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幕墙竖框最优计算模型及工程实现
　　摘要：本文提出了幕墙竖框的四种计算模型。从变形、弯矩及支座反力三方面对幕墙竖框计算模型进行分析，寻求最优化的计算模型。本文提供了详细的计算方法、设计方案以及工程实例。 中国论文网 http://www.xzbu.com/1/view-7398505.htm　　关键词：简支梁 双跨简支梁 等跨铰接静定梁 双支点铰接静定梁 最优计算模型 　　1.序言 　　在幕墙设计中，人们会根据建筑幕墙结构的特点，采用与之相适应的结构计算与分析方法。幕墙的立柱，是幕墙的“骨架”，如何设计幕墙立柱，选择合理的计算分析方法，是保证幕墙结构安全和提高经济性能的关键环节。 　　竖框的计算模型主要有以下几种形式：单跨简支梁，双跨简支梁，等跨铰接静定梁，双支点等跨铰接静定梁。本文将探讨幕墙竖框的四种力学计算模型，分析影响竖框计算的因素，提出最优化的计算模型及在工程实现中的注意事项。 　　用于分析的工程实例为：幕墙中的危险部位处风荷载为1.56 KN/m2，计算层间高L=3.6米，竖框承担的分格宽度为B=1.5m。 　　校核竖框挠度荷载组合如下： q刚度=Wk×B=1.56×1.5=2.34KN/m 　　校核竖框强度荷载组合如下：q强度=（1.4×1×Wk+1.3×0.5×qEy）×B=3.564KN/m 　　2.单跨简支梁 　　竖框支座反力为： RA= RB=ql/2 　　竖框的中点弯矩最大，最大弯矩为： Mmax=ql2/8 　　3.双跨简支梁 　　当主体建筑的楼层跨度较大时，通常会将立柱设计为双跨梁的结构型式，并采用双跨梁力学模型进行分析计算。 　　我们知道，双跨梁的分析已经非常成熟，在此不赘述。设比例因子 L1/L（短跨与全跨之比）。根据分析，双跨简支静定梁主要注意的： 　　1）短跨与全跨之比，从支座反力的角度出发，在构造允许的情况下，建议>0.1，慎重选择较小的结构型式。 　　2）双跨梁的最大弯矩出现在中间支座处，最大弯矩为，的变化范围是0至0.5，随着值从小变大，在相同的外部荷载条件下，双跨梁的各项力学参数的最大值（如最大支座反力、最大挠度和最大弯矩）是越来越小。当=0.5时，最小，竖框最省料，。 　　3）要综合考虑构造和造价的要求，立柱是否采用双跨梁结构型式。 　　4.等跨接静定梁 　　等跨铰接静定梁每层只有一个固定点，其连接构造为最少，经济效益最为明显。幕墙立柱每层用一处连接件与主体结构连接，每层立柱在连接处向上悬挑一段，上一层立柱下端用插芯连接支承在此悬挑端上，形成等跨铰接静定梁。 　　4.1 合适的悬挑长度 　　设竖框跨长，悬挑长度为，悬挑长度与跨长之比为 。 　　当简支梁的计算不满足规范要求时，可采用等跨铰接静定梁计算模型。在这种情况下第一跨竖框计算长度为，第一跨可采用双支座计算模型。 　　对竖框模型进行优化，选求最省料的计算模型。所谓优化就是采用不同值，使控制点的弯矩接近并达到最优目标（1/15.2qL2）。 　　计算之初约定第一跨采用双跨计算模型，经过多次验算可知，当u=1/7时，竖框的各支座处的弯矩趋于相等，且接近并达到最优目标。因此建议竖框的悬挑长度与总跨度之比1/7。 　　通过公式推导也可以得到悬挑长度与总跨度之比的最佳值。 　　第一跨B支座反力：R1B= qL1/2×[1-（a1/L1）2] 第二跨C端集中力：P2 = R1B 　　第i跨C端集中力：Pi = P2 ×（1- ai/Li） 　　第i跨跨中弯矩：Mi=qLi2/8×[1-（ai/Li）2]2-Piai[1-（1+ai/Li）2/2+ai/Li] 　　第i跨支座处弯矩：M支= Pi×ai+qai2/2 　　可知，当支座的弯矩与跨中弯矩相等时，竖框的受力最合理。于是有： 　　M支= Mi即Pi×ai+qai2/2 =qLi2/8×[1-（ai/Li）2]2- Piai[1-（1+ai/Li）2/2+ai/Li]可得：ai/Li ≈1/6，即竖框的悬挑长度与总跨度之比在u=1/7。 　　4.2最小的计算跨数 　　最小的计算跨数可以快捷的判别工程中能否采用等跨铰接静定梁计算模型，可以快捷把计算结果推广到符合要求的工程单元中。 　　采用上面的例子，分别计算3跨，5跨，7跨，判别计算所需的最小跨数。计算之初约定：1.最后一跨采用简支梁带悬挑计算。2.