楊陽

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

1 建筑幕墻的概念

通常情況下建筑幕墻是由鋁梁柱、玻璃肋等結(jié)構(gòu)組成的，有的地區(qū)人們也稱其為懸墻。因為建筑幕墻的質(zhì)量較輕裝飾效果較好，所以在現(xiàn)代建筑的建設(shè)裝修中被廣泛應(yīng)用。一般建筑幕墻按是否密閉可分為封閉形式和開放形式，若按照支撐結(jié)構(gòu)形式可以將建筑幕墻分為單元式、點支撐式、構(gòu)件式、全玻璃、智能呼吸式等。而近幾年隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，建筑幕墻的形式也有了很多方面的突破，可以從不同角度滿足建設(shè)方的使用和審美需求。根據(jù)建設(shè)方的相關(guān)要求合理選擇幕墻的形式，例如最常見的構(gòu)件式幕墻，它具有施工方式靈活、技術(shù)成熟的優(yōu)點；支點式幕墻能夠構(gòu)造出更好的建筑結(jié)構(gòu)立面效果；全玻璃式幕墻能夠更好的表現(xiàn)建筑裝飾藝術(shù)性、層次感、立體感；而智能呼吸幕墻可以更好的實現(xiàn)綠色環(huán)保理念，降低建筑的整體能耗，符合當(dāng)今社會綠色環(huán)保的理念。

2 三支點連續(xù)梁在建筑幕墻應(yīng)用的優(yōu)勢

2.1 輕量級

和其他類型的墻體相比，建筑幕墻的質(zhì)量較輕，以常見的玻璃幕墻為例，同面積的玻璃幕墻質(zhì)量為磚墻漆質(zhì)量的1/10左右，為混凝土掛板的1/6左右，是干掛大理石的1/15左右。

2.2 快速安裝

我們常見的建筑幕墻使用的材料主要包括各類的型材和板材，而且材料的規(guī)格也在設(shè)計時就進(jìn)行了明確，加之這些材料的施工方式較為簡單，不需要復(fù)雜的操作工序等，使得幕墻的施工速度更快。

2.3 藝術(shù)效果好

建筑幕墻的使用使得建筑外立面不再局限于傳統(tǒng)意義上窗和墻的界限，將窗和墻通過巧妙的方式結(jié)合起來，創(chuàng)造出更多的藝術(shù)效果。通過不同的技術(shù)手段選擇幕墻的形式，使幕墻呈現(xiàn)不同的色調(diào)，增加建筑的整體美感，給人更好的視覺享受。除此之外，這種新穎的手段可以讓建筑與周圍環(huán)境更好地融合在一起，做到建筑內(nèi)外及環(huán)境的有機統(tǒng)一，全方位展現(xiàn)建筑的美感。

2.4 易于更新和維護(hù)

因為建筑幕墻材料統(tǒng)一且質(zhì)量相對較輕，其安裝不僅方便，在后期建筑外立面受到損毀需要進(jìn)行更換或者維修時也較為簡單。

2.5 結(jié)構(gòu)模型計算簡單

在進(jìn)行幕墻設(shè)計的三支點連續(xù)梁應(yīng)用時，通過使用理論力學(xué)和材料力學(xué)的相關(guān)知識就可以構(gòu)建三支點連續(xù)梁的計算模型。計算得來的力學(xué)參數(shù)可以對比以往工程的相關(guān)經(jīng)驗來驗證其是否處于合理區(qū)間，所以使用的力學(xué)參數(shù)不僅是對設(shè)計結(jié)果的驗證，而且是基于計算的。因此，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計以達(dá)到最佳設(shè)計目標(biāo)。

3 三支點連續(xù)梁介紹

3.1 三支連續(xù)梁概念

三支連續(xù)梁是典型的多跨靜定結(jié)構(gòu)，當(dāng)柱間距離確定后，柱點之間的距離直接影響柱的強度。三支連續(xù)梁的另一個優(yōu)點是能夠以理論計算的方式進(jìn)行分析驗證，以此來保證設(shè)計的合理，并且經(jīng)過計算得來的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較高，符合三支點連續(xù)梁的設(shè)計要求，三支點連續(xù)梁具體示意圖如圖1所示。

