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中开幕墙设计公司是一家专业从事智慧异形建筑幕墙设计与施工一体化的建筑企业。集团起源于2004年,拥有建筑幕墙工程专业承包一级资质、建筑幕墙工程专项设计甲级资质、钢结构工程专业承包一级资质,各项配套资质齐备,拥有14年幕墙设计施工专项经验。公司主要经营业务为玻璃幕墙设计石材幕墙设计金属幕墙设计异形幕墙设计单元式幕墙设计陶土板幕墙设计铝板幕墙设计单曲面幕墙设计双曲面幕墙设计建筑幕墙设计为主,设计业务包括:幕墙设计效果图;设计方案及施工图纸绘制、会审、报批;技术交底,技术答疑及解决;竣工图纸的绘制及报批;技术文件的整理及归档等。服务内容:通过提供专业的幕墙设计来服务和协助业主、建筑师及业主成功的完成幕墙工程。服务内容贯穿于整个幕墙工程,包括从建筑初步设计阶段到幕墙施工阶段。提供高水准的幕墙设计方案及招标图、施工图设计、幕墙材料的对比及选择、相关方案的成本预算、幕墙造价的审查、施工工程中的技术跟踪指导等。主要为北京天津上海深圳广州全国各地提供建筑幕墙设计服务,欢迎大家咨询。您的IP地址是:3.238.204.167。今天是:,,(),,现在是:7:30:04,

横向钢龙骨受力幕墙体系的设计要点分析

发布时间:2022-7-25 15:13:07浏览次数:10190文章出处:上海幕墙设计顾问

上海嘉定新城健康科技有限公司总部、研发及培训中心项目位于上海市嘉定新城,用地面积 2.89 万㎡,总建筑面积 5.8 万 ㎡,分为 1#~6#六个单体。设计充分考虑建筑与周围环境、城市干道等重要元素的空间关系,在基地北侧紧邻地块主要展示面的双单路布置两栋方形高层研发楼,形成大气挺拔的建筑形象。同时,在基地南侧布置两栋 L 型多层研发楼,首齐园区东西界面,并与北侧高层建筑一起在园区中心围合出宽阔的中心绿地。最后,在园区中轴由北至南依次设置一栋方形三层配套楼一处下沉广场和一栋方形二层配套楼,形成整个园区的核心服务圈,效果图见图 1


本幕墙系统位于园区中轴线三层配套用房(5#楼)南侧悬挑架空层,底部为下层广场及中心水景,设计功能为园区咖啡厅。该幕墙系统室内视野开阔,为与四周 1~4#楼建筑横向装饰条风格呼应,建筑要求幕墙采用横向龙骨受力,取消传统幕墙的竖向骨架,并尽可能减小横向构件的尺寸,局部效果展示见图 2。



本系统采用竖隐横明钢框架玻璃幕墙,采用横向龙骨主受力铝板,竖向双拉杆承重的受力体系。横向主龙骨采用焊接VQ355B钢管,高度间隔1.5m水平方向通过 12mm 厚钢板连接件分段固定于幕墙后侧主体斜钢梁,支点最大间距 8.36m,受力模式为抵抗水平荷载方向的简支梁及承受重力的连续梁。竖向设置两根直径 12mm 不锈钢拉杆,一根隐藏于竖向玻璃胶缝用于承受玻璃面板自重荷载,一根固定于横向主龙骨质心用于承受横向钢梁自身重量。基本分格:×=3133mm×1500mm面板配置:8+1.52PVB+8LOW-E+12A+8+1.52PVB+8 化夹胶中空超白玻璃,节点效果图见图 3



方案比选分析


传统的幕墙都有竖向骨架,本工程采用只有横向主钢梁并加双拉杆受力体系,来增加整个幕墙的通透性。由于重力荷载的不对称,横向钢梁很容易在重力方向发生较大的变形,甚至出现翻转的可能。针对上述可能出现的状况,大致有三种受力体系可以满足建筑效果。

第一种,横向钢梁主受力,竖向吊杆采用具备一定抗弯刚度的杆件,如图 4,吊杆承担重力,并通过与大钢梁固结形成一定刚度体系,防止钢梁翻转。

第二种,由于重力存在一定的偏心,所以设置两道拉索产生力偶抵抗钢梁的翻转,同时竖索起到稳定索的作用,如图 5

第三种,就是本工程最终采取的方案,拉杆隐藏在玻璃缝隙中,并通过钢托板,将玻璃的重力直接由拉杆传递给主体结构钢梁,后端拉杆通过钢梁重心,承受钢龙骨自身重量,重力也直接传递给主体结构,如图 6