竖框悬挑长度按照悬挑长度为550mm计算。 　　5跨模型与7跨模型边跨中挠度几乎完全相等，只有0.04mm的差别。5跨模型与7跨模型中跨中挠度只差0.11mm的差别。但3跨模型与5.7跨模型挠度都有非常明显的差别。 　　因此，从上面的对比中可以得出，5跨模型可以用于7跨及任意多跨。即等跨铰接静定梁的最小跨数为5跨。 　　5.双支点等跨接静定梁 　　幕墙立柱每层有两处连接件与主体结构相连，每层立柱在楼层处连接点向上悬挑一段，上一跨立柱下端用插芯连接支承在悬挑端上，形成双支点铰接等跨梁。 　　5.1 合适的短跨及悬挑长度 　　设竖框总跨长，短跨长，悬挑长度为，短跨与全跨之比为L1/L，悬挑与全跨之比为 a/L。双跨简支梁的分析依然适用于双支点铰接静定梁。 　　在双支点的计算中，调整和的取值，使两个支座的弯矩趋于相等，使控制点的效应接近并达到最优目标（1/15.2qL2）。在实际工程中根据结构的实际情况，我们只能在最优化的计算模型中寻求最合适工程实际的计算模型。 　　根据上面的例题，经过多次验算，所求的弯矩是最优的，而不是最小的。根据结果可以得出： 　　当L1/L =1/9，a/L=1/9时，双支点等跨铰接静定梁得到最优的弯矩1/15.2qL2。 　　5.2最小的计算跨数 　　采用上面的例子，分别计算3跨，5跨，7跨，判别计算所需的最小跨数。根据上面的例子，层间高为3.6米，短跨为400mm，悬挑400mm。 　　3跨、5跨、7跨的变形对比后，5跨模型与7跨模型中挠度完全相等。3跨模型与5跨模型中跨中挠度只有0.047mm的差别，占0.047/8.09=0.58%，可以忽略不计。从弯矩对比结果可以看出：从两端看，3跨、5跨及7跨模型对应支座的弯矩完全相等。 　　3跨、5跨、7跨的支座反力（KN）对比后。从两端看，3跨、5跨及7跨模型对应支座的支座反力完全相等。 　　从上面的对比中可以得出，用3跨模型计算结构可以用于5跨及任意多跨。双支点等跨铰接静定梁的最小跨数为3跨。 　　6.本文总结 　　四种计算模型各有优缺点，要综合考虑各种因素选择适合的计算模型，不能一概而论。 　　等跨铰接静定梁每层只有一个固定点，其连接构造最少，经济效益最明显，工作效率最高。但是计算跨度不能小于5跨。而且在一些工程中，由于竖框的型材截面一定，在结构允许的条件下，只能采取双跨梁设计。 　　立柱是否采用哪种结构型式，一方面要考虑构造是否允许，另一方面还要综合考工程造价和结构安全等因素。例如双跨梁可以改善幕墙立柱的受力，特别是可大大降低立柱的变形，增加立柱的强度的刚度，节约幕墙立柱的材料，但会增加结构的复杂度和工程量。 　　在工程中，对于大层间单跨简支梁，可以通过增加支座的方式变为双跨简支梁模型。 　　参考文献： 　　1、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003 　　2、《铝合金结构设计规范》 GB 　　3、《建筑结构静力手册》（第二版） 　　4、包世华等著《结构力学》 　　5、《钢结构设计规范》GB 　　6、《建筑结构荷载规范》GB
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《幕墙力学计算原理和方法》
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《幕墙力学计算原理和方法》
关注微信公众号请问，单元式石材幕墙技术要点主要有什么我是___486单元式幕墙，是指由各种墙面板与支承框架在工厂制成完整的幕墙结构基本单位，直接安装在主体结构上的建筑幕墙。单元式幕墙主要可分为：单元式幕墙和半单元式幕墙又称坚挺单元式幕墙，半单元式幕墙详分又可分为：立挺分片单元组合式幕墙，窗间墙单元式幕墙。在单元式幕墙的系统设计中，型材断面的设计非常重要。它不仅决定单元式幕墙的安全性，工艺性。同时还决定了单元式幕墙的其他物理性能。然而幕墙设计师们大多往往只通过力学计算重点考虑了型材断面的设计安全性，而忽视了型材断面对其他性能的贡献。因此单元幕墙的雨水渗漏现象非常突出，单元板块间的自由缝现场堵胶就成了幕墙厂家在现场工程排故过程中所用的主要手段。型材断面虽然不是固定不变的，但是其断面的设计是有规律的。它必须将其安全性、工艺性和结构防水同步考虑。由于工程上所用的幕墙节点形式很多，因此本文不可能详细论述，现就如下的典型图例进行分析：
