一種新型穿孔鋁板建筑外裝飾結(jié)構(gòu)

李峰

摘? ? 要：本文簡(jiǎn)要介紹一種新型穿孔鋁板建筑外裝飾結(jié)構(gòu)，它依據(jù)南通開發(fā)區(qū)文體中心項(xiàng)目實(shí)際情況而設(shè)計(jì)，其表皮及龍骨均參與受力，融建筑幕墻、泛光照明為一體，對(duì)大尺寸外裝飾穿孔鋁板裝飾結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：羽毛狀穿孔鋁板;表皮參與受力;大尺寸

1? 前言

建筑本身位于南通開發(fā)區(qū)能達(dá)商務(wù)區(qū)核心景觀北側(cè)地塊，建筑性質(zhì)為文化建筑，3類民用建筑，設(shè)計(jì)使用年限為50年。建筑高度為23.5m（從室外地坪到屋面結(jié)構(gòu)層），地上建筑共五層。建筑定位為公共文體活動(dòng)中心，功能包括區(qū)級(jí)文化館、圖書館、檔案館、青少年活動(dòng)中心。

建筑位置及功能定位使得建筑設(shè)計(jì)采用了大尺寸的構(gòu)件，且裝飾線條柱要做到一個(gè)層間一根，面材不允許在樓層內(nèi)斷開。由于建筑設(shè)計(jì)有“白鶴晾翅”的寓意，所以裝飾線條柱表面為羽毛狀鏤空鋁板。外裝飾線條柱與建筑整體呼應(yīng)，簡(jiǎn)潔、大氣。

2? 設(shè)計(jì)方案

呼應(yīng)建筑設(shè)計(jì)有“白鶴晾翅”的寓意，鏤空鋁板花紋為不規(guī)則羽毛狀。且裝飾線條柱本身有一部分遮陽(yáng)作用，建筑部分窗開在裝飾線條柱背后，利用鏤空裝飾線條通風(fēng)。裝飾線條柱寬度有400mm，最遠(yuǎn)點(diǎn)距離玻璃表面為600mm，最大跨層為5100mm。

裝飾線條柱不僅僅是裝飾構(gòu)件，同時(shí)也起到遮陽(yáng)、自然通風(fēng)作用為綠色建筑評(píng)級(jí)需求。且不規(guī)則羽毛狀鏤空鋁板裝飾線條柱，其本身并不是一個(gè)三棱柱;它由頂?shù)變蓚€(gè)有有相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的三角形、及連接這兩個(gè)三角形的線構(gòu)成。

為了便于加工生產(chǎn)，保證加工質(zhì)量，不規(guī)則羽毛狀穿孔鋁板應(yīng)用激光雕刻技術(shù)，并盡可能簡(jiǎn)化羽毛花紋，使得羽毛花紋為一個(gè)區(qū)域圖像的復(fù)制。鋁板裝飾柱表面展開后面積不超常規(guī)鋁板尺寸，可由一塊1500mm寬[×]6000mm長(zhǎng)的市場(chǎng)常規(guī)鋁板加工而成。

為滿足裝飾線條表面無(wú)緊固件，將穿孔鋁板作為面板自支撐體系來(lái)設(shè)計(jì)，其再連接到建筑幕墻表面的鋼架上。所有鋁板的的緊固釘錨固在鋼架上，羽毛狀穿孔鋁板不規(guī)則裝飾柱與鋼架在工廠整體加工完，再運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行吊裝，完成安裝。

3? 羽毛狀鏤空鋁板裝飾柱計(jì)算

3.1? 帶裝飾條的幕墻龍骨校核

3.1.1? 計(jì)算說(shuō)明

本部分計(jì)算的是帶豎向穿孔鋁板玻璃幕墻，分為一個(gè)裝飾條支撐在一個(gè)立柱及兩個(gè)立柱上的兩種情況。穿孔鋁板無(wú)中間支撐，通過(guò)轉(zhuǎn)接件與背部鋼架連接，背部鋼架通過(guò)三排豎向連接件將豎向自重傳至立柱，通過(guò)兩排水平連接件將側(cè)向風(fēng)荷載傳至橫梁，單柱情況下由橫梁承受轉(zhuǎn)接件扭矩，雙柱情況由立柱承擔(dān)。

本節(jié)校核的龍骨包括立柱、及鋼構(gòu)件，玻璃面板荷載按雙向板規(guī)則傳遞至各龍骨，裝飾條荷載簡(jiǎn)化為線荷載和力偶作用在鋼架上。橫梁及立柱轉(zhuǎn)接件采用6063-T6型材，采用剛度等效原則簡(jiǎn)化為矩形截面，立柱及鋼龍骨之間上下插接，模型中采用束縛，約束水平位移，采用有限元計(jì)算軟件sap2000 V15進(jìn)行建模計(jì)算.

