浅析框架式玻璃幕墙大装饰线条系统优化设计

浅析框架式玻璃幕墙大装饰线条系统优化设计

温超 姚树杰 赵梓旭 杨西 温旭

中建八局西南装饰与城市更新分公司 四川  610041

摘要：本文结合两江新区龙兴新城智能网联新能源汽车产业园基础设施配套项目——研发中心项目，详细介绍了框架式玻璃幕墙大装饰线条系统的优化设计思路，对该系统结构计算中大装饰线条的作用进行了分析。

关键词：玻璃幕墙、大装饰线条、结构设计、设计、施工、应用

一、引言

随着现代建筑越来越追求个性化、独特化，越来越多的框架式玻璃幕墙采用大装饰线条的外观设计。大装饰线条的作用不仅能提升建筑的整体外观和质感、遮阳与隔热、引导视线、增强立面立体感、满足建筑设计师设计要求等，对玻璃幕墙的结构稳定性也有增强的作用。本文就框架式玻璃幕墙大装饰线条于系统结构计算中的作用及优化思路进行阐述。

二、工程概述

两江新区龙兴新城智能网联新能源汽车产业园基础设施配套项目——研发中心项目位于重庆两江新区龙兴工业园，总高度约47米。整个建筑呈圆形构造，包含圆形中庭。立面均采用玻璃幕墙，考虑到建筑的外观和遮阳等效果，建筑设计了竖向铝合金大装饰线条。

三、铝合金装饰线条的设计

1. 设计思路

在该项目的设计中，结合建筑设计的外观要求和效果，综合考虑到铝合金装饰条的结构安全性、经济可行性、安装便捷性等相关因素，对该项目的大装饰线条进行了设计。

2. 铝合金大装饰线条节点设计

(1)根据常见玻璃幕墙明框装饰线条的设计（如图1所示），重庆市最新节能规范要求、建筑设计三级风压要求、标准层高4.1m等信息考虑立柱截面尺寸为180x100，壁厚为2.5mm；横梁截面尺寸为100x70，壁厚为2.5mm；不小于30mm长隔热条以及玻璃配置为6(双银Low-e)+12Ar+6+12A+6mm双中空钢化双银Low-e玻璃。

（图1）

(2)根据建筑设计所要求的装饰线条截面尺寸为400x100mm（深度为400mm）。由于装饰线条截面尺寸过大，考虑到经济性和铝合金型材的开模工艺问题，结合风荷载作用的计算结构，决定将装饰条分为三部分，由第一部分铝型材150x100、第二部分铝型材250x100采用螺栓机械连接后，再通过螺栓与铝合金压板及立柱连接，最后通过铝合金扣盖遮蔽机械连接部位(如图2所示)。大装饰条连接方式采用机械连接而非扣接的设计，提供更高的可靠性，为系统下一步进行优化提供条件。

(图2)

(3)传统设计思路中，我们通常不会将装饰线条作为幕墙受力构件纳入系统结构计算。而事实是，在装饰线条连接可靠的前提下，是可以作为受力构件，承受幕墙表面的水平荷载的(如风荷载、地震荷载等)。所以，该项目将从此思路对前面的系统节点进行优化，将大装饰线条与立柱均纳入受力构件，通过计算模型分析结构比较后，可极大减小立柱截面尺寸，如图3所示。

(图3)

此优化后的最终节点图中，在大装饰线条截面尺寸和横梁截面尺寸、连接方式均保持不变的情况下，立柱截面尺寸可优化到100x100mm，壁厚为2.5mm。此优化设计思路有以下优点：①减少幕墙支撑结构对室内空间的占用，使得室内更加宽敞明亮；②减少幕墙支撑结构对室内空间的分割和阻碍，提高室内空间利用率，使得室内更加舒适和便利；③减少幕墙支撑结构对视觉的干扰，使得玻璃幕墙更加通透、简洁、美观、增强室内外的视觉效果；④减少幕墙支撑结构对能源的消耗，使得建筑物更加节能环保。

四、铝合金大装饰线条结构设计分析

1. 连接结构分析

连接结构主要是为了抵抗大装饰线条自重和侧向风荷载作用，大装饰线条采用机械连接的设计，采用此种构造设计，安全可靠性很高，同时通过加设铝合金扣盖，对其机械连接部位进行一个遮挡，不仅整体造型外视美观，而且较扣接设计，机械连接设计对受力更有利。

2. 系统结构分析

通过使用ANSYS建模分析图2、图3两种系统结构的受力情况：

(图4)未优化前立柱受力分析

(图5)优化后立柱与大装饰线条整体受力分析

图二单独对立柱型材进行有限元受力分析，立柱高度需要做到180mm才能满足规范及正常使用要求；图三对立柱和装饰条组合型材进行有限元受力分析，考虑立柱和装饰条共同承受荷载，按照实际螺栓连接方式进行仿真建模计算，立柱型材高度仅需100mm即可满足规范及正常使用要求，有效节省立柱型材用量40%，具有较高的环保和经济效益。

五、结论

综上所述，框架式玻璃幕墙的大装饰线条在提升建筑外观和质感的同时，也具有结构稳定、遮阳隔热、视线引导、立体感增强等多重功能。在大装饰线条连接可靠、确保幕墙的安全性和可靠性的前提下，可以和幕墙立柱与横梁一起作为受力构件，纳入受力模型，将有效减小立柱与横梁截面面积，对室内空间有诸多好处，可以提高空间利用率、增强视觉效果、减少能耗等。