建筑幕墙竖向外装饰线的应用与分析

2014-06-06高树鹏

山西建筑 2014年16期

关键词：单元式型材幕墙

高树鹏

(汕头大学医学院附属肿瘤医院，广东汕头 515031)

幕墙行业在建筑领域发挥的功能已经远远超出了建筑外围护的范畴，随着大众审美品质的提高，建筑外立面渐渐地向装饰性发展。越来越多的业主和建筑师倾向于选用带装饰条的建筑外幕墙，有的竖向装饰线的截面尺寸甚至超过了承受荷载的立柱。

1 建筑幕墙竖向外装饰线形式

建筑幕墙通过装饰条体现建筑挺拔的立面效果，同时对室内起到很好的遮阳作用。建筑幕墙装饰线通常有整体、分段连接两种形式与铝合金型材装饰条和铝单板或其他面材装饰线等做法。

1.1 铝合金型材装饰线

铝合金型材装饰线是建筑幕墙最常用的形式，由一种或多种型材组合而成，构造简单，安装方便，通常直接扣接于连接在立柱上的压板，如图1所示。随着铝合金装饰线尺寸的加大，型材挤压要求壁厚不断加大，其自身重量也越来越大，当铝合金装饰线与铝合金压板之间扣接的摩擦力小于铝合金装饰线所承受的风荷载和自身重量时，会造成铝合金装饰线脱落。因此当铝合金装饰线达到一定尺寸时，应采用其他构造设计，以确保安全［1］。

图1 直接扣接单点连接的装饰线

当铝合金装饰线宽度尺寸较大时，铝合金压板悬臂越长，在负风压的作用下，扣接处离螺钉距离越远，变形越大，此时应采取其他构造措施，改善扣接处受力条件。通常可通过加大位于室内的铝合金立柱型材的宽度，并在铝合金压板与立柱之间采用双连接，减小铝合金压板悬臂长度来实现，如图2所示。在某些情况下，建筑幕墙外装饰线应用如图3所示分段组合形式。在分段装饰线中，为防止上下分段连接之间出现错位，需在装饰线上设置限位孔，通过采用不锈钢限位销将上下装饰线位置安装得更准确，最大限度减小安装偏差。分段设计的建筑幕墙装饰线最大的优点是分段挤出型材具有可实现性，型材壁厚相对较薄，经济性好;缺点是安装精度要求高，保证各段装饰条连接的整体性有一定困难，而且分段连接安装后，会出现多条“线”(各段装饰条之间及装饰线与装饰扣盖之间的缝隙)，影响侧向外视美观性。分段装饰线安装时竖向接缝应考虑与幕墙板块胶缝对齐，杜绝接缝杂乱无规则，错位、不平直等现象，接头缝隙打胶应贴美纹纸。通常将接缝留在胶缝处，装饰线长度一致，接头位置整齐有规律;接口部位加设芯套，底座安装垂直或水平成一直线，两接头处共设同一底座板;接缝部位预留5 mm左右的缝隙，用装饰线颜色接近的耐候胶修饰，缝隙打胶须贴美纹纸，缝宽控制在5 mm左右，胶缝刮平并修整整齐［2］。

图2 多点连接的装饰线

图3 分段组合的装饰线

1.2 铝单板或其他面材装饰线

当铝合金型材生产很难达到装饰线尺寸要求时，常采用铝单板装饰线或其他面材装饰线。铝单板装饰线或其他面材装饰线通常采用自设热镀锌角钢龙骨(尺寸小时可以不自设龙骨)，与建筑幕墙立柱可靠连接，如图4所示陶土板饰面装饰线。此种构造设计，在装饰条两侧通常设置两根立柱，室内无混凝土结构时，可采用室内装饰板(如铝单板、铝塑板、硅酸钙板等)进行封修，保证内饰效果。在建筑幕墙“等温线”位置设置保温岩棉，避免建筑幕墙在装饰线处出现冷桥现象，确保外围护结构的整体节能效果。建筑幕墙采用铝单板装饰线或其他面材装饰线，其优点是构造简单直接，铝单板或其他面材可以与龙骨可靠连接，安全性高，平整度好;接缝处采用硅酮耐候胶密封，水密性好。

图4 陶土板饰面装饰线

在高层建筑中，当装饰条尺寸很大时，建议采用装饰线的龙骨不与建筑幕墙立柱连接，而是直接与主体结构连接，确保安全。当装饰线尺寸大于立柱尺寸时，也可以通过构造设计让装饰条作为受力构件，节约材料。另外从防水方面考虑，装饰线的固定压块建议采用通长设置，使打胶能有效控制，避免密封胶开裂。

