屈胤儒 成都方大建筑科技有限公司设计院副院长、工程师

一、项目简介

1、项目概况

成都招商大魔方14 号楼位于四川省成都市天府大道北段与锦城大道交叉口，由成都招商远康房地产开发有限公司兴建。项目总用地面积为2811.42m2，总建筑面积约为91 863.09 m2。项目建筑层数为地上51 层，地下4 层，建筑高度为201.600m。项目主要幕墙形式包括玻璃幕墙、铝板幕墙、铝合金格栅、铝合金百叶等。其中，铝板幕墙的最大高度为201.600m，超过了《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ 133—2001）[1]第1.0.2 条关于该规范适用于“建筑高度不大于150m 的民用建筑金属幕墙工程”之规定。本项目铝板幕墙超限类型为建筑高度超限，超高51.600m，超限部分的铝板面积约5000m2。成都招商大魔方14 号楼具体分布详见图1。

图1 立面示意图

2、设计基本参数

基本风压为0.30 kN/m2（50 年一遇，考虑楼群干扰效应系数1.1）；基本雪压为0.10 kN/m2（50 年一遇）；就风荷载体型系数而言，大面区域为1.2，墙角区域为1.6；地面粗糙度为C 类；抗震设防烈度为7 度；基本地震加速度为0.10g；面材种类为3mm 铝单板，采用角码及不锈钢螺钉固定；支撑结构材料主要为Q235B 钢材、6063-T6 铝型材；建筑结构形式为框架—核心筒结构；幕墙设计使用年限为25 年。

二、设计方案

1、设计思路

对于本项目超限部位铝板幕墙，首先考虑了建筑群体效应，将风荷载提高至1.1 倍，确保铝板幕墙的结构安全性。同时，充分考虑了超限部分铝板幕墙的结构安全储备，将铝板主龙骨的规格加大为100mm×60mm×5mm钢矩管，将铝板加劲肋的规格加大为40mm×40mm×3mm，并加密铝板加劲肋的布设为300mm 间距。另外，加强超限部分铝板的固定，加密铝板角码的布设为300mm间距，加大不锈钢螺钉的型号为ST4.8。

2、连接设计

在设计中，超限部分铝板主龙骨采用100mm×60mm×5m 钢矩管，通过10#槽钢转接件与主体结构内的预埋件进行固定。横梁采用L 50mm×5mm 等边角钢，固定端与主龙骨焊接，伸缩端采用不锈钢螺栓与主龙骨连接。龙骨系统均采用Q235B 钢材，表面热浸镀锌处理。面板为3mm 厚单层铝板，材质为3003-H14，表面氟碳喷涂处理，背部设置加强肋。铝板通过角码、ST4.8 不锈钢螺钉与龙骨系统固定，面板之间设置16mm 宽度胶缝，采用泡沫棒和硅酮耐候密封胶填充。具体连接设计详见横剖节点连接示意图（见图2）、竖剖节点连接示意图（见图3）。

图2 横剖节点连接示意图

图3 竖剖节点连接示意图

3、工艺设计

铝板加工时，面板四边均折边20mm，背面沿长边方向布设加劲肋，加劲肋截面尺寸为40mm×40mm×3mm，布设间距约300mm。固定面板的角码通过2 颗φ4 不锈钢铆钉固定到折边上，角码间距为300m。

三、结构验算

1、验算依据

根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009—-2012）[2]、《 建 筑 抗 震 设 计 规 范》（GB 50011—2010）[3]、《 建 筑 幕 墙》（GB /T 21086—2007）[4]、《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ 133—2001）等现行规范条文规定，结合本项目的建筑层高、铝板分布等情况，针对本项目超限铝板幕墙进行下述3 种类型的结构验算。结构验算主要采用SAP2000 有限元软件进行分析。

2、主要验算情况

类型一为标准层大面铝板幕墙：位于建筑实体墙外侧，结构跨度为3800mm，采用连续梁设计模型，其中外伸长度为500mm，最大使用高度为188.660m，最大面板尺寸为 1375mm（宽）×2500mm（高）。

