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幕墙立柱支撑体系与数据分析

来源:中国幕墙网收集整理  作者:莫英光 焦 杰  日期:2006-7-17
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    关键词:幕墙立柱计算  结构应力优化
    摘  要:本文经过对三种幕墙立柱的受力分析,明确了每种立柱的最佳适用工况。
    这里我们不讨论,点式幕墙支撑体系。
    这里我们将讨论框架支撑体系

    以上三种立柱力学模型很好的概括了幕墙常用结构。

    简支梁力学模型常用于幕墙结构嵌入主体结构中,此时的幕墙计算模型是没有任何选择余地的,是由主体结构决定的。

    铰接(多跨)梁力学模型是最为常用的幕墙计算模型,此时幕墙体系悬挂于主体结构之外,每层立柱由铝插芯插接串联,该连接点处且可以延立柱轴向滑动,这样的结构便构成了连续的规律排布的梁体,无论框架式幕墙还是单元式幕墙在本种支撑体系上是均可以实现的,也就是说两种幕墙体系在这种力学模型下完全统一了。

    有的时候虽然完全满足把幕墙支撑体系设计成铰接(多跨)梁力学模型,但我们却把他设计成多跨铰接静定梁力学模型,是因为此时如果把它设计成铰接(多跨)梁力学模型并不是最经济合理的,那么这种情况何时会发生呢?大跨度层高,大分格,且梁体有足够的高度,这三个条件的交集便是经常设计成多跨铰接静定梁力学模型的必要条件。

     这三种力学模型作为幕墙结构设计中的最基本的元素并不是由设计师随意决定的,设计师必须统一规划所设计的幕墙体系,研究建筑主体结构所提供的边界条件,最终确定。因为它直接关系着幕墙的每平米比重,也就是说直接影响到幕墙的造价,从设计本身来讲,也就是如何达到一个“等强度设计”的一流境界的问题。

    从定性方面来看,在相同的外界条件下,这三种力学模型中简支梁力学模型立柱最为费料,多跨铰接静定梁力学模型立柱最为省料,但多跨铰接静定梁力学模型由于增加了一个支点,导致了预埋件的费用的增加,人工费的发生,成本也有所增加。在幕墙结构设计中,相对来说铰接(多跨)梁力学模型最能达到既节省材料成本,也能达到降低人工费用的目的。

    上述三种力学模型在达到某种特定的边界条件时,其中一种模型会近似另一种模型,其并没有一个明确的分界值,完全取决于其构造特点。

    下面我们一定量的方式加以说明,以数字的方式阐述:

    例如北京地区,C类,8度抗震,计算高度80米,中空玻璃(取500N/m2),楼层高度3.6米,横向分格1.48米,试按三种力学模型进行铝立柱(6063T5)分析,对计算结果进行比较。

    由玻璃幕墙工程技术规范(JGJ102-2003)得:

    阵风系数1.640;高度变化系数1.538;风压组合值1.362K N/m2
    地震力组合值0.400K N/m2
   风荷载与地震力组合标准值1.362K N/m2;风荷载与地震力组合设计值2.167K N/m2
    则,铝立柱所受设计线荷载q设计=2.167x1.480=3.20716N/mm
    铝立柱所受标准线荷载q设计=1.362x1.480=2.01576N/mm
    轴力N=500x3.6x1.48=2664(N)
    (一)按简支梁力学模型分析:

  

    可见,幕墙铝立柱的截面特性Imin >3148905.086 mm4; Wmin >59132.05457 mm3,在CAD中可以发现矩形界面70x180x3满足要求,I= 5923872mm4;W=65820.8 mm3,A= 1464 mm2可见是应力控制的截面。
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