2 建筑幕墙竖向外装饰线在造型幕墙中的应用

造型幕墙通常会采用钢铝组合结构方式解决结构复杂多变的难题。建筑幕墙的支撑结构或立柱、横梁采用钢结构设计，通过转接件或转接钢板来实现建筑造型，由于建筑分格通常会造成面板四点不共面。在造型建筑幕墙中，装饰线除体现建筑挺拔的立面效果，对室内起到遮阳作用外，还可以缓解渐变的曲度，同时达到理想的装饰效果［3］，如图5所示造型幕墙节点。

图5 造型幕墙节点

3 建筑幕墙装饰线的受力分析

大规格的装饰线在建筑幕墙中的运用越来越多，由于大规格装饰线会承受较大的侧向风荷载，使建筑幕墙的立柱承受一个较大的弯矩和扭矩，进而给支座带来较复杂的作用力。正确分析荷载的传递路线以及各个构件的受力状态，确定合理的结构方案，做到安全、合理、经济是大规格的装饰线设计必须面对的问题。对于单元式玻璃幕墙，在风荷载作用下，装饰线对单元式立柱产生弯矩、剪力、拉压力，同时还会对单元式立柱产生扭矩。下面以武汉浙商大厦单元式玻璃幕墙构造如图6所示宽幅、窄幅的外装饰线进行分析。武汉浙商大厦单元式玻璃幕墙竖向外装饰线挑出玻璃面700 mm，在正向风荷载的作用下，单元立柱的X轴受弯，同时承受轴向力;在侧向风荷载的作用下，单元立柱的Y轴受弯，宽幅竖向装饰线由于加了斜杆，因此装饰线龙骨传到单元立柱的力是X和Y方向的水平力所受到的扭转力矩很小，窄幅竖向装饰线龙骨传到单元立柱的力除了X和Y方向的水平力外还附加一个扭转力矩。带有大规格装饰线的单元幕墙立柱结构设计时，除了考虑截面强轴抗弯外，还要考虑弱轴抗弯，截面抗扭，单元板块的面内水平限位。

图6 竖向装饰线

3.1 在侧风作用下的强度验算

侧向荷载作用在装饰线面板上，通过钢架传递到单元立柱上。下面以宽幅装饰线模型在侧风作用下的强度进行计算:

立柱承受的侧向水平线荷载:标准值:W=qK×B=1.85×0.7/2=0.65 kN/m;设计值:Wc=q × B=2.67 ×0.7/2=0.94 kN/m。立柱承受的水平向水平线荷载:标准值:S=qK×B=0.56 kN/m;设计值:Sc=q×B=0.80 kN/m。荷载设计值组合表达式:COMB1=Wc+Sc。I=43.532+13.538+9.257 ×2.06/0.7=84.31 cm4。通过软件计算得到立柱跨中最大弯矩为Mc=1.338 kN·m(侧向);M=0.556 kN·m(正向)。

对较弱截面母料进行计算，截面母料计算图见图7。

图7 截面母料计算图

按刚度分配在各自立柱上的水平弯矩大小为:

按刚度分配在各自立柱上的侧向弯矩大小为:

作用在母料上的最大弯曲应力:

结论:钢材最大强度应力比为0.613＜1，因此钢材满足要求，铝立柱在侧线荷载作用下最大挠度大小为6.4 mm＜3 970/180=22 mm，立柱最大强度109.1 MPa，结构均满足要求。

3.2 立柱抗扭验算

宽幅模型在荷载COMB1=Wc+Sc作用下，Tmax=43 069 N·mm。

扭矩按刚度分配到立柱与角钢上:

立柱扭转抵抗矩大小如下:

扭矩作用在铝立柱下剪切应力大小为:

扭矩作用在角钢下剪切应力大小为:

满足要求。

窄幅模型的Tmax=92 621 N·mm。

扭矩按刚度分配到立柱与角钢上:

扭矩作用在铝立柱下剪切应力大小为:

扭矩作用在角钢下剪切应力大小为:

满足要求。

通过对单元式幕墙装饰线在侧向荷载作用下，单元立柱的强度及抗扭验算，提高我们对侧风作用下单元式幕墙立柱受力状态的认识，由于单元幕墙横梁和立柱都有明显的强弱轴，并且由于开口料抗扭转能力较差，当外荷载作用在单元构件的弱向时，必须充分考虑构件的抵抗能力，并通过合理的结构布置，宽幅装饰线通过加斜杆，减弱了偏心荷载对立柱产生的扭矩，使立柱受力更合理，可大幅度降低扭矩产生的剪应力及扭转变形，使幕墙结构受力更合理、安全。