胡　敏

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某體育館玻璃幕墻結構設計分析研究

胡敏

（湖南科技大學建筑與藝術學院，湖南湘潭 410021）

某體育館玻璃幕墻結構進行設計分析與驗算。對玻璃幕墻橫梁、立柱進行了抗剪強度、撓度計算分析與驗算，經(jīng)計算分析與驗算，橫梁、立柱滿足結構強度與撓度的要求。

體育館幕墻設計；設計依據(jù)；主要荷載取值；幕墻設計分析

1　引　言

盧森堡芬德爾主候機樓玻璃幕墻工程由Fritsch與Paczowski事務所設計的，此座候機樓于2008年5月投入使用，該建筑以優(yōu)雅簡潔的姿態(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約明了[1，2]。候機樓整體立面完全由玻璃幕墻系統(tǒng)所構成，簡約極致，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，使之整個候機樓內(nèi)的能量達到生態(tài)性均衡。

紐約西格拉姆大廈采用的銅制構件造價較高，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]。

瑞士的再保險總部大樓由著名設計師諾曼.福斯特設計，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啟式的單層玻璃內(nèi)層幕墻共同組成。中空部位為設置有遮陽百頁片的通風通道。通風空道起到氣候緩沖區(qū)的作用，用于必要的太陽熱能儲備。雙層玻璃板塊組成螺旋形上升的內(nèi)部庭院區(qū)域幕墻，在夏天處于開啟狀態(tài)，玻璃板上灰色玻璃及高性能鍍層再加上結構內(nèi)部的遮陽板，其減少陽光照射的效果顯著[4－5]。

英國倫敦的HELICON大樓建筑外層通過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)布設鋁制的通風百葉，基于監(jiān)測大數(shù)據(jù)平臺而得到溫度的智能響應從而使得空腔中空氣的流動減少太陽輻射對于建筑室內(nèi)的溫度影響。該建筑通過一種綜合空氣散發(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；工程所在地基本風壓：0.4kN/m2；工程所在地抗震設防烈度：7度；設計基本地震加速度：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性能

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

4　玻璃幕墻結構計算

4.1 玻璃幕墻橫梁計算

（3）荷載計算。作用于玻璃幕墻上的荷載根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標準《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》JGJ102-2003進行荷載計算。

風荷載計算：垂直于玻璃幕墻平面的風荷載標準值應按下式計算，并且不應小于1.0kN/mm2。

地震荷載計算：垂直于玻璃幕墻平面的水平地震作用標準值應按下式計算：；動力放大系數(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；玻璃幕墻構件平面重力荷載標準值：=0.500 kN·m-2；玻璃幕墻平面分布水平地震作用標準值：=0.2 kN·m-2。

（4）橫梁內(nèi)力分析。內(nèi)力計算：橫梁為雙向受彎構件，兩端按鉸接設計計算。

橫梁在水平方向上承受風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算：

由水平方向荷載產(chǎn)生的最大剪力按下式計算：

由豎直方向荷載產(chǎn)生的最大剪力按下式計算：

橫梁抗彎強度滿足要求。

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算：

橫梁豎直方向撓度滿足要求！

4.2 玻璃幕墻立柱計算

（1）基本參數(shù)。立柱計算跨距：H=3400mm；相鄰立柱間距：=750mm；=750mm；立柱計算間距： 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；型材抗彎設計強度： f=90 N·m-2；型材抗剪設計強度：=55N·m-2；立柱受力模式：層間簡支梁；基本風壓：=0.4N·m-2；地面粗糙程度：C類；抗震設防烈度：7度（0.10g）；所在高度：Z=17.5m；從屬面積：2.6m2；所在部位：墻面。

（3）荷載計算。作用于玻璃幕墻上的荷載根據(jù)《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標準《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》JGJ102-2003進行荷載計算。

風荷載計算：垂直于玻璃幕墻平面的風荷載標準值應按下式計算，并且不應小于1.0kN/mm2。

風荷載體形系數(shù)，查《建筑結構荷載規(guī)范》條款7.3.3知：=1.119

風壓高度變化系數(shù),查《建筑結構荷載規(guī)范》表7.2.1知：=0.79

地震荷載計算：垂直于玻璃幕墻平面的水平地震作用標準值應按下式計算：

內(nèi)力計算：在風荷載和地震作用的共同作用下幕墻立柱最大彎矩設計值：，；幕墻立柱最大剪力設計值：，；立柱承受的軸力設計值：，

立柱強度驗算:承受軸力和彎矩作用的立柱，其承載力應符合下列要求：立柱承受軸力設計值：，；截面面積：；幕墻立柱最大彎矩：；截面塑性發(fā)展系數(shù)：對x軸的凈截面模量：；立柱截面最大應力為：

立柱抗彎強度滿足要求。

（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　論

本文為幕墻設計計算，從幕墻材料的物理性質(zhì)及力學性能、中空框式玻璃計算、橫梁計算、立柱計算等方面進行全面驗算。

（1）幕墻橫梁內(nèi)力計算時令橫梁為雙向受彎構件，兩端按鉸接設計計算。橫梁在水平方向上承受風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。橫梁截面最大應力為14.8 N/mm2，小于90N/mm2，其橫梁抗彎強度滿足要求。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)《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標準《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》JGJ102-2003進行荷載計算。立柱截面最大剪應力42.9N.mm-2<90N.mm-2，因此立柱剪切強度要求。立柱容許的撓度值為18.9mm，風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,2011.

[5]劉成清.鋼管混凝土斜交網(wǎng)格柱外筒混合結構抗震性能研究[D].同濟大學土木工程學院,2009.

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

（責任編校：何俊華）

2017－01－11

胡敏（1988－），女，湖南湘潭人，湖南科技大學建筑學院教師，研究方向為建筑設計理論與教學。

TU2

A

1673-2219（2017）06-0064-03