胡 敏
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某體育館玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析研究
胡敏
(湖南科技大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院,湖南湘潭 410021)
某體育館玻璃幕墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析與驗(yàn)算。對(duì)玻璃幕墻橫梁、立柱進(jìn)行了抗剪強(qiáng)度、撓度計(jì)算分析與驗(yàn)算,經(jīng)計(jì)算分析與驗(yàn)算,橫梁、立柱滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與撓度的要求。
體育館幕墻設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)依據(jù);主要荷載取值;幕墻設(shè)計(jì)分析
盧森堡芬德?tīng)栔骱驒C(jī)樓玻璃幕墻工程由Fritsch與Paczowski事務(wù)所設(shè)計(jì)的,此座候機(jī)樓于2008年5月投入使用,該建筑以優(yōu)雅簡(jiǎn)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(jiǎn)約明了[1,2]。候機(jī)樓整體立面完全由玻璃幕墻系統(tǒng)所構(gòu)成,簡(jiǎn)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(jié)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(gè)候機(jī)樓內(nèi)的能量達(dá)到生態(tài)性均衡。
紐約西格拉姆大廈采用的銅制構(gòu)件造價(jià)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(gòu)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(qiáng)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(xiǎn)總部大樓由著名設(shè)計(jì)師諾曼.福斯特設(shè)計(jì),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(kāi)啟式的單層玻璃內(nèi)層幕墻共同組成。中空部位為設(shè)置有遮陽(yáng)百頁(yè)片的通風(fēng)通道。通風(fēng)空道起到氣候緩沖區(qū)的作用,用于必要的太陽(yáng)熱能儲(chǔ)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(kāi)啟狀態(tài),玻璃板上灰色玻璃及高性能鍍層再加上結(jié)構(gòu)內(nèi)部的遮陽(yáng)板,其減少陽(yáng)光照射的效果顯著[4-5]。
英國(guó)倫敦的HELICON大樓建筑外層通過(guò)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(shè)鋁制的通風(fēng)百葉,基于監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)而得到溫度的智能響應(yīng)從而使得空腔中空氣的流動(dòng)減少太陽(yáng)輻射對(duì)于建筑室內(nèi)的溫度影響。該建筑通過(guò)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(dá)到環(huán)保與節(jié)能的功效[6-8]。
湖南省某縣,建筑最大高度:23.4米;工程所在地基本風(fēng)壓:0.4kN/m2;工程所在地抗震設(shè)防烈度:7度;設(shè)計(jì)基本地震加速度:0.10g;工程所在地地面粗糙程度:C類。
(5)撓度限值:平面外撓度限值:在自重標(biāo)準(zhǔn)值作用下,水平受力構(gòu)件在單塊面板兩端跨距內(nèi)的最大撓度不應(yīng)超過(guò)該面板兩端跨距的1/500,且不應(yīng)超過(guò)3mm。
4.1 玻璃幕墻橫梁計(jì)算
(3)荷載計(jì)算。作用于玻璃幕墻上的荷載根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003進(jìn)行荷載計(jì)算。
風(fēng)荷載計(jì)算:垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算,并且不應(yīng)小于1.0kN/mm2。
地震荷載計(jì)算:垂直于玻璃幕墻平面的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算:;動(dòng)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(gòu)件平面重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值:=0.500 kN·m-2;玻璃幕墻平面分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值:=0.2 kN·m-2。
(4)橫梁內(nèi)力分析。內(nèi)力計(jì)算:橫梁為雙向受彎構(gòu)件,兩端按鉸接設(shè)計(jì)計(jì)算。
橫梁在水平方向上承受風(fēng)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(jì)算:
由水平方向荷載產(chǎn)生的最大剪力按下式計(jì)算:
由豎直方向荷載產(chǎn)生的最大剪力按下式計(jì)算:
橫梁抗彎強(qiáng)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(jì)算:
橫梁豎直方向撓度滿足要求!
4.2 玻璃幕墻立柱計(jì)算
(1)基本參數(shù)。立柱計(jì)算跨距:H=3400mm;相鄰立柱間距:=750mm;=750mm;立柱計(jì)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(shè)計(jì)強(qiáng)度: f=90 N·m-2;型材抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度:=55N·m-2;立柱受力模式:層間簡(jiǎn)支梁;基本風(fēng)壓:=0.4N·m-2;地面粗糙程度:C類;抗震設(shè)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(jì)算。作用于玻璃幕墻上的荷載根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003進(jìn)行荷載計(jì)算。
風(fēng)荷載計(jì)算:垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算,并且不應(yīng)小于1.0kN/mm2。
風(fēng)荷載體形系數(shù),查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》條款7.3.3知:=1.119
風(fēng)壓高度變化系數(shù),查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表7.2.1知:=0.79
地震荷載計(jì)算:垂直于玻璃幕墻平面的水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算:
內(nèi)力計(jì)算:在風(fēng)荷載和地震作用的共同作用下幕墻立柱最大彎矩設(shè)計(jì)值:,;幕墻立柱最大剪力設(shè)計(jì)值:,;立柱承受的軸力設(shè)計(jì)值:,
立柱強(qiáng)度驗(yàn)算:承受軸力和彎矩作用的立柱,其承載力應(yīng)符合下列要求:立柱承受軸力設(shè)計(jì)值:,;截面面積:;幕墻立柱最大彎矩:;截面塑性發(fā)展系數(shù):對(duì)x軸的凈截面模量:;立柱截面最大應(yīng)力為:
立柱抗彎強(qiáng)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。
本文為幕墻設(shè)計(jì)計(jì)算,從幕墻材料的物理性質(zhì)及力學(xué)性能、中空框式玻璃計(jì)算、橫梁計(jì)算、立柱計(jì)算等方面進(jìn)行全面驗(yàn)算。
(1)幕墻橫梁內(nèi)力計(jì)算時(shí)令橫梁為雙向受彎構(gòu)件,兩端按鉸接設(shè)計(jì)計(jì)算。橫梁在水平方向上承受風(fēng)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(yīng)力為14.8 N/mm2,小于90N/mm2,其橫梁抗彎強(qiáng)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(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003進(jìn)行荷載計(jì)算。立柱截面最大剪應(yīng)力42.9N.mm-2<90N.mm-2,因此立柱剪切強(qiáng)度要求。立柱容許的撓度值為18.9mm,風(fēng)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。
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(責(zé)任編校:何俊華)
2017-01-11
胡敏(1988-),女,湖南湘潭人,湖南科技大學(xué)建筑學(xué)院教師,研究方向?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)理論與教學(xué)。
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1673-2219(2017)06-0064-03