鋼結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計實例

1、Word文檔 鋼結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計實例 幕墻以獨特的顏色與光影、多變的造型包覆在建筑表面，是現(xiàn)代建筑最顯著的表現(xiàn)特征之一，也是項目業(yè)主和設(shè)計師關(guān)注的重點。 一般的幕墻一般通過連接件把幕墻框或面板與主體結(jié)構(gòu)固定即可。但對于特殊高大的幕墻，就需要設(shè)計特地的支承鋼結(jié)構(gòu)，有實腹梁柱、桁架、索網(wǎng)、索桁架、純玻璃結(jié)構(gòu)等形式。 幕墻結(jié)構(gòu)承受的荷載包括豎向重力荷載和水平荷載（風(fēng)荷載為主），相應(yīng)的需要兩個方向的傳力體系。當(dāng)然，也可以將兩個傳力體系合二為一。 對于幕墻豎向自重荷載，一般采納吊掛式或下承式；對于水平風(fēng)荷載，一級支承構(gòu)件可以是立桿、橫桿或雙向受力。 之前小 i 介紹過索網(wǎng)幕墻、索桁架幕墻、純玻璃結(jié)構(gòu)，系列文

2、章見文末鏈接。今日再共享幾個好玩的案例，看結(jié)構(gòu)工程師如何在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)揮制造力。 實腹梁柱 實腹截面的鋼立柱是最常用幕墻支承結(jié)構(gòu)形式。出于建筑立面效果的考慮，一般要求構(gòu)件截面在立面上的寬度盡量小。 當(dāng)截面寬度小到肯定程度，鋼柱就變成了一塊厚鋼板。雖然從力學(xué)角度考量的材料效率和受力穩(wěn)定性并不好，但外觀輕薄、加工便利、避開了小尺寸構(gòu)件的焊接變形，深得建筑師青睞。 由于厚鋼板構(gòu)件的截面寬度過小，構(gòu)件弱軸穩(wěn)定問題很突出。常見設(shè)置水平方向的鋼拉索，以約束構(gòu)件的失穩(wěn)。如上圖所示，每道橫向約束由兩根拉索組成。 假如幕墻柱不承受豎向力，或者上端吊掛受拉，其穩(wěn)定性能得到提高。下圖案例所示的幕墻柱之間通過鋼拉

3、索約束鋼柱失穩(wěn)。同時，另有一道靠近玻璃面板的鋼索吊掛著點式爪件，承受著幕墻的重力荷載，幕墻鋼柱僅承受水平荷載。 空腹桁架 空腹桁架、平面桁架、立體桁架形式的幕墻，由于桁架桿件數(shù)量大、視覺重疊，很難做到通透而細(xì)致。間或也有特例。 紐瓦克國際機場候機廊的幕墻，幕墻柱的間距較小(約34m)，每根幕墻柱負(fù)擔(dān)的荷載小。設(shè)計上把常規(guī)的實腹式幕墻柱截面，離散成空腹桁架的細(xì)小桿件，并不覺得笨重。 細(xì)節(jié)處理方面，桁架腹桿用鋼板代替并且切出圓角，使得鋼結(jié)構(gòu)外觀上更像腹板開孔的梁；桁架之間的連系桿與幕墻橫框錯開，避開兩者重疊顯得構(gòu)件太大，意外地呈現(xiàn)出相對勻質(zhì)的立面。 約翰肯尼迪國際機場的幕墻柱也類似，空腹桁架柱采納

4、小管徑構(gòu)件，桁架兩端的弦桿捏攏收小，腹桿為紡錘形方管。細(xì)部設(shè)計方面，鋼結(jié)構(gòu)與玻璃面板的連接顯得更加緊密。 當(dāng)然，也有把雙向桁架，甚至三向桁架用作幕墻支承結(jié)構(gòu)的案例。 YAMAHA樂器銀座店的幕墻設(shè)計取自弦樂器的意像，采納索幕墻形式。立面大部分為斜放的網(wǎng)格，僅在首層因開門和櫥窗位置豎直板塊。 因此，上部的幕墻索網(wǎng)根據(jù)斜交網(wǎng)狀布置，錨固在建筑兩側(cè)強壯的側(cè)墻上；而首層為簡潔的豎向單索幕墻。兩種索幕墻通過二層的剛性桁架轉(zhuǎn)換。 東京Mori美術(shù)館是一棟圓桶形的建筑，主體的豎向和抗側(cè)結(jié)構(gòu)為建筑中心的鋼結(jié)構(gòu)支撐筒體。像酒桶形的立面幕墻并不適合采納索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由于施加預(yù)應(yīng)力的鋼索會使單曲率幕墻面對內(nèi)收緊，結(jié)構(gòu)體