通过对标准层大面铝板幕墙的结构构件及系统进行分析、计算得出：铝板 的 强 度σ=48.329 7N/mm2＜97.0N/mm2；铝板的挠度d=4.10mm ＜L/100=1 375/100=13.75mm； 主 龙 骨 的 强 度σ=112.528N/mm2＜215N/mm2； 主龙 骨 的 挠 度d=8.3623mm ＜L/300=3 800/300=12.67mm。由此可以看出，该系统符合使用要求。

类型二为4.1m 层高铝板幕墙：位于51F 部位的建筑实体墙外侧，结构跨度为4100mm，采用双跨梁设计模型，其中短跨长度为500mm，工程最大使用高度为192.760m，最大面板尺寸为1375mm（宽）×2450mm（高）。与标准层大面铝板幕墙相比，最大面板宽度尺寸一样，高度尺寸更小，在计算条件一样的情况下，铝板的强度和挠度的安全储备更高。

通过对4.1m 层高铝板幕墙的结构构件及系统进行分析、计算得出：主龙骨的强 度σ=125.262N/mm2＜215N/mm2；主龙骨的挠度d= 6.3877mm ＜L/300=3 600/300=12mm。由此可以看出，该系统符合使用要求。

类型三为层间造型铝板幕墙：位于玻璃幕墙层间部位，造型铝板的次龙骨与玻璃幕墙的主龙骨相连接，工程最大使用高度为192.760m，最大面板尺寸为1150mm（宽）×1300mm（高）。

通过对层间造型铝板幕墙的结构构件及系统进行分析、计算得出：铝板的强度σ=49.579N/mm2＜97.0N/mm2；铝板的挠度d=2.876mm ＜L/100=1150/100=11.50mm；支撑龙骨的强度σ=108.58N/mm2＜215 N/mm2；支撑龙骨的挠度d=1.2139mm ＜L/300=900/300=3mm。由此可以看出，该系统符合使用要求。

表1 龙骨验算结果汇总表

表2 面板验算结果汇总表

3、验算结果汇总

主要参数验算结果汇总详见龙骨验算结果汇总表（见表1）、面板验算结果汇总表（见表2）。

四、主要加强措施

为了确保超限铝板部位铝板幕墙连接可靠，在设计和生产方面的主要加强措施包括4个方面。

1、提高超限铝板的荷载值

本项目为双高层，考虑取值为1.1 的风力互相干挠系数。最大的铝板分格尺寸并不位于最不利位置，为提高工程安全度，将最大分格尺寸的铝板考虑为位于最不利位置，保证材料应力与应变有较大的富余度。例如，标准层铝板幕墙最大的铝板分格尺寸1375mm（宽）×2500mm（高）的标高为188.660m，结构分析计算时按201.600m 的标高考虑。

2、加强超限部位铝板的刚度设计

非超限部位铝板， 加强肋截面为30mm×30mm×3mm， 布 设 间 距 为500mm。超限部位铝板，加强肋截面增加为40mm×40mm×3mm，布设间距减小为300mm。通过受力分析，超限部位铝板刚度利用率控制在50%以下，加强了铝板本身的刚度性能。将铝板角码设置在加强肋的位置，焊接成为一个整体，使面板荷载更直接地传递到龙骨上。

3、加大超限部位铝板幕墙的主龙骨

在80mm×60mm×5mm 钢矩管就可以满足结构要求的情况下，选用截面尺寸更大的100mm×60mm×5mm 钢矩管。通过受力分析，不同层高的立柱的强度利用率均控制在60%以下，富余度充足，加大龙骨本身的安全系数。

4、加强铝板与龙骨体系的固定

减小超限部位铝板角码的间距，加大固定螺钉的型号。为进一步确保超限铝板连接的可靠性，固定角码的间距由350mm 减少至300mm，固定螺钉由ST4.2 不锈钢螺钉加大至ST4.8 不锈钢螺钉。

综合上述超限铝板幕墙的设计、结构验算分析、加强措施，结合国内诸多既有项目的成功经验，本项目铝板幕墙高度超限的设计是合理的，也是可行的。