某体育馆玻璃幕墙结构设计分析研究

胡　敏



某体育馆玻璃幕墙结构设计分析研究

胡敏

（湖南科技大学建筑与艺术学院，湖南湘潭 410021）

某体育馆玻璃幕墙结构进行设计分析与验算。对玻璃幕墙横梁、立柱进行了抗剪强度、挠度计算分析与验算，经计算分析与验算，横梁、立柱满足结构强度与挠度的要求。

体育馆幕墙设计；设计依据；主要荷载取值；幕墙设计分析

1　引　言

卢森堡芬德尔主候机楼玻璃幕墙工程由Fritsch与Paczowski事务所设计的，此座候机楼于2008年5月投入使用，该建筑以优雅简洁的姿态融入建筑世界中，在材料及建筑形态的选择上都显得清晰而简约明了[1，2]。候机楼整体立面完全由玻璃幕墙系统所构成，简约极致，视野空旷，居高临下，可视范围较为广泛。保温隔热玻璃带有毛管夹层的保温隔热玻璃。功能不同的玻璃在建筑立面上合理结合，减少了建筑内部人工照明及热输出的需求量，使之整个候机楼内的能量达到生态性均衡。

纽约西格拉姆大厦采用的铜制构件造价较高，为满足室内温度需要建筑玻璃全部镀上防热膜。从而在不需加大构件的情况下而让玻璃框架在立面上更加显眼，创造出立面上强烈的连续美感。防热膜也在一定程度上降低了建筑的透明度，并增加了建筑的体量感[3]。

瑞士的再保险总部大楼由著名设计师诺曼.福斯特设计，其外墙采用双层玻璃幕墙系统，分为办公区域幕墙及内部庭院区域幕墙两部分。办公区域幕墙由双层玻璃的外层幕墙和可开启式的单层玻璃内层幕墙共同组成。中空部位为设置有遮阳百页片的通风通道。通风空道起到气候缓冲区的作用，用于必要的太阳热能储备。双层玻璃板块组成螺旋形上升的内部庭院区域幕墙，在夏天处于开启状态，玻璃板上灰色玻璃及高性能镀层再加上结构内部的遮阳板，其减少阳光照射的效果显著[4－5]。

英国伦敦的HELICON大楼建筑外层通过钢与玻璃组合组成双层玻璃幕墙体系。在双层玻璃之间形成一米的空腔，其内布设铝制的通风百叶，基于监测大数据平台而得到温度的智能响应从而使得空腔中空气的流动减少太阳辐射对于建筑室内的温度影响。该建筑通过一种综合空气散发系统及水冷式天花有效降低建筑室内能耗，达到环保与节能的功效[6－8]。

2　工程概况

湖南省某县，建筑最大高度：23.4米；工程所在地基本风压：0.4kN/m²；工程所在地抗震设防烈度：7度；设计基本地震加速度：0.10g；工程所在地地面粗糙程度：C类。

3　幕墙材料的物理性能及力学性能

（5）挠度限值：平面外挠度限值：在自重标准值作用下，水平受力构件在单块面板两端跨距内的最大挠度不应超过该面板两端跨距的1/500，且不应超过3mm。

4　玻璃幕墙结构计算

4.1 玻璃幕墙横梁计算

（3）荷载计算。作用于玻璃幕墙上的荷载根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012和行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003进行荷载计算。

风荷载计算：垂直于玻璃幕墙平面的风荷载标准值应按下式计算，并且不应小于1.0kN/mm²。

地震荷载计算：垂直于玻璃幕墙平面的水平地震作用标准值应按下式计算：；动力放大系数：=5.0；水平地震影响系数最大值，查规范JGJ102-2003表5.3.4知：=0.08；玻璃幕墙构件平面重力荷载标准值：=0.500 kN·m-2；玻璃幕墙平面分布水平地震作用标准值：=0.2 kN·m-2。

（4）横梁内力分析。内力计算：横梁为双向受弯构件，两端按铰接设计计算。

横梁在水平方向上承受风荷载和地震荷载共同作用，荷载为梯形荷载，在竖直方向上承受幕墙自重和横梁自重共同作用。

由竖直方向荷载产生的最大弯矩按下式计算：

由水平方向荷载产生的最大剪力按下式计算：

由竖直方向荷载产生的最大剪力按下式计算：

横梁抗弯强度满足要求。

横梁竖直方向容许的挠度值：

由竖直方向荷载产生的最大挠度按下式计算：

横梁竖直方向挠度满足要求！

4.2 玻璃幕墙立柱计算

（1）基本参数。立柱计算跨距：H=3400mm；相邻立柱间距：=750mm；=750mm；立柱计算间距： B=750mm；幕墙自重取值：；型材材质：铝合金；型材弹性模量：E=70000；泊松比：v=0.3；型材抗弯设计强度： f=90 N·m-2；型材抗剪设计强度：=55N·m-2；立柱受力模式：层间简支梁；基本风压：=0.4N·m-2；地面粗糙程度：C类；抗震设防烈度：7度（0.10g）；所在高度：Z=17.5m；从属面积：2.6m2；所在部位：墙面。

（3）荷载计算。作用于玻璃幕墙上的荷载根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012和行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003进行荷载计算。

风荷载计算：垂直于玻璃幕墙平面的风荷载标准值应按下式计算，并且不应小于1.0kN/mm²。

风荷载体形系数，查《建筑结构荷载规范》条款7.3.3知：=1.119

风压高度变化系数,查《建筑结构荷载规范》表7.2.1知：=0.79

地震荷载计算：垂直于玻璃幕墙平面的水平地震作用标准值应按下式计算：

内力计算：在风荷载和地震作用的共同作用下幕墙立柱最大弯矩设计值：，；幕墙立柱最大剪力设计值：，；立柱承受的轴力设计值：，

立柱强度验算:承受轴力和弯矩作用的立柱，其承载力应符合下列要求：立柱承受轴力设计值：，；截面面积：；幕墙立柱最大弯矩：；截面塑性发展系数：对x轴的净截面模量：；立柱截面最大应力为：

立柱抗弯强度满足要求。

（4）立柱挠度分析。立柱容许的挠度值：

立柱挠度满足要求。

5　结　论

本文为幕墙设计计算，从幕墙材料的物理性质及力学性能、中空框式玻璃计算、横梁计算、立柱计算等方面进行全面验算。

（1）幕墙横梁内力计算时令横梁为双向受弯构件，两端按铰接设计计算。横梁在水平方向上承受风荷载和地震荷载共同作用，荷载为梯形荷载，在竖直方向上承受幕墙自重和横梁自重共同作用。横梁截面最大应力为14.8 N/mm2，小于90N/mm2，其横梁抗弯强度满足要求。横梁竖直方向容许的挠度值1.5mm，横梁竖直方向最大挠度为0.2mm，故横梁竖直方向挠度满足要求。

（2）作用于玻璃幕墙上的荷载根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012和行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003进行荷载计算。立柱截面最大剪应力42.9N.mm-2<90N.mm-2，因此立柱剪切强度要求。立柱容许的挠度值为18.9mm，风荷载作用下立柱挠度值为6.6mm，小于18.9mm，故立柱挠度满足要求。

[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.可持续发展的高层建筑研究[D].天津大学,2011.

[5]刘成清.钢管混凝土斜交网格柱外筒混合结构抗震性能研究[D].同济大学土木工程学院,2009.

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

（责任编校：何俊华）

2017－01－11

胡敏（1988－），女，湖南湘潭人，湖南科技大学建筑学院教师，研究方向为建筑设计理论与教学。

TU2

A

1673-2219（2017）06-0064-03