建筑幕墻玻璃面板的優(yōu)化選型

劉懿彬

摘 要：建筑幕墻構(gòu)造越來越復雜，面板的形狀也多種多樣，如果計算方法失當，就會留下安全隱患或造成浪費。隨著市場競爭的日趨激烈，幕墻工程設計中如何做到既要保證安全適用、又要最大限度降低成本，是擺在幕墻設計師面前的主要問題。本文根據(jù)自己工作的體會，

以較為淺顯的方式，對幕墻玻璃面板的結(jié)構(gòu)計優(yōu)化選型算進行闡述。

關(guān)鍵詞：建筑；幕墻；玻璃面板；優(yōu)化選型。

1 曲面玻璃面板的計算及優(yōu)化選型

對于平面矩形玻璃面板，正常情況下，只要板件尺寸、計算模型確定，無論用手算或軟件計算，其結(jié)果都出入不大，沒有太多的優(yōu)化空間。但是，對于形狀復雜的面板，由于計算模型時的些微偏差，結(jié)果就會大相徑庭。舉例如下：北京某建筑，有一圓弧形觀光電梯，中間一片玻璃水平弧線分格為A=2422mm（弧長）。最大豎向分格B=2475mm（高），采用單片鋼化玻璃（此處不討論選擇單片玻璃的合理性）。采用“250”系列不銹鋼接駁爪，四點支承。組合荷載標值為Wk合=1.651KN/m2，組合荷載設計值為W合=2.229KN/m2，

孔邊尺寸a×b=（2422-250）×（2475-250） =2172mm×2225 mm。

⑴ 最初按A×B=2422mm×2475mm的平面玻璃進行計算。需采用19mm的鋼化玻璃。

因為若采用15mm的鋼化玻璃，計算出的玻璃撓度為42.24mm，超過許用值b/60=37.08 mm，不滿足規(guī)范要求。

19mm的鋼化玻璃，存在成本高、自爆率大、難做彎曲鋼化等問題。

⑵ 修改方案采用12mm鋼化玻璃：按A×B=2422mm×2475mm的曲面玻璃計算，水

平荷載按實際（即垂直于作用面）。

采用軟件進行平面有限元計算，計算結(jié)果如圖1：

可見，曲面面板一定要按曲面進行有限元分析、荷載方向也應按實際情況進行加載。

2 平面多邊形玻璃面板的計算及優(yōu)化選型

在幕墻、特別是采光頂設計中，除了常規(guī)的矩形玻璃外，也常采用三角形玻璃和梯形玻璃，對于平面多邊形面板，應采用有限元分析法進行結(jié)構(gòu)計算選材。但是，對于三角形和梯形面板，我們首先要知道其撓度最大值處于什么位置，以便在設置有限元分格時將該位置定在節(jié)點位置，計算結(jié)果才能顯示該位置的相對位移（撓度）。另外，還應該搞清楚如何確定玻璃面板的撓度控制值。

2.1 三角形面板（三邊支撐）

三角形面板的最大撓度處于板塊的內(nèi)心（三條內(nèi)角平分線的交點叫）、即內(nèi)切圓的圓心。同時，三角形面板撓度控制值 [u]的確定：通過內(nèi)心分別作三角形各邊的平行線與另外兩個邊相交得一線段，取所得的三條線段中最小的線段長度m的1/60為撓度控制值[u]。

采用有限元分析法進行結(jié)構(gòu)計算和玻璃選型。圖2是某項目三角形面板的有限計算應力圖，圖3是有限元模型節(jié)點編號，節(jié)點最大位移見表1。

2.2 梯形面板（四邊支撐）

對于梯形面板，可以將兩個腰延伸到相交點A，形成三角形，再作三角形角A的內(nèi)角平分線與梯形的兩個底邊分別相交于M和N點，梯形面板的撓度最大值處于線段MN上。在進行有限元分析時，將縱向分格盡量設置密一些（即盡量將線段MN細分），這樣，計算出的最大位移節(jié)點可以近似看作是位移最大點C。通過C點作梯形底邊和腰的平行線與腰或底邊相交得三條線段，取所得的三條線段中最小的線段的長度m的1/60為撓度控制值[u]。

知道梯形面板的撓度最大值位置和撓度控制值的確定方法后，采用有限元分析法計算的應力位移，就可以完成面板的計算與優(yōu)化選型，具體方法參見本文2.1 條，此處不再贅述。

3. 結(jié)論

本文對曲面玻璃幕墻面板的優(yōu)化選型進行了闡述，給出了三角形面板、梯形面板撓度最大位置及撓度控制值的確定方法。可用于指導幕墻工程設計。

參考文獻：

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