圖1 三支點連續(xù)梁

在幕墻的設(shè)計中使用三支點連續(xù)梁可以將柱的水平方向的載荷轉(zhuǎn)化為線性分布載荷，之后通過明確三支點連續(xù)梁的作用方式和約束條件就可以計算出設(shè)計的建筑幕墻各階段的最大變形、最大彎矩和撓度，充分了解建筑幕墻材料特性的基礎(chǔ)并進(jìn)行定量分析。另一方面，在設(shè)計三軸連續(xù)梁建筑幕墻時，要充分考慮立柱所承受的荷載，不僅是建筑幕墻在地球重力作用下的重力系數(shù)[1]，還需要仔細(xì)考慮風(fēng)荷載、地震荷載和溫差等因素。不僅如此，想要三支點連續(xù)梁在建筑幕墻的應(yīng)用中達(dá)到更好的應(yīng)用效果，需要根據(jù)建筑特點對柱和其他受力點進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。

3.2 三支連續(xù)梁在幕墻結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)中應(yīng)注意的設(shè)計要點

（1）幕墻構(gòu)件四邊彈性空間要求：幕墻結(jié)構(gòu)應(yīng)具有相當(dāng)?shù)倪m應(yīng)性和吸收位移的能力。幕墻構(gòu)件與構(gòu)件之間，特別是板的四個邊與柱、梁構(gòu)件之間應(yīng)留有一定的空間，以適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的位移能力。

（2）幕墻立柱受力形式：立柱應(yīng)設(shè)計為軸向受拉或偏心受拉構(gòu)件。施工方法宜選擇鉸接節(jié)點掛在上端，下端選擇上下收縮變形的節(jié)點形式，避免柱子在壓力工作條件下不穩(wěn)定。

（3）注意電化學(xué)腐蝕：不同金屬部件之間必須有絕緣墊片，否則不同金屬之間會發(fā)生電化學(xué)腐蝕，破壞材料的力學(xué)性能，影響結(jié)構(gòu)的安全性。

（4）注意防噪設(shè)計：構(gòu)件幕墻立柱與梁的連接處應(yīng)設(shè)置柔性墊片或縫隙，避免剛性連接產(chǎn)生的噪聲；隱框幕墻、石材幕墻、鋁板幕墻等的掛鉤連接件，其表面還應(yīng)設(shè)置柔性墊片，以防止噪聲。

（5）防雷設(shè)計要求：幕墻的防雷系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格按照防雷設(shè)計規(guī)范的要求制作。根據(jù)規(guī)范要求，幕墻主要是為了防止側(cè)面雷擊。幕墻本身必須形成固定的防雷網(wǎng)，與防雷環(huán)和主樓的引下線相連，將雷電流引導(dǎo)至大地。建筑設(shè)計時一般會考慮建筑物頂棚的防雷擊，只要建筑物的防雷網(wǎng)高度設(shè)計為超過幕墻的高度即可。有時考慮到美觀要求和工程條件允許，幕墻設(shè)計還可以考慮將建筑防雷與建筑幕墻屋蓋邊緣結(jié)合起來，即建筑幕墻屋面護(hù)欄墻壓頂邊蓋設(shè)計是為了防雷。如采用3mm鋁單板做蓋板再將蓋板與主樓避雷環(huán)和引下線連接，達(dá)到建筑物防雷的目的。

（6）防火設(shè)計要求：幕墻材料應(yīng)采用防火等級為A級的材料，地板和門窗洞口的四個側(cè)面應(yīng)進(jìn)行防火處理。特別注意建筑物的防火分區(qū)。防火隔間兩側(cè)，按建筑防火設(shè)計規(guī)范的要求，水平距離不應(yīng)小于2m（內(nèi)角為4m）。幕墻應(yīng)設(shè)計為防火幕墻，尤其是玻璃幕墻，需使用防火玻璃和防火涂漆鋼柱和橫梁。

