摘要：幕墙钢结构作为幕墙的支撑结构，以及外维护结构，其设计思路和设计方法很大程度上不同于主体钢结构，在现在结构设计中占有不可或缺的一席。幕墙钢结构对边界条件的要求更加苛刻，主体结构对其结构受力影响更大，节点设计更为复杂，对温度的影响更加敏感。本文主要结合工程实例对幕墙钢结构的设计要点进行了深入的探讨。
关键词：幕墙工程；钢结构；设计要点
引言
幕墙作为建筑物的外维护结构因其轻盈的形式、大气的建筑外观效果在现代商业建筑，住宅建筑、CBD中心中应用越来越广泛，像上海中心，望京SOHO、环球金融中一t9，上海金茂大厦等建筑都应用了幕墙，作为幕墙的支撑体系一幕墙钢结构的结构形式也越来越多样化，复杂化。除了像传统的框架结构，网架结构，门式刚架，近些年来又逐步发展起来的新型网壳结构、拱支网壳、新型立体桁架、以及各种异形钢结构等。
1 工程概况
文心五路停车库综合楼工程位于深圳市，抗震按 7 度设防，地震加速度为0.1g。在进行工程设计时，其主要关注点在幕墙钢结构的设计，通过加强埋件设计和节点设计等，提高了幕墙工程的稳定程度和美观程度。
2幕墙钢结构设计要点
2.1 风荷载取值
由于该幕墙钢结构造型复杂，在进行风荷载取值时，需要工程人员加强对风荷载取值的研究，并仔细的进行计算，还要根据建筑结构荷载规范进行局部修正和调整。
参考<<建筑结构荷载规范 GB 50009-2012>> 深圳市基本风压按全国基本风压分布图取0.75kPa（wo=0.75kPa，50年一遇的风压）。风压高度变化系数C类地区查表：0 ~ 88m（按地坪标高计算）。风荷载标准值为：
wk=βgz μz μslwo
=1.71x1.42x1.6x0.75
=2.92kPa（边角区）
（其中βgz：高度z处的阵风系数，取 1.71；μz：风压高度变化系数，取 1.42；μsl：局部风荷载体型系数，取 1.6）
2.2 边界条件的确定
幕墙钢结构在绝大多数情况下，是连接固定于周围的混凝土主体结构上，因此它与混凝土结构有一个边界条件，在主体结构边界条件的约束下，钢结构构件的布置不能仅考虑钢结构设计合理而任意发挥，需要考虑哪些地方钢结构能够生根，哪些地方不能生根。基本的布置原则是：首先考虑布置在主体结构柱上，其次考虑布置在主体结构梁上，最后考虑布置在混凝土板上，另一方面，它与依附于其上面的幕墙（如铝板、玻璃）又有一个边界条件。幕墙钢结构设计条件往往被限制的很严，可供发挥的余地较小，因此设计幕墙钢结构的首要问题是根据建筑和结构图纸，从周围复杂的边界条件中准确提取出所需要设计的钢结构范围。有时因幕墙建筑外形的要求，设计的钢结构构件外轮廓要严格控制，不能与幕墙表皮发生干涉。
2.3 钢结构设计
幕墙钢结构在满足自身强度、刚度、稳定性前提下对其所依附的混凝土主结构的反作用要尽可能的小，减轻其对混凝土主结构的破坏作用。尤其对于已经做好的主体结构，若支座反力太大，需对主结构加固相当困难。设计时的具体办法有：支座能用铰接算过，就不用刚接，当然要考虑铰接节点要方便设计且要考虑到施工的可行性。温度作用往往会对支座产生很大的反作用，为减轻温度作用，往往要对钢结构节点或杆件进行释放，使钢结构能自由伸缩，消除温度应力作用。
在钢结构设计的整个过程中应该强调”概念设计”，它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题，可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。要对钢结构系统进行整体分析，确定力的传递路线及钢件的布置原则。
连接节点的设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构分析前，就应该对节点的形式有充分思考与确定。常常出现的一种情况是，最终设计的节点与结构分析模型中使用的形式不完全一致，这必须避免。按传力特性不同，节点分刚接，铰接和半刚接。节点设计还应考虑安装螺栓、现场焊接等的施工空间及构件吊装顺序等。考虑不周，往往会出现构件运到现场无法安装的现象。此外，还应尽可能使工人能方便的进行现场定位与临时固定。
