点式玻璃幕墙结构设计分析

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摘要：点式玻璃幕墙具有较多的优点，在建筑中得到了广泛的应用。点式玻璃幕墙点式玻璃幕墙具有独立的支承结构，具有一定的独立性，其分析方法和设计原则和主体结构相类似，为此本文就点式玻璃幕墙结构设计进行了简要的探讨。 

关键词：点式玻璃幕墙；结构设计；结构选型  abstract: point glass curtain wall with more advantages, in building a wide range of applications. bullet point glass curtain wall glass curtain wall point independent of the supporting structure, and has a certain independence, the analysis and design principles and main body structure similar, this paper will point the glass curtain wall structure design was briefly discussed in this paper.  keywords: point glass curtain wall; structure design; structure selection  中图分类号：s611文献标识码：a 文章编号：  引言  点式玻璃幕墙系指幕墙的钢化玻璃面板通过不锈钢爪接件连接到支承钢结构上，具有独立的支承体系，且钢化玻璃面板与支承结构通过不锈钢爪接件分离开来，钢化玻璃面板之间只有防水胶，没有铝合金框架，使得点式玻璃幕墙建筑具有更加通透的建筑效果。点式玻璃幕墙一改过去着重用玻璃来表现窗户、表现建筑、表现质感、表现体型的传统做法，更多地利用玻璃的透明特性，追求建筑物内外空间的流通和融合。因此，点式玻璃幕墙一经出现，便在世界各地迅速发展。  本文结合中山市美捷时新厂幕墙工程对点式玻璃幕墙设计进行了简要的探讨，本工程幕墙结构设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。建筑抗震设防类别为丙类,抗震等级为三级。抗震设防烈度：7度，地震峰值加速度：0.10g，基本风压w =0.70kn/m,幕墙最大风压处的阵风系数取1.6495,体型系数取-1.2,高度变化系数取1.3733.点式玻璃幕墙采用12+12a+12mm钢化中空玻璃。  点式玻璃幕墙结构设计  点式玻璃幕墙具有独立的支承结构，具有一定的独立性。因此，在分析方法和设计原则方面，点式玻璃幕墙和主体结构没有什么区别。  2.1 点式玻璃幕墙的基本设计原则  由于点式玻璃幕墙有其独立的支承结构，因此，其基本设计原则应该是建筑结构设基本原则的总体框架内的一个“子系”，也就是说，要在概率极限状态设计指导思想下，分别进行点式玻璃幕墙的承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计。  2.2 点式玻璃幕墙荷载分析  荷载分析是所有建筑结构设计的前提。点式玻璃幕墙分析、设计中要考虑的荷载包括自重荷载、风荷载、地震作用、温度变化、雪载以及施工可变荷载等。幕墙处于建筑物的最外层，对风很敏感，风荷载分析对幕墙设计十分重要，不可忽略。由于点式玻璃幕墙大多用于标志性公共建筑，地震灾害带来的负面效应很大，因此，地震作用分析也是幕墙荷载分析中非常重要的一环。和大多数建筑结构一样，水平地震作用是点式玻璃幕墙设计必须考虑的。同时，由于现在很多采光顶和大型雨篷也采用了点式玻璃幕墙技术，很多场合还必须考虑其竖向地震作用。基于同样的理由，点式玻璃幕墙设计中还必须考虑雪荷载。此外，由于幕墙面板一般固定在独立的支承体系上，施工可变荷载也是必须考虑的。  2.3 点式玻璃幕墙的支承结构分析与设计  点式玻璃幕墙内支承结构设计时，首先必须进行几何稳定性分析。其支承体系的结构设计要求很高，点式玻璃幕墙设计和一般建筑结构设计最大的不同之处在于，其建筑和结构设计的一体化、晶莹通透的建筑效果往往要求支承体系简洁、细小，杆件布置不落俗套而富于变化。为了达到这一效果，许多点式玻璃幕墙的支承结构成为杆件少到不能再少的静定结构这时，稍有不慎，体系的几何稳定性就得不到保证。因此，体系的几何稳定性分析，在点式玻璃幕墙设计中尤为重要。  