某體育館玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析研究

胡　敏

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某體育館玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析研究

胡敏

（湖南科技大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，湖南湘潭 410021）

某體育館玻璃幕墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)算。對(duì)玻璃幕墻橫梁、立柱進(jìn)行了抗剪強(qiáng)度、撓度計(jì)算分析與驗(yàn)算，經(jīng)計(jì)算分析與驗(yàn)算，橫梁、立柱滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與撓度的要求。

體育館幕墻設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)依據(jù)；主要荷載取值；幕墻設(shè)計(jì)分析

1　引　言

盧森堡芬德?tīng)栔骱驒C(jī)樓玻璃幕墻工程由Fritsch與Paczowski事務(wù)所設(shè)計(jì)的，此座候機(jī)樓于2008年5月投入使用，該建筑以優(yōu)雅簡(jiǎn)潔的姿態(tài)融入建筑世界中，在材料及建筑形態(tài)的選擇上都顯得清晰而簡(jiǎn)約明了[1，2]。候機(jī)樓整體立面完全由玻璃幕墻系統(tǒng)所構(gòu)成，簡(jiǎn)約極致，視野空曠，居高臨下，可視范圍較為廣泛。保溫隔熱玻璃帶有毛管夾層的保溫隔熱玻璃。功能不同的玻璃在建筑立面上合理結(jié)合，減少了建筑內(nèi)部人工照明及熱輸出的需求量，使之整個(gè)候機(jī)樓內(nèi)的能量達(dá)到生態(tài)性均衡。

紐約西格拉姆大廈采用的銅制構(gòu)件造價(jià)較高，為滿足室內(nèi)溫度需要建筑玻璃全部鍍上防熱膜。從而在不需加大構(gòu)件的情況下而讓玻璃框架在立面上更加顯眼，創(chuàng)造出立面上強(qiáng)烈的連續(xù)美感。防熱膜也在一定程度上降低了建筑的透明度，并增加了建筑的體量感[3]。

瑞士的再保險(xiǎn)總部大樓由著名設(shè)計(jì)師諾曼.福斯特設(shè)計(jì)，其外墻采用雙層玻璃幕墻系統(tǒng)，分為辦公區(qū)域幕墻及內(nèi)部庭院區(qū)域幕墻兩部分。辦公區(qū)域幕墻由雙層玻璃的外層幕墻和可開(kāi)啟式的單層玻璃內(nèi)層幕墻共同組成。中空部位為設(shè)置有遮陽(yáng)百頁(yè)片的通風(fēng)通道。通風(fēng)空道起到氣候緩沖區(qū)的作用，用于必要的太陽(yáng)熱能儲(chǔ)備。雙層玻璃板塊組成螺旋形上升的內(nèi)部庭院區(qū)域幕墻，在夏天處于開(kāi)啟狀態(tài)，玻璃板上灰色玻璃及高性能鍍層再加上結(jié)構(gòu)內(nèi)部的遮陽(yáng)板，其減少陽(yáng)光照射的效果顯著[4－5]。

英國(guó)倫敦的HELICON大樓建筑外層通過(guò)鋼與玻璃組合組成雙層玻璃幕墻體系。在雙層玻璃之間形成一米的空腔，其內(nèi)布設(shè)鋁制的通風(fēng)百葉，基于監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)而得到溫度的智能響應(yīng)從而使得空腔中空氣的流動(dòng)減少太陽(yáng)輻射對(duì)于建筑室內(nèi)的溫度影響。該建筑通過(guò)一種綜合空氣散發(fā)系統(tǒng)及水冷式天花有效降低建筑室內(nèi)能耗，達(dá)到環(huán)保與節(jié)能的功效[6－8]。

2　工程概況

湖南省某縣，建筑最大高度：23.4米；工程所在地基本風(fēng)壓：0.4kN/m2；工程所在地抗震設(shè)防烈度：7度；設(shè)計(jì)基本地震加速度：0.10g；工程所在地地面粗糙程度：C類。

3　幕墻材料的物理性能及力學(xué)性能

（5）撓度限值：平面外撓度限值：在自重標(biāo)準(zhǔn)值作用下，水平受力構(gòu)件在單塊面板兩端跨距內(nèi)的最大撓度不應(yīng)超過(guò)該面板兩端跨距的1/500，且不應(yīng)超過(guò)3mm。

4　玻璃幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 玻璃幕墻橫梁計(jì)算

（3）荷載計(jì)算。作用于玻璃幕墻上的荷載根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003進(jìn)行荷載計(jì)算。

風(fēng)荷載計(jì)算：垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算，并且不應(yīng)小于1.0kN/mm2。

地震荷載計(jì)算：垂直于玻璃幕墻平面的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算：；動(dòng)力放大系數(shù)：=5.0；水平地震影響系數(shù)最大值，查規(guī)范JGJ102-2003表5.3.4知：=0.08；玻璃幕墻構(gòu)件平面重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值：=0.500 kN·m-2；玻璃幕墻平面分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：=0.2 kN·m-2。

