大型幕墙支架钢结构抗震设计赵玉彪

大型幕墙支架钢结构抗震设计赵玉彪

赵玉彪张启双

济南阳光幕墙装饰有限公司山东济南250032

摘要：近年来，幕墙在高层建筑中的的应用范围越来越广。本文从大型钢幕墙支架钢结构的概念以特点入手，了解到幕墙结构不仅质量较轻，且具有较高的强度，然后以某地区的中庭玻璃幕墙支架钢结构为例，对大型幕墙支架钢结构进行了抗震设计。

关键词：大型幕墙支架；钢结构；抗震设计

引言

在经济发展的推动下，高层建筑的规模也不断扩大，与此同时，其施工技术也得到了显著的提高。随着人们观念的变化，高层建筑的使用者已经不仅仅满足于房屋的使用性能，而对建筑的稳定性以及美观性提出了更高的要求。因此，幕墙结构逐渐在高层建筑中发展起来。幕墙结构不仅美观，而且还具有一定的节能效果。而对于大型幕墙支架钢结构来说，对其抗震性能的研究十分重要。

1大型钢幕墙支架钢结构的概念和特点

1.1钢结构玻璃幕墙的概念

通常情况下，在建筑物的外护围结构中安装着由轻钢构成，形状呈外桃外倾状的轻质墙体，就是人们所说的钢结构玻璃幕墙。该玻璃幕墙既能将建筑物装饰的更加美观，还能对建筑物产生一定的保护作用。

1.2大型幕墙支架钢结构的特点

1.2.1质轻强度大

钢结构幕墙的主要构件是轻钢，所以钢结构幕墙具有质量轻且强度大的特点，这就使得钢结构玻璃幕墙在进行设计时会更加灵活、方便。对于钢结构幕墙来说，其柔性设计可以使幕墙的抗震能力得到一定程度的增强。另外，对于钢结构幕墙来说，其在施工的过程中的操作十分简单，施工人员可以对施工进度进行有效的控制。除此之外，钢结构玻璃幕墙在现代建筑中的使用还能够提高建筑物的美观性，方便维修人员进行维修和更换工作。

1.2.2结构复杂

对于大型幕墙支架钢结构来说，由于其通常具有跨度大且体型复杂的特点，所以使得其实际的幕墙结构的形式也各有不同，与普通的幕墙结构相比，其结构受力特点和传力路径也有所不同。在地震的作用下，其反应十分复杂，并且其部分结构还会对主体结构的受力产生一定程度的影响，这就超越了现行规范所涵盖的范围。因此，这就需要针对不同工程的特点来说进行专门的研究，并建立科学、合理的设计、安装方法，以确保大型幕墙支架钢结构在地震作用下的安全性。

2大型幕墙支架钢结构抗震设计

2.1基本情况

本文以某地区一栋研发楼建设项目中的中庭玻璃幕墙支架钢结构为例，对其进行抗震设计。这部分的结构是与主结构相独立的，并且其上部结构在水平方向上与屋顶桁架有约束连接，而下部与地下室顶板混凝土梁采用插入式柱脚节点。在本文中，其幕墙支架钢结构的总高度为41.1m，支撑立柱需要与建筑立面造型相结合，设计成格构式。本文所研究的幕墙支架钢结构主要由圆钢管以及横隔板组成，其中两圆管中心间的距离为1.2m，截面高度与跨度的比值为4:3。根据建筑立面，建筑高度14m位置支撑立柱向外悬挑2m，立柱立面整体呈“Z字形”，如何控制“Z字形”立柱在风荷载和水平地震力作用下的强度和挠度满足要求，是本工程设计的主要难点。

在本工程中，其钢材材料为Q345B，截面规格为：对于结构柱以及部分跨度较大的梁来说，其主要采用规格为φ299×20的钢管，梁截面主要采用规格为φ203×12的钢管，结构柱间拉结钢板首都为20毫米。

2.2荷载及边界条件

2.2.1荷载

支架所承受的荷载主要包括恒荷载、活荷载、风荷载以及地震力。主要荷载的取值如下：对于恒荷载来说，由于其玻璃采用的而是三层中空玻璃，每层玻璃的厚度为6毫米，这样就可以计算出每平方米的荷载为0.51kN，所以刚才的自重区78.5kN/m³,玻璃的自重取25.6kN/m³；对于活荷载来说，其幕墙支架上施加了局部检修荷载，所以集中点荷载为1kN；对于风荷载来说，其计算公式为：。该地区的基本风雅为0.55kN/m²，为Ｂ类场地。体型系数主要按照荷载的规范要求，将其分为正压风、负压风、幕墙墙体大面和局部角边四种情况。具体的体型系数的取值为：墙体大面区的正风压的取值为1.3+0.2，负风压的取值为-1.0-0.2；对于墙体边角区来说，其正风压的取值为1.3+0.2，负风压的取值为-1.8-0.2。。

2.2.2边界条件

为了使格构式的强度与挠度满足设计要求，结构的基础就应设计为刚接节点。在进行设计时，要将钢柱埋入主体结构的地下室顶板的混凝土梁、柱内，对于钢柱来说，应设置抗剪栓钉来保证其嵌固效果，具体情况如图1所示。

图1柱脚节点详图

对于结构顶部屋面来说，其采用的钢结构网架。为了避免支架立柱承担网架的竖向荷载，就需要在立柱与主体网架之间设置定向支座，它可以阻止其发生平面方向上的变形，而对高度方向上的变形却没有限制，然后根据实际情况来设置释放Z向约束的铰接节点。这样一来，不仅可以确保格构式立柱在水平方向的位移在顶部屋面的位置得到支撑，还可以阻止主体网架竖向荷载的传递，这样的构造就可以满足立柱强度与挠度的设计要求。幕墙立柱与屋顶网架节点详见图2，图中外边梁和外环梁为屋面网架构件。

图2幕墙立柱与屋顶网架节点详图

结束语

综上所述，由于幕墙具有质轻强度大的优势，不仅美观，而且还具有环保的效能，因此在高层建筑中得到了广泛的应用。对大型幕墙支架钢结构进行抗震设计，可以更好的保证建筑的安全性。

参考文献

[1]f31《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003).

[2]高明宝.复杂高层钢建筑抗震分析[D].昆明理工大学,2012.

[3]孔祥红,柴海东.大型幕墙支架钢结构抗震设计[J].建筑结构,2012,S1:687-689.