5、系不穩(wěn)定。 本項目幕墻設(shè)計的奇妙之處在于，設(shè)置一道道環(huán)向的鋼橫梁，限制索網(wǎng)向內(nèi)收緊的變形趨勢，實現(xiàn)了桶狀的索網(wǎng)幕墻。 在交叉索網(wǎng)中施加預(yù)應(yīng)力形成抗風(fēng)抗震所需的水平剛度；沿立面豎向設(shè)置更加纖細(xì)的拉索吊掛幕墻重量；橫梁設(shè)計成環(huán)形的鋼片，即交叉索網(wǎng)和豎向索索力的水平重量，同時用來固定玻璃板塊。三者相輔相成。 我們知道索網(wǎng)幕墻內(nèi)有很大的拉力，因此需要周邊主體結(jié)構(gòu)供應(yīng)肯定的剛度和承載力。有沒有其它方法？ Sowwah Square項目中，轉(zhuǎn)角處并沒有強壯的主體結(jié)構(gòu)支承索網(wǎng)幕墻。結(jié)構(gòu)工程師設(shè)計了兩個平面上的魚腹形索桁架來擔(dān)當(dāng)水平向索力。角部的鋼立柱只承受軸力，截面有機會做得很小。 不過，魚腹形索桁架的剛度

6、可能比較小，是否與索網(wǎng)幕墻的索力和變形協(xié)調(diào)，尚需進(jìn)一步考證。 玻璃肋幕墻 為了實現(xiàn)視覺上最大程度的通透，有些玻璃肋幕墻設(shè)計上，取消了人視高度范圍內(nèi)的肋板，僅保留立面的上半部分肋板。玻璃肋呈懸臂受力的狀態(tài)，外形也呈上寬下窄。 一些項目案例中，直接利用靠近幕墻的主結(jié)構(gòu)柱作為幕墻系統(tǒng)的一級支承，再幫助以二級構(gòu)件，構(gòu)成完整的幕墻結(jié)構(gòu)體系。 下圖所示的項目中，以主樓柱子做豎向構(gòu)件，以三角形飛翼和玻璃肋做水平橫梁，以鋼拉桿吊掛玻璃重量。 三角形飛翼、飛翼與飛翼的鉸點、飛翼與水平玻璃肋的節(jié)點等做了細(xì)致處理。雖然整個系統(tǒng)略顯繁瑣，但看得出結(jié)構(gòu)體系和細(xì)節(jié)的設(shè)計都花了許多心思。 下圖所示的案例也用了類似方法：斜撐桿與水平梁構(gòu)成穩(wěn)定的三角撐，鋼拉桿吊掛幕墻自重。 認(rèn)真看橫梁由成品槽鋼開孔制作，撐桿與橫梁鉸接節(jié)點做了一個真實意義的轉(zhuǎn)動銷軸，爪件與橫梁、爪件與拉桿的連接簡潔、有效。 McLaren Technology Centre項目中，將鋼板橫梁根據(jù)連續(xù)梁彎矩的變化，而寬度漸變，并隨著建筑立面曲折延長。在靠近柱子位置的鋼梁寬度最大，一方面能夠與柱子直接相連，另一方面在鋼板開很多孔來消解結(jié)構(gòu)的尺度。 鋼板橫梁僅能承受水平荷載，幕墻的豎向荷載由豎向拉索吊掛，拉索貼近玻璃板塊的分縫，幕墻整體顯得非常簡潔。認(rèn)真看橫梁鋼板與柱子的法蘭連接，也是足夠講究。 幕墻結(jié)構(gòu)雖然體量小、受力清楚，但其結(jié)構(gòu)形式