（4）橫梁內(nèi)力分析。內(nèi)力計(jì)算：橫梁為雙向受彎構(gòu)件，兩端按鉸接設(shè)計(jì)計(jì)算。

橫梁在水平方向上承受風(fēng)荷載和地震荷載共同作用，荷載為梯形荷載，在豎直方向上承受幕墻自重和橫梁自重共同作用。

由豎直方向荷載產(chǎn)生的最大彎矩按下式計(jì)算：

由水平方向荷載產(chǎn)生的最大剪力按下式計(jì)算：

由豎直方向荷載產(chǎn)生的最大剪力按下式計(jì)算：

橫梁抗彎強(qiáng)度滿足要求。

橫梁豎直方向容許的撓度值：

由豎直方向荷載產(chǎn)生的最大撓度按下式計(jì)算：

橫梁豎直方向撓度滿足要求！

4.2 玻璃幕墻立柱計(jì)算

（1）基本參數(shù)。立柱計(jì)算跨距：H=3400mm；相鄰立柱間距：=750mm；=750mm；立柱計(jì)算間距： B=750mm；幕墻自重取值：；型材材質(zhì)：鋁合金；型材彈性模量：E=70000；泊松比：v=0.3；型材抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度： f=90 N·m-2；型材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度：=55N·m-2；立柱受力模式：層間簡(jiǎn)支梁；基本風(fēng)壓：=0.4N·m-2；地面粗糙程度：C類；抗震設(shè)防烈度：7度（0.10g）；所在高度：Z=17.5m；從屬面積：2.6m2；所在部位：墻面。

（3）荷載計(jì)算。作用于玻璃幕墻上的荷載根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003進(jìn)行荷載計(jì)算。

風(fēng)荷載計(jì)算：垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算，并且不應(yīng)小于1.0kN/mm2。

風(fēng)荷載體形系數(shù)，查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》條款7.3.3知：=1.119

風(fēng)壓高度變化系數(shù),查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表7.2.1知：=0.79

地震荷載計(jì)算：垂直于玻璃幕墻平面的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算：

內(nèi)力計(jì)算：在風(fēng)荷載和地震作用的共同作用下幕墻立柱最大彎矩設(shè)計(jì)值：，；幕墻立柱最大剪力設(shè)計(jì)值：，；立柱承受的軸力設(shè)計(jì)值：，

立柱強(qiáng)度驗(yàn)算:承受軸力和彎矩作用的立柱，其承載力應(yīng)符合下列要求：立柱承受軸力設(shè)計(jì)值：，；截面面積：；幕墻立柱最大彎矩：；截面塑性發(fā)展系數(shù)：對(duì)x軸的凈截面模量：；立柱截面最大應(yīng)力為：

立柱抗彎強(qiáng)度滿足要求。

（4）立柱撓度分析。立柱容許的撓度值：

立柱撓度滿足要求。

5　結(jié)　論

本文為幕墻設(shè)計(jì)計(jì)算，從幕墻材料的物理性質(zhì)及力學(xué)性能、中空框式玻璃計(jì)算、橫梁計(jì)算、立柱計(jì)算等方面進(jìn)行全面驗(yàn)算。

（1）幕墻橫梁內(nèi)力計(jì)算時(shí)令橫梁為雙向受彎構(gòu)件，兩端按鉸接設(shè)計(jì)計(jì)算。橫梁在水平方向上承受風(fēng)荷載和地震荷載共同作用，荷載為梯形荷載，在豎直方向上承受幕墻自重和橫梁自重共同作用。橫梁截面最大應(yīng)力為14.8 N/mm2，小于90N/mm2，其橫梁抗彎強(qiáng)度滿足要求。橫梁豎直方向容許的撓度值1.5mm，橫梁豎直方向最大撓度為0.2mm，故橫梁豎直方向撓度滿足要求。

（2）作用于玻璃幕墻上的荷載根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003進(jìn)行荷載計(jì)算。立柱截面最大剪應(yīng)力42.9N.mm-2<90N.mm-2，因此立柱剪切強(qiáng)度要求。立柱容許的撓度值為18.9mm，風(fēng)荷載作用下立柱撓度值為6.6mm，小于18.9mm，故立柱撓度滿足要求。

[1]Bevis M,Wahr J,Khan S A,et al.Bedrock displacements in Greenland manifest ice mass variations, climate cycles and climate change[J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2012,(30):11944-11948.

[2]DC P,TA P,R P,et al.Aging reduces neural specialization in ventral visual cortex[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2004,(35):13091-13095.

[3]Zhao R,He Y.The accounting implication of banking deregu- lation:an event study of Gramm-Leach-Bliley Act (1999)[J]. Review of Quantitative Finance&Accounting,2014,(3):449- 468.

[4]李程.可持續(xù)發(fā)展的高層建筑研究[D].天津大學(xué),2011.

[5]劉成清.鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱外筒混合結(jié)構(gòu)抗震性能研究[D].同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院,2009.

[6]Fitzpatrick D D,Fleischer J.Connecticut,New York vie for Swiss Re headquarters[J].Fairfield County Business Journal, 1995.

（責(zé)任編校：何俊華）

2017－01－11

胡敏（1988－），女，湖南湘潭人，湖南科技大學(xué)建筑學(xué)院教師，研究方向?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)理論與教學(xué)。

TU2

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1673-2219（2017）06-0064-03