用3mm端板,無(wú)豎向加強(qiáng)筋的失穩(wěn)模型分析,其失穩(wěn)模態(tài)參見(jiàn)圖12,可以看到,此時(shí)的第一階失穩(wěn)模態(tài)的屈曲特征值為ηcr=3.104,并且失穩(wěn)的區(qū)域在端部封板,剛度明顯不足,這也說(shuō)明增加端板厚度及增加根部豎向加強(qiáng)筋的必要性。

  5 水平大裝飾帶與立柱連接的分析

  裝飾帶與立柱的連接是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,這里我們進(jìn)行了有限元分析,參見(jiàn)圖13、圖14、圖15,通過(guò)有限元分析,論證了端部封板通過(guò)間隔布置的自攻螺釘及連接板(詞條“連接板”由行業(yè)大百科提供)將荷載有效的傳遞給了幕墻的立柱。

  6 總結(jié)

  1) 簡(jiǎn)支梁立柱承擔(dān)水平裝飾帶產(chǎn)生的集中彎矩Myp之后,并不會(huì)增加Myp的彎矩,而是在跨中增加0.5Myp的彎矩;

  2) 水平大裝飾帶如果通過(guò)上下兩個(gè)連接點(diǎn)與立柱連接,下連接點(diǎn)應(yīng)注意釋放豎向位移,避免因多余約束而產(chǎn)生不利內(nèi)力;

  3) 當(dāng)裝飾帶的面板能夠形成封閉箱型構(gòu)件的時(shí)候,可以考慮利用面板自身的剛度承受外部荷載,但需要注意面板的穩(wěn)定性,通過(guò)增加面板的厚度及布置加強(qiáng)筋提高其失穩(wěn)模態(tài)的屈曲特征值;

  4) 在進(jìn)行水平大裝飾帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),采用裝配式構(gòu)造,以確保工程質(zhì)量和提高施工效率。

  參考文獻(xiàn)

  [1] GB50017-2017鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2017.

作者單位:深圳中航幕墻工程有限公司

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專(zhuān)家介紹

 閉思廉

鋁門(mén)窗幕墻委員會(huì)專(zhuān)家組

工作單位:海控南海發(fā)展股份有限公司

技術(shù)職稱:教授級(jí)高工

專(zhuān)業(yè):建筑幕墻產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、建筑幕墻工程設(shè)計(jì)、施工。

專(zhuān)長(zhǎng):建筑幕墻門(mén)窗產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)及施工

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2024-8-22/50676-1.htm
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