在停车库主入口大钢结构设计中，屋顶钢结构延伸段部位，悬挑钢梁支座端部与屋顶主体砼结构柱以及屋顶主体砼结构边梁连接。在结构柱部位，将悬挑主钢梁与结构柱中的H型钢骨固端连接，保证钢梁支座端部的足够刚度，与计算模型一致。而边梁部位，由于结构边梁在侧边扭矩作用下会产生扭转变形，不能达到固端支座的要求，所以，悬挑钢梁与主体结构边梁连接的支座设计为铰接支座，具体见下图 1。
图1 屋顶悬挑钢梁端部支座与结构柱连接节点
此外，幕墙钢结构要考虑温度作用的影响，一般为±30℃，温度变化一度，温度应力为2．4MPa。温度对钢结构作用有两种作用结果：一是约束钢结构，有温度应力；二是钢结构自由变形，无温度应力。对于幕墙钢结构一般采用杆件轴向释放，使杆件自由伸缩，减轻温度作用对构件及支座的影响。要采用合理的钢结构设计形式，超静定结构因温度作用而产生附加应力，在满足抗震要求的前提下尽量减少钢结构的超静定次数。在钢立柱的根部不宜设置水平的柱间支撑，若必须设置，则需要进行轴向释放。
2.4 埋件设计
幕墙钢结构的埋件分为两类：预埋件和后置埋件。埋件的作用是连接钢结构与主体混凝土结构，预埋件是指先在钢板上开孔，然后钢筋穿入、塞焊，然后根据设计要求在混凝土浇筑前把埋件定位，依靠锚筋和混凝土之间的粘结力来承受支座反力，预埋件可以承受较大的支座反力。预埋件的锚筋间距，锚固长度，边距尤其是与混凝土边缘距离要满足设计要求，对受剪力较大的预埋件要严格验算锚筋与混凝土的边距。后置埋件主要采用后置锚栓和植筋。后置锚栓主要采用化学锚栓，膨胀锚栓，重型自切底锚栓等。根据外荷载的不同采用适宜的锚栓种类，因后置锚栓需要在混凝土上开孔，所以对主体结构有削弱，锚栓与混凝土之间的粘结力有限，因此，承受外荷载能力较差。锚栓与混凝土的边距要求也较严格，植筋的设计和使用要满足混凝土结构后锚固技术规程的有关要求。两种埋件的使用原则：首先尽量考虑使用预埋件，其次考虑使用后置埋件。
2.5 节点设计
做施工图时节点设计要符合计算模型的假定，这样才能使整个钢结构的实际使用状态下的受力性能符合计算模型的受力假定。例如，计算模型中的轴向释放节点要做套管。计算模型中的铰接节点一般要做夹板穿螺栓，或做销轴。计算模型中支座处的单向或双向水平剪力释放，一般用滑动支座。
在节点设计时经常遇到半刚节点，例如在柱脚处因幕墙要求，柱脚不能加劲板，此柱脚即为半刚节点，此时又要涉及到埋件的设计问题，处理方法为：分别按刚接和铰接进行计算，保证钢结构能够计算通过，在设计预埋件时要留足埋件的安全富余量，因为埋件一般要提前预埋，而钢结构的方案后期可能要调整，支座反力会有变化，为避免因反力变化超过埋件原先设计强度，因此要把埋件做强、做扎实。
3 结语
对幕墙钢结构进行设计，需要根据结构形式分析出各部位的风荷载大小及方向，充分考虑各种荷载及作用的最不利组合情况。通过概念设计，从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。必须对结构整个体系以及局部构件的稳定性进行分析计算，以免在设计过程中发生不必要的失稳损失。局部连接非常重要，需与计算模型相一致，应考虑各种不利因素，有足够的安全度。需对构件的加工工艺及运输安装有全面的了解，要真正能加工出来安装到位的结构才是确实可行的设计作品。
参考文献：
[1]张丽娜，张风雷.建筑施工中玻璃幕墙施工技术分析[J].居舍，2018（24）
[2]华云洲.简析高层钢结构建筑节能型幕墙的设计和施工[J].门窗，2017（05）
论文作者:蓝胜争
论文发表刊物:《基层建设》2019年第2期
论文发表时间:2019/4/11
标签：钢结构论文; 幕墙论文; 结构论文; 支座论文; 节点论文; 荷载论文; 预埋件论文; 《基层建设》2019年第2期论文;