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建筑幕墙装饰线条结构设计分析

2019-12-25 22:30:08

【中玻网】装饰线条结构设计是一个比较优化的过程,需要解决以下几个因素之间的矛盾:1)建筑师要求的外观尺寸;2)结构需要的连接方式;3)对幕墙立柱横梁的影响;4)施工安装的要求。以下分别就铝合金型材装饰线条、铝板装饰线条、以及石材装饰线条的典型例子进行分析。

  铝合金型材装饰线条结构设计分析

  (一)典型的铝合金型材装饰线条节点

  (二)结构分析

  铝合金型材装饰线条常见深度在300左右,装饰线条为整体式的截面或者两个截面组合体,因此装饰线条自身截面刚度较大,足以抵抗风荷载或者外冲击荷载的作用。所以结构设计分析主要针对支撑装饰线条的连接结构和幕墙立柱。此外连接结构在构造上需要满足可拆卸。

  1.连接结构分析

  连接结构主要为了抵抗装饰线条自重和侧向风荷载作用。装饰线条安装采用悬挂式,在顶部设置连接挂点支撑自重,因为线条自重不大,可采用自攻螺钉连接承重。侧向风荷载对装饰线条连接结构和幕墙立柱影响比较大,常见连接结构为刚性板连接和螺栓连接两种情况。以下分别就这两种连接结构进行分析。

  (1)刚性板连接结构

  采用SAP2000建模分析两种布置情况下刚性板连接结构模型。

  模型假设:铝合金立柱为150x75x3计算跨度为4.2m;装饰线条为300x100x3;侧向风荷载为2kPa;连接结构件为刚性板连接,考虑顶底连接和等间距布置两种情况

  由计算模型分析结构比较可得到如下结论:

  1)连接结构主要传力点作用于顶底连接处;

  2)铝合金型材装饰线条两点支撑与多点支撑等效;

  3)装饰线条可简化为顶底支撑的简支梁设计;

  4)顶底连接结构的幕墙立柱侧向变形小于等距多点连接结构的幕墙立柱侧向变形;

  5)装饰线条建议考虑顶底连接方案,多点连接方案不利于幕墙立柱侧向挠度控制。

  (2)螺栓连接结构

  螺栓连接结构一般为等间距布置;线条侧向荷载产生的

  支撑偏心弯矩需要螺栓与支撑点形成力偶抵抗,支撑点作用于幕墙面或者幕墙型材,为受压区域,因此需要考虑此区域的抗压强度承载力。采用SAP2000建模分析螺栓两点连接结构和多点连接结构模型,

  模型假设:铝合金立柱为150x75x3计算跨度为4.2m;

  装饰线条为280x75x3;侧向风荷载为2kPa;连接结构件为螺栓连接,考虑顶底连接和多点等间距布置两种情况。

  由计算模型比较可得到如下结论:

  1)多点连接结构模型线条与幕墙立柱变形是协调一致的。

  2)多点连接结构幕墙立柱侧向刚度为立柱与线条侧向刚度之和。

  3)多点连接结构侧向偏心弯矩分布均匀,方便连接结构设计。

  4)两点连接结构线条与幕墙立柱变形不协调,顶底连接主要受力,对连接设计不利。

  小结:

  比较刚性板连接结构和螺栓连接结构,各有自身特点,刚性板连接结构推荐顶底连接方案,螺栓连接结构推荐等间距布置方案。此两种方案都会对幕墙立柱产生扭转效应,刚性板连接方案在连接点处需要着重考虑扭转效应的影响。螺栓连接结构因为扭转发生在幕墙立柱全截面,为保证幕墙立柱不发生扭转变形,因此需要扭转刚度较大的闭合截面。

  铝板装饰线条结构设计分析

  (一)典型的铝板装饰线条节点

  (二)结构设计分析

  铝板厚度一般为3mm,自身刚度不大,但铝板弯折后具有一定的刚度,深度大于300mm,金属线条通常采用铝板弯折而成,铝板装饰线条需要考虑自重、正面风荷载以及侧向风荷载之间的组合荷载作用影响。铝板作为装饰线条有自身特点如下特点:

  1)小型尺寸铝板装饰线条可以依靠自身刚度保证满足设计要求。

  2)深度或者宽度大于300mm的铝板装饰线条刚度差,需要加强筋增强截面刚度。

  3)大于500以上的装饰线条需要有内部支撑结构。

  4)铝板装饰线条需要满足可拆卸构造。

  采用SAP2000建模比较分析有无加强肋铝板装饰线条截面应力变形情况。

  1.铝板装饰线条内部无支撑结构

  模型假设:铝板装饰线条为300x300x3.0计算跨度为3.5m;正面风荷载-1.0kPa;侧向风荷载为+0.8kPa&-1.2kPa;

  2.铝板装饰线条内部有加强筋支撑

  由计算模型比较可得到如下结论:

  1)铝板装饰线条在无加强筋和有加强筋两种情况下荷载效应不同。

  2)无加强筋情况下铝板作为整体抵抗侧向风荷载,其截面刚度较弱。

  3)有加强筋铝板装饰线条整体刚度较大。

  4)对于大尺寸铝板装饰线条需要在装饰条内部增加独立的支撑结构。

  小结:

  铝板装饰线条质地轻盈,造型多样,尺寸不受限制,大小线条结构各有自身特点,比如小型铝板装饰线条有自身刚度无须附件加强筋,中型的装饰线条完全可以依靠加强肋保证,大型的装饰线条,需要做支撑结构。

  石材装饰线条结构设计特分析

  (一)典型的石材装饰线条节点

  (二)结构分析

  石材装饰线条一般需要独立的支撑结构,考虑到石材板块尺寸,支撑石材面板的次级钢龙骨依据石材分割布置并依次连接到主龙骨结构上,形成整体支撑结构。石材装饰线条需要承受较大的自重荷载,以及侧向风荷载、地震荷载。考虑到石材为脆性材料,支撑钢结构挠度变形比金属装饰条严格。石材装饰线条设计重点为支撑结构的布置以及上墙节点设置。以下就石材装饰线条支撑结构建模分析。采用SAP2000建模分析石材装饰线条支持结构模型。

  模型假设:

  主钢(方通140x90x4;方通100x100x5)次结构(方通50x50x4,角钢40x40x4)计算跨度为6.1m;装饰线条为长宽为1000x1000;30mm石材面板,风荷载1.5kPa,地震荷载0.5kPa

  由石材装饰线条结构设计要点:

  1)石材装饰线条次龙骨布置需要依据石材分割走向布置。

  2)石材装饰线条荷载工况比较多,需要充分考虑各种工况组合情况。

  3)支撑结构需要有较强的整体性,结构分析过程中通过增加内部支撑杆件提高整体稳定性。

  4)对于主次梁节点设置依据实际情况条件设置。

  5)支撑结构一般都需要做材料优化,因此需要理清各种工况作用下荷载传递路径,并找到主要影响因素。针对主要影响因素进行结构优化设计。

  总结

  通过上述三种幕墙装饰线条的结构分析,阐述了装饰线条的结构分析过程,在结构分析过程中同时比较几种结构方案的优缺点,对幕墙装饰线条设计方案的选取有一定帮助。

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