第一种方案体系成立并具备一定的抗弯刚度,由于竖杆需具备一定的刚度,需要有一定的截面宽度中空玻璃刚度,达不到通透的效果;第二种方案,虽然建筑师能够接受,但是为了形成力偶以抵抗重力的偏心影响,拉索必须落地,并施加一定的预紧力,不仅施工难度较大,在水平荷载作用下,拉索反力会增加,对主体结构产生额外的负担;第三种方案前端拉杆承受玻璃重力,后端拉杆承受钢梁重力,如图6,传力直接,计算模式简单南京新世纪广场,并且其中一根拉杆藏在玻璃缝隙中,建筑效果也更加通透,同时拉杆可以不用落地,不会给施工带来很大的困难,对建筑结构刚度要求也不大。


玻璃及相关设计分析


由于本工程幕墙玻璃的重力荷载通过钢转接件并由拉杆传递给主体结构,所以玻璃在长期荷载作用下,能否保证安全是本工程设计首先解决的问题,原则上,玻璃垫块在玻璃边长的 1/4 处受力最好,但本工程的托板在玻璃边缘,为了验证玻璃在此种工况下也能保证完好,本文通过 ANSYS 有限元软件建模验证分析,如图 7

重力荷载作用下玻璃边缘应力分析

通过有限元软件的计算在分析,玻璃边缘在重力荷载作用的条件下,虽然存在着明显的应力的集中,但只有 4.44MPa,远远小于规范值 34MPa,所以可以满足玻璃在正常用下的安全要求!


组合荷载作用下玻璃计算分析

玻璃配置: 8+1.52PVB+8 ( LOW-E +12A+8+1.52PVB+8 钢化夹胶中空超白玻璃基本分格:×=3133mm×1500mm,支撑方式为对边简支。设计风压:1.6kPa,由于玻璃各片厚度相同,外片荷载承受的荷载又比其他三片大,本文只对外片玻璃进行了模拟分析,如图 89



在综合考虑风荷载、地震荷载以及重力荷载作用下,玻璃应力值为 21.2MPa<84MPa,最大变形10.7mm<L/60=30mm,满足规范要求。


玻璃钢托板计算分析

玻璃托板在传递重力荷载过程中起到关键作用,通过计算分析(图 10),钢托板挠度变形0.0297mm,应力值 41.7MPa,综上,钢托板的刚度及强度可以满足承托重力的要求(图 11)。


钢梁系统及相关设计分析


本工程水平荷载的传递路径:风及地震荷载-压-钢梁-转接件-主体结构,如图 12玻璃重力荷载-玻璃钢托板-拉杆-牛腿-主体结构。钢梁自重-拉杆-牛腿-主体结构,如图 1314

由于玻璃的重力荷载直接传递给拉杆,所以玻璃的重力不会对横向钢梁产生不利的影响,但是,钢梁是单轴对称截面,并且自身跨度就达到 8.3m钢梁在自身重量下变形较大,平整度不好。所以,通过计算,设计三根拉杆,来抵消钢梁自身重量,钢梁的稳定性由钢框自身来抵抗。




钢梁受力分析

通过内力(图 15)及钢梁截面特性(图 16)计算分析,钢梁自身的稳定性满足要求,在重力荷载作用下变形不是很大,如图 17,竖向荷载以最短的路径传递给主体结构。


施工过程模拟分析

拉杆未安装前,钢梁为跨度 8.3m 的简支梁 如图 18,最大竖向变形 19.14mm,如图 19所以根据推算,钢梁在安装前需反向起拱 L/500=17.36mm拉杆的安装顺序遵循先中间后两边、对称、同步的原则,如图 2021三根拉杆安装完毕,观察、记录钢梁和建筑结构的变形,由于钢梁仅承受自身的重量,主体结构变形不大,可通过拉杆微调,使钢梁最终达到水平。


相关结论


本文以嘉定新城项目-横明竖隐系统为例,对双拉杆系统直接传递重力这一受力体系进行了论证分析,并对此体系幕墙设计的基本原则进行了初步探讨,即使像这种偏柔的结构形式,通过合理的设计和分析,也能达到满意的建筑效果,主要结论有:

(1)前端拉杆能够隐藏在玻璃缝隙中,可以最大限度地实现通透、轻盈的建筑效果。前端拉杆直接承受玻璃重力荷载,后端拉杆通过钢梁重心承受钢梁自重,保证钢梁的平整度,减小可见变形。双拉杆受力明确,传力直接,刚度好,大大降低了不对称荷载对钢梁的影响。

(2)拉杆不需落地,不需形成力偶,大大降低了施工难度,同时即使钢梁有水平变形,也不会对主体产生额外的力,减少了主体结构的负担。

(3)钢梁应采用闭口截面,闭口截面具有较好的扭转刚度,稳定性好。

(4)钢板应具有一定的刚度和承载力,有效的传递玻璃重力荷载。

(5)应校核玻璃在重力荷载作用下的边缘应力,通过构造措施防止玻璃在端部出现较大的应力集中。

(6)竖向受拉杆件宜选用度较大的拉杆,如果拉杆较长、主体结构跨度较大,尚应考虑拉杆伸长的变化及主体结构蠕变的影响。

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