浅析幕墙工程后置埋板的结构设计——平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程

浅析幕墙工程后置埋板的结构设计——平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程

肖强龙志鹏

金刚幕墙集团有限公司广州510635

摘要：以平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程为例，在应对基本风压超大、大面积主体结构缺少预埋件以及建筑超高、结构梁偏小的不利组合下，对后置埋件构造设计、结构计算进行分析，为相近幕墙工程的后置埋板设计分析提供相关借鉴和参考。

关键词：幕墙；基本风压；后置埋板

平潭综合实验区金井湾商务营运中心工程地处福建福州平潭县，由6栋超100米的商务楼、1栋行政主楼、1座报告厅及两栋附属茶楼组成，总建筑面积70多万平方米，最大建筑高度135.25米，其中幕墙施工面积近21万平方米；平潭季风明显，夏季以偏南风为主，其余季节多为东北风。风力年平均风速6.9米/秒，湾海地区全年大风（7级以上）日数为125天，是福建省强风区之一，基本风压1.3KN/m²，由于幕墙招标在所有主体封顶落架之后，主体结构未设置建筑外幕墙预埋板，塔楼结构梁厚绝大部分为200mm与250mm，在保证结构的安全前提下，综合实际施工技术要求、成本、业主方的工程进度等，最终采用机械螺栓后锚固方案。

一、后置埋板的构造设计

1．工程的设计参数

地面粗糙度类别：A类；地震设防烈度：7度，设计基本地震加速度值：0.1g；基本风压Wo=1.3kN/㎡；建筑最大标高：135米；通过选取大面与边角位标准分格幕墙的计算，典型支座反力如下图：

2．后埋板构造设计的比选

后置埋件是指安装在结构上的埋置锚固件，其中涉及到三种客体：结构基材、锚固件和被连接体。锚固件不但要完成被锚固件与原结构的连接作用，更重要的是能有效的将外加荷载直接传递到原结构上，从而达到安全、可靠的功效。后置埋件锚固的方法有很多，总的可以分为两大类：机械锚固和化学锚固。幕墙中常用的机械锚固为膨胀锚栓，即通过端部的扩张部分压入钻孔壁内，利用挈形斜度来促使膨胀产生摩擦握裹力，达到固定效果，膨胀锚固价格便宜，施工方便。由于平潭工程风压大，超强台风登入地区，风载的循环反复拉压而容易产生松动，抗拉能力较差，首先被排除。化学锚栓通过砂浆或合成树脂将锚栓与锚固基础结合成一个整体，化学锚栓的力学性能比同等规格的膨胀锚栓好很多，但缺点是价格高，对施工要求高，大面施工后质量难以控制，化学药剂不能受高温，对后埋板的焊接提出了更高的要求。鉴于本工程幕墙埋件主要受拉，结合需要大量焊接、大面积使用情况，首先提出了采用国外相关品牌的化学锚固方案，在与业主方、设计院、监理等单位的设计沟通过程中，存在以下几点问题：

①结构梁大小绝大多数为200*700mm和250*700mm，按照混凝土规范相应条款，考虑混凝土锥体破坏，锚栓临界边距大，将埋件需设在梁中导致幕墙构造、方案设计不能满足；

②采用化学锚固，为保证受力要求，化锚数量多，化锚施工要求高，在大面施工中质量难以保证，工程进度难以控制；

③目前一般的化学锚栓药剂采用的乙烯基树脂，这种材料优点是收缩率低、粘结力高，它能产生很高的强度，对清孔方法和效果敏感性小，但目前国内厂家产品的一个缺点是耐高温稳定性差，不宜焊接，为保证本工程质量建议采用国外品牌化学锚栓（药剂要求耐高温，提供相关实验、检测报告），这个方案的结果：如此体量的幕墙面积直接导致成本上升过大；

综合以上几个因素最终选用对穿螺栓方案，不受结构梁厚度限值，而且对穿螺栓属于机械连接，大面积施工条件更能保证连接的可靠性，埋件详图如下：

补充对穿螺栓的优点。。。

埋件剖面图

二、后埋板计算

1.正向风荷载计算

①风荷载计算：

计算条件选取高度Z取：126.7m；地面粗糙度取：A类；基本风压Wo取：1.3（kN/m^2）。

Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）

（a）阵风系数βgz计算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442

（b）风压高度变化系数μz计算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362

（c）局部风压体型系数μsl计算：μsl=-1.200

（d）风荷载标准值WK和风荷载设计值W计算：

Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.200×2.362×1.30=5.314kN/m^2

W=γw×Wk=1.4×5.314=7.440kN/m^2

②自重荷载计算：

GA=γG×GAK=1.2×0.700=0.840kN/m^2

③地震作用计算：

qEAK=β×α×GAK（JGJ102-20035.3.4）=5×0.08×0.700=0.280kN/m^2；qEA=1.3×0.280=0.364kN/m^2

