南翔茶博城商务楼建筑幕墙支撑结构设计与应用

　　摘要：目前建筑幕墙结构设计存在连接晃动等缺陷，本文以南翔茶博城4#楼幕墙施工为例，讲述了一种建筑幕墙支撑结构。文章对设计结构进行详细的阐述和分析，并对幕墙结构的关键参数进行了计算。通过实际应用实施，该幕墙结构顺利按设计文件完成施工。其施工过程顺利，工程质量观感良好，可为类似工程提供一定的借鉴意义。

　　关键词：建筑幕墙;支撑结构;设计;计算

　　建筑幕墙指的是建筑物不承重的外墙围护，通常由面板和后面的支撑结构组成。目前建筑幕墙常用的设计方案是将安装座安装在建筑墙上，并结合使用阻尼器等减震装置，其所占空间大，从而使得幕墙与墙体之间的缝隙较大。当风力较大时，幕墙与墙体之间的连接会产生作用力，容易使得幕墙与墙体之间连接不牢固以至产生晃动。

　　本文针对现有技术的不足，以南翔茶博城4#楼幕墙施工为例，讲述了一种建筑幕墙支撑结构。该结构在减小幕墙振动的同时，保证幕墙能够与墙体稳固连接，可为类似幕墙施工工程提供一定的技术基础。

　　1. 工程概况及难点

　　南翔茶博城4#楼位于安徽省合肥市包河区包河大道100号，总建筑面积约为40000平方米，是南翔茶博城总部商务区的重要组成部分，是包河区的地标性建筑。本工程的建筑幕墙装饰面积约为24730m2，高度约为115.8m，工程施工难度较大的是悬挑钢结构，东立面悬挑脚手架出外结构面达到5m，悬挑高度46m，采用二次悬挑，最高点标高115m，土建结构面构架只到106.2m，全部采用钢结构焊接，且施工到106.2m以上，塔吊无法配合，施工方案经过了多次专家论证，才得以施工完成。另外，该栋楼4层菱形采光顶，每一块玻璃尺寸都不统一，面板需电脑放样。

　　2. 建筑幕墙支撑结构设计

　　本建筑幕墙设计的支撑结构包括安装于墙体上且与幕墙连接的减震装置，结构示意图如图1所示，图1中标记1表示幕墙，标记2表示墙体，标记21表示安装板。

图1 幕墙支撑结构设计图(左)

图2 减震板设计图(右)

　　第一，在墙体上安装有安装板，安装板的中心处开设有凹槽，如标记211所示，幕墙对应凹槽的位置安装有插装于凹槽内的加固组件，可加强对幕墙和墙体的连接，使得幕墙安装地更加稳定;

　　第二，幕墙靠近凹槽的端面开设有第一固定槽，加固组件包括第一固定槽内通过螺栓安装的第一固定板、第一固定板上安装有垂直于第一固定板且向安装板延伸的支撑杆、支撑杆背离第一固定板的端部安装有减震板，如图2中标记63所示。通过设置第一固定板固定于幕墙，再通过支撑杆连接安装于安装板内，可使得幕墙与墙体之间连接更稳固，另外，将连接的装置设为减震板，在幕墙受到冲击时能够进一步得以缓冲。

　　第三，减震板包括四周侧面均开设有滑槽(标记632)的卡接板(标记631)、滑动设于滑槽内的活动板(标记634)、连接活动板的端面与滑槽槽壁的第二弹簧(标记633)。通过采用该技术方案，设置卡板和活动板，将幕墙对准墙体上的凹槽，将幕墙进行挤压，使得活动板压缩进入卡板内，然后进入凹槽后活动板伸展开，从而使得减震板活动设于凹槽内，在收到上下或左右的振动时，均能通过减震板进行缓冲减震，使得幕墙与墙体之间安装的装置不易松动，安装的更加稳固。

　　第四，活动板的端部设有倾斜面，凹槽包括开设于安装板上的梯形槽、梯形槽向背离幕墙的方向延伸且与梯形槽贯通的卡槽，梯形槽靠近幕墙的槽口宽度大于梯形槽的槽底宽度，卡槽的槽宽大于梯形槽的槽宽。采用该技术方案，将活动板的端部设置为倾斜面，使得活动板受到挤压时能够顺利进入凹槽内，将凹槽设置成梯形槽和卡槽结合的方式，使得活动板沿着梯形槽进入卡槽后，在第二弹簧的作用下，能够恢复到初始状态，使得减震板能在凹槽内进行缓冲。

　　第五，幕墙对应安装槽的位置开设有第二固定槽，连接组件包括通过螺栓固定于第二固定槽内的第二固定板、安装于第二固定板上且向安装板延伸的安装柱、与安装柱和固定杆均螺纹配合的锁紧螺母。通过采用该技术方案，设置第二固定槽，将第二固定板安装于第二固定槽内，使得第二固定板的周侧位移受到限制，即使幕墙受到振动，也不易发生松动;通过双向的锁紧螺母，旋紧就能将幕墙安装到墙体上。

