浅谈装饰条对立柱的影响
来源:技术部 | 作者:宏科建设 | 发布时间: 1438天前 | 2392 次浏览 | 分享到:


  在我国目前的形式多样,按照外观效果可分为明框式幕墙、隐框式玻璃幕墙、横明竖隐式玻璃幕墙、横隐竖明式玻璃幕墙。而因为考虑到安全问题,全隐框幕墙在多个地方已经发文禁止了。因此现在的幕墙都是有装饰扣盖的(横向或者竖向,或者两者都有),而很多建筑师为了美观往往把装饰扣盖做成大装饰条,甚至有一些装饰条离玻璃面长达400mm,因此装饰条往往是会受到侧向的风荷载的。可是目前的幕墙规范立柱计算中并没有考虑装饰条对立柱的影响这种情况,设计人员往往也只是按照经验来考虑这部分影响或者甚至一些还讲其影响忽略。显然这样做是不妥的,是底气不足的,下面我就研究一下装饰条对立柱的影响。
     首先我们取一个过往工程的节点如图一所示,装饰条
250mm,装饰条外部离立柱中心378mm,假设装饰条侧向所受荷载标准值2.0kPa,设计值3.0kPa。(计算风荷载体型系数按-2.0考虑,因为本文不是研究荷载的大小因此装饰条所受荷载不作计算),立柱跨度为4200mm的单跨。

                     
                                            图一



我们首先来看看第一种连接方式。装饰条每隔一定距离(300mm左右)与立柱连接,或者装饰条扣在转接件上,这两种情况计算时都可以简化为与立柱通长连接。

接下来我们利用ansys进行计算。

立柱所受荷载,侧向均布线荷载qk=2.0*0.25=0.5kN/mq=3.0*0.25=0.75kN/m。扭矩Mk=0.5*(0.378-0.25/2)=0.127kN/m^2,M=0.75*(0.378-0.25/2)=0.190kN/m^2

计算结果:
                
                                         强度应力图



                             剪应力





                            变形图


可见强度值σ=36.4MPa,抗剪强度τ=1.0MPa,则其跟材料限制占比分别是(立柱为6063-T6):

强度:36.4/150=24%,抗剪强度:1.0/55=1.8%

挠度值d=17.91mm,挠度极限为4200/180=23.3mm

由此我们是否能得出一个结论:装饰条对立柱的影响是非常大的,不考虑其影响是不安全的,尤其是侧向变形。但是我们又有一个疑问,如果影响真的那么大,大量的实际工程又为什么不出问题呢?

究其原因,其实上述算法忽略了幕墙的整体刚度,立柱侧向是有玻璃的,玻璃变形跟立柱不一致所以起到一个阻止立柱变形的作用(注意横梁位移与立柱一致起不到作用)。而上述算法忽略了其对立柱侧向刚度的加强的影响。但是问题又来了,那我们能否整体建模来计算一下立柱受力呢?显然这个问题是很难实现的,因为玻璃跟立柱时用结构胶或者扣盖压实这样方式的柔性连接,那到底刚度影响有多大,通俗来说他能有多大帮助,这是一个非常含糊的,无从而知的。

既然这样我们就只能避免这种情况出现,那我们就想方法去改进。

接下来我们继续研究,把装饰条连接方式改为顶底连接,中间不连接我们看看立柱受力如何。

考虑施工误差和一些设计因素,装饰条连接点离顶部和底部各300mm。立柱所受荷载,侧向集中力荷载P=2.0*0.25*4.2/2=1.05kNq=3.0*0.25*4.2/2=1.575kN/m。扭矩Mk=1.05*(0.378-0.25/2)=0.266kN/mM=1.575*(0.378-0.25/2)=0.398kN/m

计算结果如下:


               

                                   应力云图
            

           

                                剪应力



   

                             变形图


得到强度值σ=10.5MPa10.5/150=7%),抗剪强度τ=1.0MPa,挠度值d=6.15mm

可见强度挠度都大大减小了,我们实际工程立柱强度往往留用10%左右的余量,现在只有7%而且实际中侧向风压跟幕墙的负风压不一定需要同时组合考虑,因此这样的设计是安全可靠且合理的。

因为幕墙往往是连续的因此装饰条往往也是连续的,那连接方式还能进一步优化装饰条下端可与下部的装饰条连接起来(铰接),这样就能减少一个连接点了,又因为单个连接点力大了可是因为靠近立柱支座处,所以对立柱的影响不会很大,再这里就不去计算验证了。

所以,通过本文可以得出以下结论:

1、把装饰条设计成足够的强度,然后上下连接,简化为简支梁形式;

2、装饰条与立柱连接的连接点越靠近端部(支座处)越有利,尽量不要通长连接;

3、装饰条产生的扭矩,对于框架这种闭口立柱产生的作用(剪切应力)是非常小的,但对于带装饰条的单元幕墙立柱和带装饰条的开口横梁的影响可以会有所不同,有待进一步研究。