3.3 三支點連續(xù)梁在建筑幕墻中的優(yōu)化設(shè)計

采用三點連續(xù)梁設(shè)計建筑幕墻時，需要準(zhǔn)確計算柱的強度，保證建筑幕墻中柱的強度和撓度都符合設(shè)計要求，同時需要準(zhǔn)確計算三支點連續(xù)梁柱的最大位移。在對柱的載荷計算時，需要充分考慮風(fēng)荷載、玻璃自重荷載和地震荷載等因素，其中風(fēng)載荷需要對水平和垂直方向的力進(jìn)行分別計算。在對彎矩進(jìn)行計算時，需要兼顧構(gòu)件的軸向拉應(yīng)力和水平方向的彎曲應(yīng)力，這樣計算出來的數(shù)據(jù)才能對其進(jìn)行驗證是否符合規(guī)范。除此之外，因為幕墻的支撐點同時受到主體結(jié)構(gòu)高度和位置的影響，所以計算彎矩時理論值和實際值會有一定的偏差，在進(jìn)行施工時需要靈活調(diào)整支點位置。

4 工程案例分析

以廣州某城市廣場寫字樓幕墻裝飾設(shè)計為例，此寫字樓幕墻高度為229m，幕墻玻璃全部使用中空玻璃，立柱使用型材型號為6063-T6。進(jìn)行單元的設(shè)計時，對柱較弱的截面進(jìn)行計算，考慮水平載荷是均勻分布在截面上的。但實際工程建設(shè)時不允許柱截面尺寸過大，柱兩端的強度和撓度無法滿足要求，因此按照實際情況采用三支點連續(xù)梁的支撐方式。

4.1 立柱截面幾何參數(shù)和物理特性

此項目立柱長為4000mm，跨度為L1=670mm和L2=3330mm，其風(fēng)荷載設(shè)計值W=1.4Wk。

4.2 立柱荷載計算

按照相關(guān)規(guī)范可知，在對立柱進(jìn)行水平方向變形的計算時，只需要考慮載荷產(chǎn)生的變形。對立柱強度進(jìn)行計算時，尤其注意型材自身重量載荷以及地震載荷，其中型材自身重量的載荷標(biāo)準(zhǔn)為0.25kN/m2以下的需要分別計算沿立柱軸向集中載荷和作用于立柱上的線性載荷。

4.3 彎曲強度計算

部分立柱為彎曲構(gòu)件，所以需要考慮構(gòu)件的軸向拉應(yīng)力與水平方向矩形分布的線荷載產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力的組合。水平方向載荷計算產(chǎn)生的最大彎矩為M=αM×Psly×L2=[1-3×（L2/L）+3×（L2/L）2]/8×Psly×L2=6973660.38Nmm，根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計算得出最大正應(yīng)力為101.65MPa＜f=140.0MPa立柱的彎曲強度滿足規(guī)范的要求。

4.4 立柱計算結(jié)果分析

若按照傳統(tǒng)兩端簡支梁方式進(jìn)行設(shè)計，則立柱所需承擔(dān)的最大彎矩為11989058N/mm，承受最大正應(yīng)力為172.92MPa＞f=140.0MPa，故若跨度為4000mm，兩端簡支梁形式的立柱無法滿足強度要求，所以需要使用三支點連續(xù)梁原理進(jìn)行立柱設(shè)計是必要的。

5 結(jié)語

三支點連續(xù)梁應(yīng)用于建筑幕墻中不僅能夠保證幕墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還能通過合理設(shè)計保證幕墻外觀柔美。同時能夠根據(jù)結(jié)果優(yōu)化設(shè)計，防止建筑幕墻受外部因素影響產(chǎn)生變形。所以基于三支點連續(xù)梁的建筑幕墻設(shè)計將得到越來越廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。