劉懿彬

摘 要：建筑幕墻構(gòu)造越來越復(fù)雜，面板的形狀也多種多樣，如果計(jì)算方法失當(dāng)，就會(huì)留下安全隱患或造成浪費(fèi)。隨著市場競爭的日趨激烈，幕墻工程設(shè)計(jì)中如何做到既要保證安全適用、又要最大限度降低成本，是擺在幕墻設(shè)計(jì)師面前的主要問題。本文根據(jù)自己工作的體會(huì)，

以較為淺顯的方式，對(duì)幕墻玻璃面板的結(jié)構(gòu)計(jì)優(yōu)化選型算進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：建筑；幕墻；玻璃面板；優(yōu)化選型。

1 曲面玻璃面板的計(jì)算及優(yōu)化選型

對(duì)于平面矩形玻璃面板，正常情況下，只要板件尺寸、計(jì)算模型確定，無論用手算或軟件計(jì)算，其結(jié)果都出入不大，沒有太多的優(yōu)化空間。但是，對(duì)于形狀復(fù)雜的面板，由于計(jì)算模型時(shí)的些微偏差，結(jié)果就會(huì)大相徑庭。舉例如下：北京某建筑，有一圓弧形觀光電梯，中間一片玻璃水平弧線分格為A=2422mm（弧長）。最大豎向分格B=2475mm（高），采用單片鋼化玻璃（此處不討論選擇單片玻璃的合理性）。采用“250”系列不銹鋼接駁爪，四點(diǎn)支承。組合荷載標(biāo)值為Wk合=1.651KN/m2，組合荷載設(shè)計(jì)值為W合=2.229KN/m2，

孔邊尺寸a×b=（2422-250）×（2475-250） =2172mm×2225 mm。

⑴ 最初按A×B=2422mm×2475mm的平面玻璃進(jìn)行計(jì)算。需采用19mm的鋼化玻璃。

因?yàn)槿舨捎?5mm的鋼化玻璃，計(jì)算出的玻璃撓度為42.24mm，超過許用值b/60=37.08 mm，不滿足規(guī)范要求。

19mm的鋼化玻璃，存在成本高、自爆率大、難做彎曲鋼化等問題。

⑵ 修改方案采用12mm鋼化玻璃：按A×B=2422mm×2475mm的曲面玻璃計(jì)算，水

平荷載按實(shí)際（即垂直于作用面）。

采用軟件進(jìn)行平面有限元計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖1：

可見，曲面面板一定要按曲面進(jìn)行有限元分析、荷載方向也應(yīng)按實(shí)際情況進(jìn)行加載。

2 平面多邊形玻璃面板的計(jì)算及優(yōu)化選型

在幕墻、特別是采光頂設(shè)計(jì)中，除了常規(guī)的矩形玻璃外，也常采用三角形玻璃和梯形玻璃，對(duì)于平面多邊形面板，應(yīng)采用有限元分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算選材。但是，對(duì)于三角形和梯形面板，我們首先要知道其撓度最大值處于什么位置，以便在設(shè)置有限元分格時(shí)將該位置定在節(jié)點(diǎn)位置，計(jì)算結(jié)果才能顯示該位置的相對(duì)位移（撓度）。另外，還應(yīng)該搞清楚如何確定玻璃面板的撓度控制值。

2.1 三角形面板（三邊支撐）

三角形面板的最大撓度處于板塊的內(nèi)心（三條內(nèi)角平分線的交點(diǎn)叫）、即內(nèi)切圓的圓心。同時(shí)，三角形面板撓度控制值 [u]的確定：通過內(nèi)心分別作三角形各邊的平行線與另外兩個(gè)邊相交得一線段，取所得的三條線段中最小的線段長度m的1/60為撓度控制值[u]。

采用有限元分析法進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算和玻璃選型。圖2是某項(xiàng)目三角形面板的有限計(jì)算應(yīng)力圖，圖3是有限元模型節(jié)點(diǎn)編號(hào)，節(jié)點(diǎn)最大位移見表1。

2.2 梯形面板（四邊支撐）

對(duì)于梯形面板，可以將兩個(gè)腰延伸到相交點(diǎn)A，形成三角形，再作三角形角A的內(nèi)角平分線與梯形的兩個(gè)底邊分別相交于M和N點(diǎn)，梯形面板的撓度最大值處于線段MN上。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，將縱向分格盡量設(shè)置密一些（即盡量將線段MN細(xì)分），這樣，計(jì)算出的最大位移節(jié)點(diǎn)可以近似看作是位移最大點(diǎn)C。通過C點(diǎn)作梯形底邊和腰的平行線與腰或底邊相交得三條線段，取所得的三條線段中最小的線段的長度m的1/60為撓度控制值[u]。

知道梯形面板的撓度最大值位置和撓度控制值的確定方法后，采用有限元分析法計(jì)算的應(yīng)力位移，就可以完成面板的計(jì)算與優(yōu)化選型，具體方法參見本文2.1 條，此處不再贅述。

3. 結(jié)論

本文對(duì)曲面玻璃幕墻面板的優(yōu)化選型進(jìn)行了闡述，給出了三角形面板、梯形面板撓度最大位置及撓度控制值的確定方法?？捎糜谥笇?dǎo)幕墻工程設(shè)計(jì)。

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