点支式玻璃幕墙支承体系方案设计的分析

王盛文 高 飞 孔俊东

在大型公建项目中,点支式玻璃幕墙的应用越来越广泛,该种幕墙的支承体系既是承重结构,又是精巧的装饰,体现了力与美的和谐统一[1]。对点支式玻璃幕墙支承体系设计方案的选择,既要考虑承载力性能以保证结构的安全性,又要考虑建筑立面的效果以保证其美观性,还应考虑所用体系的性价比以保证其经济合理。本文以无锡新区科技交流中心工程项目为例,综合分析其玻璃幕墙支承体系的设计方案。

无锡新区科技交流中心平面布置设计为梅花——无锡市市花(见图1),是一座富有时代感和科技特色的地标性建筑,建筑面积约36 000 m2,主体为钢筋混凝土框架结构,地下1层,地上3层,局部4层,屋面结构层为钢结构网壳,其外层为平滑连续起伏的金属表面,檐口标高最矮处为12.9 m,最高处为31.2 m。梅花形建筑立面的底部两层向内收进,3层钢平台(9 m标高处)沿建筑周边挑出约5 m作为景观走廊。建筑主体外立面是夹板式点支式玻璃幕墙,采用无孔的Low-E中空玻璃:厚度(10+12A+10)mm,弧形弯钢化。

1 幕墙支承体系的方案设计

由于沿建筑一周设计了悬挑的景观走廊,科技交流中心的玻璃幕墙支承体系的方案设计是一个技术难点。历时约18个月,先后共提出过4种传力体系设计方案:方案一为拉索吊挂体系(见图2a));方案二为桁架吊挂体系(见图2b));方案三为钢柱支承体系(见图3a));方案四为刚性挑梁支承体系(见图3b))。

2 设计方案的对比分析

针对点支式玻璃幕墙支承体系的4种设计方案,着重对比分析建筑效果(A)、结构传力(B)、幕墙变形(C)、施工难度(D)和工程造价(E)5项内容。

首先,采用0～4评分法确定5项内容的权重系数。根据本工程的特点,可以确定基本条件为:A比B重要得多,B与C同样重要,A比D重要,D与E同样重要,E比B重要。由此可计算5项内容的权重系数,见表1。

表1 权重系数的计算

然后,组织专家评委对4种方案的5项内容进行分析并且评分,5位专家的评分见表2,综合分析内容见表3,4种方案的综合评分与排名见表4。

表2 4种方案的评分情况

表3 4种方案的综合分析

表4 4种方案的综合评分与排名

综合上述分析研究,方案四被选用为实施方案。依据方案四,将景观走廊的径向挑梁设计为实腹式钢梁,而且将根部刚节点按钢结构框架的刚节点设计[2],使刚性挑梁同时承担景观走廊、上部幕墙和下部幕墙的荷载。钢平台的径向梁做“刚”,同时将根部节点做“刚”,使得悬挑的径向钢梁变形在规范的限值范围内,使钢平台上部和下部的玻璃幕墙不至于因变形而遭到破坏。沿建筑一周共计37根牛腿形钢挑梁。施工技术要求:做好测量定位工作,不仅应控制好标高,而且应调整好径向角度,牛腿梁的轴线方向应与“梅花”的径向放射形轴线重合,还应做好固定措施,防止混凝土浇筑、振捣过程中发生移位。

3 结语

对于造型复杂的大型公建项目,幕墙体系对整个建筑的效果和造价影响较大,而且其支承体系的设计方案较多,因此应采取合适的方法进行方案比选。对于无锡新区科技交流中心幕墙的支承体系,采用0～4评分法确定其建筑效果、结构传力、幕墙变形、施工难度和工程造价5项内容的权重,然后综合评分确定最优方案。所选择的设计方案获得业主、上级主管部门、项目管理公司、设计和施工单位的一致认同。

[1]蒋凤昌.点支式玻璃幕墙的结构计算与优化研究[D].南京:江苏大学,2003.

[2]01(04)SG519,多、高层民用建筑钢结构节点构造详图[S].