图3 固定杆设计图

　　第六，固定杆(图3中标记4)靠近安装板的端部设有限位板(标记41)，限位板靠近减震环的端面设有限位环(标记42)，减震环靠近安装板的端面设有限位槽。通过采用该技术方案，将固定杆伸出减震环且靠近墙体的端面设置限位板，使得在旋紧锁紧螺母时能够使得限位板与减震环抵接固定好，通过设置限位环，和在减震环上对应开设限位槽，使得固定杆与减震环固定稳固，不易产生晃动从而使得连接松动。

　　第七，第二固定板(标记51)上开设有与锁紧螺母直径大小对应的第三固定槽(标记511)，安装柱(标记52)安装于第三固定槽背离安装板的槽壁。通过采用该技术方案，设置第三固定槽，将锁紧螺母固定完全后，锁紧螺母靠近幕墙的端面卡接于第三固定槽内，使得锁紧螺母不易脱离与安装柱的螺纹配合，使得幕墙安装地更加稳固。

　　3. 支撑结构关键部件设计计算

　　3.1 幕墙承受荷载计算

　　幕墙属于外围护构件，按《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)计算：

　　wk=βgzμs1μzw0

　　式中：wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa); βgz：高度z处的阵风系数;μs1：局部风压体型系数;μz：风压高度变化系数;w0：基本风压值(MPa)。

　　通过计算得出，计算支承结构时的风荷载标准值为0.001515MPa，计算面板材料时的风荷载标准值0.001646MPa。

　　3.2 幕墙立柱挠度计算

　　本处幕墙立柱按简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

　　计算的基本参数选取为：1、计算点标

图4 简支梁力学模型

　　高：94.2m;2、力学模型：简支梁;3、立柱跨

　　度：L=2900mm;4、立柱左分格宽：1500mm;立柱右分格宽：1500mm;5、立柱计算间距：B=1500mm;6、板块配置：中空玻璃6 +6 mm;7、立柱材质：6063-T5，断热;8、安装方式：偏心受拉。 因为惯性矩预选是根据挠度限值计算的，所以只要选择的立柱惯性矩大于预选值，挠度就满足要求：

　　实际选用的型材惯性矩为：Ix=7360280mm4，预选值为：Ixmin=1855318.867mm4，实际挠度计算值为：df=5qkL4/384EIx=5×2.272×29004/384/70000/7360280 =4.061mm。而df,lim=16.111mm，所以立柱挠度满足规范要求。

　　3.3 玻璃板块最大挠度校核

　　校核依据： df=ημwka4/D≤df,lim

　　式中：

　　df：玻璃板挠度计算值(mm);

　　η：玻璃挠度的折减系数;

　　μ：玻璃挠度系数，按边长比a/b查表6.1.3[JGJ102-2003]得μ=0.00663;

　　wk：风荷载标准值(MPa)

　　a：玻璃板块短边尺寸(mm);

　　D：玻璃的弯曲刚度(N·mm);

　　df,lim：许用挠度，取短边长的1/60，为25mm。

　　通过选取参数计算得出:

　　df=ημwka4/D

　　=0.83×0.00663×0.001646×15004/2315347.704

　　=19.805mm

　　19.805mm≤df,lim=25mm(中空玻璃)，因此玻璃挠度能满足要求。

　　3.4 连接部位承压能力计算

　　连接部位立柱型材壁承压能力计算公式为：

　　Nc2=Nnum2dt2fc2

　　=2×6×4×185

　　=8880N

　　式中：Nc2：连接部位幕墙立柱型材壁承压能力设计值(N);

　　Nnum2：连接处螺栓个数;

　　d：螺栓公称直径：6mm;

　　t2：连接部位立柱壁厚：4mm;

　　fc2：型材的承压强度设计值，对6063-T5取185MPa;

　　由于 8880N≥1443.886N，因此通过计算该强度可以满足要求。

　　4. 应用效果

　　南翔茶博城4#楼是南翔茶博城总部商务区的重要组成部分，从业主单位到相关职能部门，对该栋楼不管是内部质量还是外部观感都要求极高。在施工中严格执行国家相关工程质量标准，严把质量关，做好施工质量管理、严把施工质量控制，对所有材料进行报验、检测、 对供应厂家进行了资格审查、对每一检验批、分项工程认真检查，检查合格后方可进入下道工序施工，另外严格按施工组织设计、施工方案要求进行工序和质量控制，同时做好质量控制资料核查情况，该幕墙工程按设计文件要求完成施工。施工应用后工程观感质量良好，符合验收要求。

　　5. 结论

　　本文以南翔茶博城4#楼幕墙施工为例，设计了一种建筑幕墙支撑结构，通过对设计结构进行详细的阐述和分析，说明了所设计的幕墙结构具有缓冲效果好，连接性能稳固，减小幕墙震动，安全方便等优点;并对幕墙结构的关键参数进行了计算，得出幕墙结构均满足施工标准要求。通过实际应用实施，该幕墙结构顺利按设计文件完成施工，施工过程顺利，工程质量观感良好，取得了良好的经济和社会效益。（安徽建元装饰工程有限公司 王勇 曹晓波 王世好）

　　参考文献

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