點支式玻璃幕墻支承體系方案設(shè)計的分析

王盛文 高 飛 孔俊東

在大型公建項目中,點支式玻璃幕墻的應(yīng)用越來越廣泛,該種幕墻的支承體系既是承重結(jié)構(gòu),又是精巧的裝飾,體現(xiàn)了力與美的和諧統(tǒng)一[1]。對點支式玻璃幕墻支承體系設(shè)計方案的選擇,既要考慮承載力性能以保證結(jié)構(gòu)的安全性,又要考慮建筑立面的效果以保證其美觀性,還應(yīng)考慮所用體系的性價比以保證其經(jīng)濟(jì)合理。本文以無錫新區(qū)科技交流中心工程項目為例,綜合分析其玻璃幕墻支承體系的設(shè)計方案。

無錫新區(qū)科技交流中心平面布置設(shè)計為梅花——無錫市市花(見圖1),是一座富有時代感和科技特色的地標(biāo)性建筑,建筑面積約36 000 m2,主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),地下1層,地上3層,局部4層,屋面結(jié)構(gòu)層為鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼,其外層為平滑連續(xù)起伏的金屬表面,檐口標(biāo)高最矮處為12.9 m,最高處為31.2 m。梅花形建筑立面的底部兩層向內(nèi)收進(jìn),3層鋼平臺(9 m標(biāo)高處)沿建筑周邊挑出約5 m作為景觀走廊。建筑主體外立面是夾板式點支式玻璃幕墻,采用無孔的Low-E中空玻璃:厚度(10+12A+10)mm,弧形彎鋼化。

1 幕墻支承體系的方案設(shè)計

由于沿建筑一周設(shè)計了懸挑的景觀走廊,科技交流中心的玻璃幕墻支承體系的方案設(shè)計是一個技術(shù)難點。歷時約18個月,先后共提出過4種傳力體系設(shè)計方案:方案一為拉索吊掛體系(見圖2a));方案二為桁架吊掛體系(見圖2b));方案三為鋼柱支承體系(見圖3a));方案四為剛性挑梁支承體系(見圖3b))。

2 設(shè)計方案的對比分析

針對點支式玻璃幕墻支承體系的4種設(shè)計方案,著重對比分析建筑效果(A)、結(jié)構(gòu)傳力(B)、幕墻變形(C)、施工難度(D)和工程造價(E)5項內(nèi)容。

首先,采用0～4評分法確定5項內(nèi)容的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)本工程的特點,可以確定基本條件為:A比B重要得多,B與C同樣重要,A比D重要,D與E同樣重要,E比B重要。由此可計算5項內(nèi)容的權(quán)重系數(shù),見表1。

表1 權(quán)重系數(shù)的計算

然后,組織專家評委對4種方案的5項內(nèi)容進(jìn)行分析并且評分,5位專家的評分見表2,綜合分析內(nèi)容見表3,4種方案的綜合評分與排名見表4。

表2 4種方案的評分情況

表3 4種方案的綜合分析

表4 4種方案的綜合評分與排名

綜合上述分析研究,方案四被選用為實施方案。依據(jù)方案四,將景觀走廊的徑向挑梁設(shè)計為實腹式鋼梁,而且將根部剛節(jié)點按鋼結(jié)構(gòu)框架的剛節(jié)點設(shè)計[2],使剛性挑梁同時承擔(dān)景觀走廊、上部幕墻和下部幕墻的荷載。鋼平臺的徑向梁做“剛”,同時將根部節(jié)點做“剛”,使得懸挑的徑向鋼梁變形在規(guī)范的限值范圍內(nèi),使鋼平臺上部和下部的玻璃幕墻不至于因變形而遭到破壞。沿建筑一周共計37根牛腿形鋼挑梁。施工技術(shù)要求:做好測量定位工作,不僅應(yīng)控制好標(biāo)高,而且應(yīng)調(diào)整好徑向角度,牛腿梁的軸線方向應(yīng)與“梅花”的徑向放射形軸線重合,還應(yīng)做好固定措施,防止混凝土澆筑、振搗過程中發(fā)生移位。

3 結(jié)語

對于造型復(fù)雜的大型公建項目,幕墻體系對整個建筑的效果和造價影響較大,而且其支承體系的設(shè)計方案較多,因此應(yīng)采取合適的方法進(jìn)行方案比選。對于無錫新區(qū)科技交流中心幕墻的支承體系,采用0～4評分法確定其建筑效果、結(jié)構(gòu)傳力、幕墻變形、施工難度和工程造價5項內(nèi)容的權(quán)重,然后綜合評分確定最優(yōu)方案。所選擇的設(shè)計方案獲得業(yè)主、上級主管部門、項目管理公司、設(shè)計和施工單位的一致認(rèn)同。

[1]蔣鳳昌.點支式玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)計算與優(yōu)化研究[D].南京:江蘇大學(xué),2003.

[2]01(04)SG519,多、高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造詳圖[S].