④垂直幕墙面的荷载组合计算：

荷载采用SW+0.5SE组合：q=W+0.5qEA=7.440+0.5×0.364=7.622kN/m^2

2.正向风荷载作用下反力计算

①立柱受荷载线分布集度值：

B：立柱所受水平组合荷载从属面分格宽：1.500m；H：立柱计算跨度：3.900m

qk.L=Wk×B=5.314×1.500=7.971kN/m；q.L=q×B=7.622×1.500=11.433kN/m

②支座反力计算

N1=q.L×H=11.433×3.900=44.589kN；N2=GA×B×H=0.840×1.500×3.900=4.914kN

3.侧向荷载计算

①风荷载计算：

Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）

（a）阵风系数βgz计算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442

（b）风压高度变化系数μz计算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362

（c）局部风压体型系数μsl计算：μsl=-1.625

（d）风荷载标准值WK和风荷载设计值W计算：

γw：风荷载作用分项系数：1.4

Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.625×2.362×1.30=7.196kN/m^2

W=γw×Wk=1.4×7.196=10.074kN/m^2

4.侧向风荷载作用下反力计算

①立柱受荷载线分布集度值：

B：立柱所受水平组合荷载从属面分格宽：0.300m；H：立柱计算跨度：3.900m

qk.L=Wk×B=7.196×0.300=2.159kN/m

q.L=q×B=10.074×0.300=3.022kN/m

②支座反力计算：N1=q.L×H=3.022×3.900=11.787kN

5.埋件计算

①埋件反力计算

由以上计算可知：N=44589N；V1=4914N；V2=11787N

后埋件所受到的剪力设计值：V=（V12×V22）0.5=（4，914+11，787）=12，770N

e：竖向剪力作用点到锚板边缘的距离：150mm；e：侧向剪力作用点到锚板边缘的距离：400mm

由竖向总剪力产生的弯矩1设计值：M1=V1×e=4，914×150=737，100N.mm

由侧向总剪力产生的弯矩2设计值：M2=V2×e=11，787×400=4，714，800N.mm

②受力最大锚栓的拉力设计值计算

（a）轴心拉力与弯矩1共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：

N/n-M1y1/Σyi2=44，589/4-737，100×75/22，500=8，690≥0

N1=N/n+M1y1/Σyi^2，JGJ145-2004（5.2.2-1）=44，589/4+737，100×75/22，500=13，604N

（b）轴心拉力与弯矩2共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：

N/n-M2y1/Σyi2=44，589/4-4，714，800×75/22，500=-4，569<0

N2=（NL+M2）y1'/Σyi'^2，JGJ145-2004（5.2.2-2）=（44，589×75+4，714，800）×150/45，000=26，863N

（c）轴心拉力与弯矩1和弯矩2共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：

Nhsd=N1+N2-N/n=13，604+26，863-44，589/4=29，320N

③受力最大锚栓的剪力设计值计算

V11=V1/n1=4，914/2=2，457N；V21=V2/n2=11，787/2=5，894N

Vhsd=（V11^2+V21^2）^0.5=（2，457^2+5，894^2）^0.5=6，385N

④对穿锚栓选择

Nhsd：承受拉力最大锚栓的拉力设计值：29KN；Vhsd：承受剪力最大螺栓的剪力设计值：6KN

NRd，S：M16锚栓的抗拉承载力设计值：35KN；VRd，S：M16锚栓的抗剪承载力设计值：35KN

⑤拉剪复合受力承载力计算

（Nhsd/NRd，S）2+（Vhsd/VRd，S）2=（29/35）^2+（6/35）^2=0.74；满足要求

以上通过对平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程的后埋板构造设计的比选和结构计算的分析，为应对基本风压超大、大面积主体结构缺少预埋件以及建筑超高、结构梁偏小的不利组合下的相近幕墙工程后置埋板设计分析提供一个借鉴和参考。本工程后埋板施工应用属超相关规范，对穿螺栓后埋板方案组织了专家论证审查，给出方案基本可行，建议在实际的施工过程中完善两点：