(1)合理设计型材端面及型材咬合位置，尽量将水密线与气密线分离，保证等压腔发挥作用。
(2)断面上尽可能避免在制作过程中开工艺孔，气密线腔壁上禁止开工艺孔。(图中所示构造无工艺孔)
(3)断面设计时应考虑在竖向(或横向)构件上设置传递荷载与作用的专用装置，尽可能避免气密线胶条参与传力，图中插芯端面3为传递力和板块吊装的专用装置。
(4)插接式单元幕墙在断面设计时应考虑板块安装后插接件之间有不小于15毫米的搭接长度。以便有能力适应层间变位和吸收现场安装产生的误差。
(5)断面设计时应考虑预留安装软披水胶条的槽口，以便板块安装后在缝隙处形成阻水屏障，图中胶条3和胶条8的槽口就起到这样的作用。
更多回答knettpj35177你好，单元式石材幕墙技术要点主要有：石材幕墙面板材料的特性：做为外围护结构的石材幕墙，虽然它不承受主体结构的荷载，但它处于建筑物的外表面，除承受本身自重外，还要承受风荷载，地震作用和温度变化作用的影响，因此要求石材必须安全可靠。对石材的性能、质量要求包括：抗压强度、抗折强度、抗弯强度、硬度、耐磨性、抗冻性、耐火性、可加工性等。由于玻璃幕墙、铝板幕墙所用不同种类的玻璃和铝板其材料均为工业产品，是经加工生产出来，而石材幕墙用的石材是天然材料，其材质均匀性较差，弯曲强度离散性大，属于脆性材料，在生产、开采、加工过程中难免产生一些轻微的内伤，很难被发现，且它的重要性能取决于矿物成份和结构，但取样测试出的上述一系列性能，每块试样均有差别，不如工业品那样差别小。由于取材面的不同，所测性能也不会完全一致。何况一座山上取成百上千块石材。应该理解，天然产品和工业产品取材检测结果其代表性是有明显的差别。一般用于建筑石材大致为二种：一种为花岗石，一种为大理石。花岗石由于抗压强度较大理石大，多用于墙面、基座、地面、台阶等。大理石多用于室内装饰。花岗石、大理石、均属于脆性材料，具有天然石材的不均匀性，石材的晶体间有肉眼看不见的空隙，属于多孔材料，吸水、吸油性强，较易被污染，强性摩擦产生粉尘，抗火性差，在大火燃烧中石板爆裂。花岗石、大理石均包括十几个品种，花岗石的抗压强度为100-210MPa左右，抗折强度为9-23MPa左右，质量密度公斤/米3；大理石抗压强度60一180MPa左右，抗折强度6-20左右，质量密度近似花岗石。石材为天然材料，其力学性能、离散性大，即使同一产地的石材性质也有差距，方向性强，为了真正掌握其性能，应分段取样。在石材中有很多明显和隐形的裂缝，随时间推移会有新发展，石板重量大，约为玻璃重量的5倍，铝板的8倍，固定相对困难；何况又是脆性材料，认真的认识到了石材幕墙的面板材质，才更会对石材幕墙精心设计，精心施工，要保证工程质量和人民生命财产的安全。????????此次工程石材面板选用花岗岩，因花岗岩主要的结构物质是长石和石英，其质地坚硬，耐酸碱，耐腐蚀，耐高温，耐日晒雨淋，耐冰雪冻，耐磨性好等特点，故其耐用年限长。根据设计要求，确定石材的品种、颜色、花纹和尺寸规格，并严格控制，检查其抗折、抗拉及抗压强度，吸水率，耐冻融循环性能。石材进场拆包后要每块检查，是否有破碎、缺棱角、缺边、变色、局部污染、表面洼坑、麻点、明暗裂缝、有无风化以及进行边角垂直和平整度测量，对存在明显上述缺陷或隐伤的要选出。???????配合设计单位和建设方的工作，根据设计方对幕墙分格形式及材质颜色等建筑效果的要求，向建设方提供各种石材样本，以协助其尽快确定所用石材。通常要在对几种石材的选择中，应依据所掌握的石材资料，重点考虑拟用石材的表面特征、颜色和纹理等技术性能指标。尽管石材供应商已给出了石材的物理性能指标，但石材作为一种天然材料其物理性质变化很大，因此必须重新确认，以便为石材的设计确立相应的设计指标。
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第六、铝板幕墙密封方式是否合理；防水密封方式很多，结构防水，内部防水，打胶密封，不同的密封方式价格也不尽相同，选择适合的密封方式用于工程中，保证幕墙的功能及外饰效果。
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目前，各种建筑材料充斥，材料的质量也不尽相同，选择合格的材料，是保证幕墙质量之根本，必须采用严格的检查手段和方法以保证材料的质量。
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