點支式玻璃幕墻支承體系方案設計的分析

王盛文 高 飛 孔俊東

在大型公建項目中,點支式玻璃幕墻的應用越來越廣泛,該種幕墻的支承體系既是承重結構,又是精巧的裝飾,體現了力與美的和諧統一[1]。對點支式玻璃幕墻支承體系設計方案的選擇,既要考慮承載力性能以保證結構的安全性,又要考慮建筑立面的效果以保證其美觀性,還應考慮所用體系的性價比以保證其經濟合理。本文以無錫新區科技交流中心工程項目為例,綜合分析其玻璃幕墻支承體系的設計方案。

無錫新區科技交流中心平面布置設計為梅花——無錫市市花(見圖1),是一座富有時代感和科技特色的地標性建筑,建筑面積約36 000 m2,主體為鋼筋混凝土框架結構,地下1層,地上3層,局部4層,屋面結構層為鋼結構網殼,其外層為平滑連續起伏的金屬表面,檐口標高最矮處為12.9 m,最高處為31.2 m。梅花形建筑立面的底部兩層向內收進,3層鋼平臺(9 m標高處)沿建筑周邊挑出約5 m作為景觀走廊。建筑主體外立面是夾板式點支式玻璃幕墻,采用無孔的Low-E中空玻璃:厚度(10+12A+10)mm,弧形彎鋼化。

1 幕墻支承體系的方案設計

由于沿建筑一周設計了懸挑的景觀走廊,科技交流中心的玻璃幕墻支承體系的方案設計是一個技術難點。歷時約18個月,先后共提出過4種傳力體系設計方案:方案一為拉索吊掛體系(見圖2a));方案二為桁架吊掛體系(見圖2b));方案三為鋼柱支承體系(見圖3a));方案四為剛性挑梁支承體系(見圖3b))。

2 設計方案的對比分析

針對點支式玻璃幕墻支承體系的4種設計方案,著重對比分析建筑效果(A)、結構傳力(B)、幕墻變形(C)、施工難度(D)和工程造價(E)5項內容。

首先,采用0～4評分法確定5項內容的權重系數。根據本工程的特點,可以確定基本條件為:A比B重要得多,B與C同樣重要,A比D重要,D與E同樣重要,E比B重要。由此可計算5項內容的權重系數,見表1。

表1 權重系數的計算

然后,組織專家評委對4種方案的5項內容進行分析并且評分,5位專家的評分見表2,綜合分析內容見表3,4種方案的綜合評分與排名見表4。

表2 4種方案的評分情況

表3 4種方案的綜合分析

表4 4種方案的綜合評分與排名

綜合上述分析研究,方案四被選用為實施方案。依據方案四,將景觀走廊的徑向挑梁設計為實腹式鋼梁,而且將根部剛節點按鋼結構框架的剛節點設計[2],使剛性挑梁同時承擔景觀走廊、上部幕墻和下部幕墻的荷載。鋼平臺的徑向梁做“剛”,同時將根部節點做“剛”,使得懸挑的徑向鋼梁變形在規范的限值范圍內,使鋼平臺上部和下部的玻璃幕墻不至于因變形而遭到破壞。沿建筑一周共計37根牛腿形鋼挑梁。施工技術要求:做好測量定位工作,不僅應控制好標高,而且應調整好徑向角度,牛腿梁的軸線方向應與“梅花”的徑向放射形軸線重合,還應做好固定措施,防止混凝土澆筑、振搗過程中發生移位。

3 結語

對于造型復雜的大型公建項目,幕墻體系對整個建筑的效果和造價影響較大,而且其支承體系的設計方案較多,因此應采取合適的方法進行方案比選。對于無錫新區科技交流中心幕墻的支承體系,采用0～4評分法確定其建筑效果、結構傳力、幕墻變形、施工難度和工程造價5項內容的權重,然后綜合評分確定最優方案。所選擇的設計方案獲得業主、上級主管部門、項目管理公司、設計和施工單位的一致認同。

[1]蔣鳳昌.點支式玻璃幕墻的結構計算與優化研究[D].南京:江蘇大學,2003.

[2]01(04)SG519,多、高層民用建筑鋼結構節點構造詳圖[S].