2.4 点式玻璃幕墙的玻璃面板分析  在点式玻璃幕墙设计中，目前尚未将玻璃面板作为结构构件来考虑，但必须对其进行独立的强度分析。众所周知，只要薄板的边界条件稍加改动，其解的结构就完全不同现行玻璃幕墙规范中关于玻璃面板的计算，采用基于经典的四边简支薄板理论，完全不适合点式玻璃幕墙面板的内力分析。  点式玻璃幕墙的结构选型  结构选型是根据建筑物的基本特征，选择合适的结构类型和结构体系并进行合理的结构布置。结构选型是结构设计中至关重要的一步，是一项综合性很强的技术工作。在支承结构方案确定以后，我们才能进行支承结构的各项具体设计和验算。不同的幕墙建筑有不同的支撑结构方案。一般要考虑下列因素：1）建筑功能。结构选型首先要满足建筑设计的要求。现代建筑富有想象力的造型，常常会给结构设计带来很大的挑战。点式玻璃幕墙的支承结构一般采用钢结构，钢结构体系的具体形式、构件的布置、材料的选择等，无一不受建筑设计思想的制约合理的支承结构体系，必须成功地体现建筑的品质，这一点对于点连接式玻璃建筑尤为重要。2）结构功能。作为支承结构，毋庸置疑必须满足一般结构的设计要求，即强度、刚度、变形等的要求结构选型必须保证支承结构能够通过随后进行的各项验算工作。支承钢结构的设计，应依据中国的现行《钢结构设计规范》，以及现行的玻璃幕墙设计规范。3）适应玻璃划分的要求。玻璃的大小、形状应当满足建筑要求以及玻璃本身的承载能力和变形要求，同时还应当考虑玻璃加工和安装方面的技术要求，必须根据工程的具体情况合理掌握。而点式玻璃幕墙的支承结构则必须适应玻璃分格的要求，以完成对玻璃的支撑作用。有时，由于建筑造型复杂、玻璃的形状和尺寸多变，一般性的支承结构选型往往会导致杆件多而密，大大影响了建筑的美观。因此，如何使支承结构既能适应玻璃的划分要求，又不会影响建筑的通透性和美观，就成为点式玻璃幕墙设计中的最富挑战性的工作之一。4）当地建筑材料的供应、地形、地质及自然气候条件。支承结构选型与材料的关系相当密切，各种材料均有其最佳的结构形式，考虑结构材料必须因地制宜。地形、地质、风、雨、雪、气温及地震等自然条件对结构选型有很大影响，考虑不周将会造成难以弥补的损失。所有这些在支承结构选型时必须综合考虑。5）力求先进。点式玻璃幕墙一般属于社区的标志性建筑，影响很大。在条件允许的前提下，建议选用行之有效的新结构、新材料、新工艺和新技术。简而言之，结构选型要努力做到可靠适用、经济合理、技术先进、施工方便、切实可行。  其他设计要求  4.1温度应力分析  温度应力也是幕墙结构必须考虑的作用之一。为了满足建筑功能需要，常常将幕墙建筑的边柱局部或整体暴露于室外。这种情况下，随着季节和昼夜气温的变化，边柱将产生轴向的伸长与缩短。同时，边柱与内部的竖向构件之间也会出现竖向位移差，楼层越高，这种变形就越大。由于框架梁、柱之间通常采用刚接，边柱的竖向形变受到约束，结构内力就会发生变化。经验表明，采用线弹性的方法来分析这种气温变化引起的结构内力，可以得到足够精确的结果。  本工程中幕墙变形主要由于温度应力或地震作用力等不利因素产生的。消除这些变形的根本措施是合理的设计使幕墙本身具备吸收和消化变形的能力。为此在幕墙构造设计上幕墙结构体系考虑各构件能够自由伸缩在考虑最大年温差80度时，整个体系各杆件及板块均能伸缩自如安全可靠。  4.2玻璃板材的选择  点式玻璃幕墙追求的是玻璃和精细钢结构交相辉映的建筑艺术效果。玻璃板材的选择，是点式玻璃幕墙设计中一个非常重要的技术环节。随着玻璃制造技术的飞速发展，建筑玻璃的种类越来越多，性能越来越好。随着造价的不断降低，很多几年前还非常昂贵的特种玻璃，现已广泛应用在点式玻璃幕墙的实际工程中。因此，玻璃幕墙的设计者，需要随时跟踪玻璃制造业的最新动态。  4.3玻璃板材计算  目前，玻璃幕墙设计中采用的是玻璃面板和支承结构的非耦合分析。一方面，支承结构计算时，不考虑玻璃刚度对支承结构内力分布的影响；另一方面，玻璃面板分析时，假定角点支撑处没有位移。这样，幕墙玻璃面板的分析，可以直接利用点支薄板的弯曲理论。玻璃面板分析也是幕墙设计中不可忽略的重要环节。实际上，大多数工程事故，问题就出在玻璃面板上。所以，现行幕墙设计中，虽然不考虑玻璃刚度对幕墙体系的贡献，但必须对玻璃面板进行独立的强度验算。  结语  本文结合实际工程，对点式玻璃幕墙结构设计进行了简要的分析。从点式玻璃幕墙结构设计的原则和方法出发，详细地介绍了荷载分析、支承结构分析与设计、玻璃面板分析；介绍了点式玻璃幕墙结构选型的重要性及选型分析，可为点式玻璃幕墙结构设计提供一定的参考。