3.1.2? 荷載計(jì)算

（1）計(jì)算說(shuō)明。玻璃幕墻面板承受水平風(fēng)壓，豎向裝飾條及外凸石材承受側(cè)向荷載。

（2）正向荷載。荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

Wk=1.36kN/m2

組合設(shè)計(jì)值：

W=2.10kN/m2

側(cè)向荷載： 荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

qck=1.91kN/m

3.1.3? 材料屬性及其截面參數(shù)

結(jié)構(gòu)中的幕墻立柱與橫梁采用6063-T6鋁合金開模，外裝飾線條采用Q235B鋼材做面板支撐。根據(jù)線條所在不同部位，分為單雙立柱。材料參數(shù)為：

鋁型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：150N/mm2，鋁型材彈性模量：

E=0.70×105 N/mm2

塑性發(fā)展系數(shù)：γ=1.0

Q235B鋼材冷彎型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fs=205N/mm2，冷彎型材塑性發(fā)展系數(shù)：γ=1.0，熱軋型材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：fs=215N/mm2，冷彎型材塑性發(fā)展系數(shù)：γ=1.05型材彈性模量：E=0.70×105N/mm2

3.1.4? 玻璃幕墻龍骨校核

荷載組合及各種玻璃幕墻中最不利情況下對(duì)玻璃幕墻龍骨進(jìn)行校核。

（1）單立柱。

[①]強(qiáng)度校核。荷載組合及各種玻璃幕墻中最不利情況下：

抗彎強(qiáng)度校核：

校核依據(jù)：

按DGJ 08-56—2012《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第12.5.2條

立柱抗彎強(qiáng)度符合規(guī)范要求。

[②]剛度校核。

按DGJ 08-56—2012《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第12.5.5條

因此，立柱剛度符合規(guī)范要求。

（2）雙立柱。

[①]強(qiáng)度校核。荷載組合及各種玻璃幕墻中最不利情況下，立柱內(nèi)力圖如下：

抗彎強(qiáng)度校核：

校核依據(jù)：

按DGJ 08-56—2012《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第12.5.2條

立柱抗彎強(qiáng)度符合規(guī)范要求。

[②]剛度校核。

校核依據(jù)： df≤df，lim=[B180]且不大于30mm。

按DGJ 08-56—2012《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第12.5.5條

立柱剛度符合規(guī)范要求。

3.1.5? 裝飾條鋼龍骨構(gòu)件校核

采用軟件校核，桿件最大應(yīng)力比[Φ]=0.743，故鋼架強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

各桿件變形絕對(duì)值如下：

鋼架剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2? 穿孔鋁板計(jì)算

（1）計(jì)算說(shuō)明。本節(jié)計(jì)算的的面板采用4mm厚折彎穿孔鋁板，折角內(nèi)部采用鋁型材加強(qiáng)，僅頂?shù)准氨巢颗c鋼龍骨連續(xù)機(jī)制釘連接，不加肋，整個(gè)裝飾條由一塊鋁板通過(guò)折邊形成四面錐體。取高度5100mm進(jìn)行驗(yàn)算，采用有限元軟件ANSYS14.5進(jìn)行計(jì)算分析。

（2）鋁板面板強(qiáng)度校核。裝飾條整體承受2.0體形系數(shù)的側(cè)向風(fēng)荷載組合。

①校核依據(jù)：

按《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》DGJ 08-56—2012表3.2.9

②荷載計(jì)算。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

設(shè)計(jì)組合值：

③鋁板面板強(qiáng)度校核。鋁板面板應(yīng)力云圖。

σmax：鋁板面板產(chǎn)生的最大應(yīng)力：

因此，鋁板面板強(qiáng)度符合規(guī)范要求。

（3）鋁板面板剛度校核。校核依據(jù)：

①鋁板面板剛度校核。

df：鋁板面板產(chǎn)生的最大撓度：

因此，鋁板面板撓度符合規(guī)范要求。

4? 與泛光照明的結(jié)合

在設(shè)計(jì)上采取燈具與穿孔鋁板裝飾構(gòu)件柱在工廠內(nèi)一體化制作安裝，形成整體，從工廠運(yùn)輸裝飾飾構(gòu)件柱到現(xiàn)場(chǎng)，再吊裝到建筑外立面。穿孔鋁板裝飾構(gòu)件在頂?shù)最A(yù)留接頭，泛光照明專業(yè)僅需完上下兩個(gè)裝飾構(gòu)件預(yù)留接頭的對(duì)接即可。

因燈具的使用壽命多為3年5年，幕墻頂部封修預(yù)留頂部可拆卸面板。幕墻頂封修分為前后兩部分，后半部分為幕墻完成自身防水、保溫、氣密性等性質(zhì)所必須的構(gòu)造，前半部分為燈具更換構(gòu)造。幕墻頂封修前半部分由4塊鋁板組成，鋁板拼接處為小扣條。

燈具更換時(shí)，先拆掉小扣條，再去處4塊鋁板，用鋼絲繩吊著工具，從羽毛狀穿孔鋁板頂部向下放線。待燈具到了對(duì)應(yīng)位置，用長(zhǎng)柄螺絲刀從穿孔處固定即可完成燈具更換。

5? 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)項(xiàng)目自身情況，結(jié)合建筑需求，并根據(jù)材料特性做出結(jié)構(gòu)優(yōu)化， 南通開發(fā)區(qū)公共文體中心的羽毛狀鏤空鋁板裝飾柱在保證安全的前提下，滿足了建筑設(shè)計(jì)的要求，體現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)的理念，并結(jié)合泛光照明實(shí)現(xiàn)建筑外立面與泛光照明一體化。

本次羽毛狀鏤空鋁板裝飾柱不僅在結(jié)構(gòu)形式上做出了創(chuàng)新，并實(shí)現(xiàn)了多土建專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)，節(jié)省了造價(jià)并節(jié)約了項(xiàng)目建造時(shí)間。同時(shí)，也是一次材料科學(xué)、建筑美學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、工程建造等多學(xué)科的一次有效探索。本次的新型羽毛狀鏤空鋁板裝飾柱也為可持續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、多學(xué)科綜合提供一種新思考。

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