1．砼梁宽度≤250mm，可以采用对穿螺栓，在施工过程中不得损伤主钢筋；

2．砼梁宽度≥300mm时，可采用化学锚栓，化学锚栓直径应适当加大，锚入深度适当加长，应保证化学结构胶质量和施工质量，必要时在关键部位时增加安全构造措施。

参考文献：

[1]玻璃幕墙工程技术规范，JGJ102-2003

[2]建筑结构荷载规范，GB50009-2012

[3]混凝土结构后锚固技术规程，JGJ145-2013

2.6选择绿色材料。

选择绿色材料，是绿色建筑设计的重要组成部分。

绿色建筑材料系统是满足建筑节能、环保、生态的需要。绿色建筑材料是指采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工业或城市固态废弃物生产的无毒害、无污染、无放射性，有利于环境保护和人体健康的建筑材料。绿色生态建筑要采用绿色建筑材料，要加快绿色建筑材料的生产，并引进或提高先进制造工艺和无污染环境的生产技术，产品具有多功能化，可循环或回收利用，无污染环境的废弃物。

提倡使用本土材料和植物是绿色建筑设计的重要方面。一般的建筑采用的是商品化的生产技术，建造过程的标准化、产业化，造成了大江南北建筑风貌大同小异，千城一面。而绿色建筑强调的是采用本地的文化、本地的原材料，尊重本地的自然、本地的气侯条件，且本土物种最适易于在当地生长、管理和维护成本最少，如在南方植被繁茂的地区，可多用竹木这样可再生的资源做建材，因地制宜，设计出有地方特色的个性建筑，产生出新的建筑美学。

3结论

目前，绿色生态建筑愈来愈受到世人的青睐，未来的建筑应该是能给人们提供良好的人文生活环境的生态建筑，它的发展需要生态规划作为指导各类规划设计的核心依据，需要科学的将城市发展与自然系统建立起稳定和谐的协调共生机制，需要有关部门能推出更好的支持节能设计的相关政策，更需要各专业人才的共同探讨。对于建筑师而言，树立可持续发展的建筑观将十分重要，坚持绿色建筑设计，超越单一建筑设计的范围，进行综合设计，不再只偏重于空间形态、形式视觉等方面的研究，而从自然生态的角度去研究探索问题。在实际应用中，创造绿色建筑，从而为可持续发展做出贡献。

参考文献：

[1]聂梅生.论新世纪的我国住宅产业化[J].中国建材科技，2001（4）.

[2]刘春.关于绿色生态建筑之思考.中国论文下载中心，07-07-23.

提高建筑电气设计适用性的基础，构建新型建筑电气系统，在满足使用者对建筑电气工程需要的同时，完善建筑电气系统的功能性、系统性和安全性。

4.4编制施工管理要求，确保设计目标能够真正的实现

通过对现代建筑电气设计中存在的问题进行研究，能够发现，建筑电气设计目标能够实现是离不开电气施工管理的，很多时候，建筑电气系统存在问题并不是因为设计而导致的而是因为在施工的时候，没有根据设计的相应要求进行施工，这也导致了建筑工程存在严重的质量问题或者质量隐患。面对这种情况，在进行建筑电气设计的时候，应该对电气系统的施工要点以及施工管理的重点进行明确，这样能够提高管理内容编制的规范性，能够给电气施工管理提供指导，降低因为施工因素而给整个工程的设计目标实现造成的影响，这样能够帮助建筑电气设计目的更好的实现。

4.5加强建筑的节能设计

根据用户的实际用电情况合理的设计变压器的数量及容量，使电力负荷的运行分配实现高效能、低消耗设计。低重量、少噪音、低耗能及高效率的节能型变压器要作为首要选择，同时设计中也要考虑变压器空载或轻载等异常情况，合理设计变压器的耗能。配电系统要实现节能，供电电压应合理设计，大型用电设备及普通用电设备用不同的合理电压，减少用电设备电能浪费。供配电系统在保证可靠性前提下应设计得更加简单。

5、结束语：

综上所述，随着各国高层建筑的快速发展，高层建筑内用电量也是越来越多，因此高层建筑电气设计变得越来越重要，只有充分了解高层建筑用电特点以及主要设计内容，才能更好的做好电气设计工作。

参考文献：

[1]商建民，商航.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则[J].科技咨询导报，2007.07.

[2]陈礼珍.建筑电气安装工程中常见问题的分析及处理[J].内江科技，2011.

[3]常乐民.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则.科技致富向导，2012（36）.

[4]陈奇兵，岳辉.高层建筑电气设计的内容与节能探讨[J].门窗，2012（10）.