摘要：肋支撑玻璃幕墙通透性好，常被建筑师选作用于建筑入口的设计。一般情况下，玻璃肋与玻璃面板的连接关系可以有点爪连接、结构胶连接、点爪与结构胶的组合连接等形式。本工程中尝试使用了玻璃肋&吊杆组合形式，实践与分析表明，该种结构形式在建筑效果上通透，传力路径更为明确，是一种很好的结构形式。
关键词：玻璃肋；吊杆；玻璃幕墙
一、引言
随着我过经济实力的不断提高，建筑高楼不断涌现。同时，人们对建筑物的功能性，美观性需求越来越高。建筑幕墙作为一种建筑的外围护形式，除具有抗风压，防雨水，隔热保温的功能外，立面通透，造型多样，深受建筑师及业主的青睐。特别在高层及超高层，共建等领域得到越来越多的应用。由于幕墙形式的多样性，本文结合实际工程，专门对幕墙形式中的一种——玻璃肋幕墙讨论，为工程设计人员提供参考。
二、工程介绍
本工程位于上海市虹桥区虹桥综合交通枢纽中心的西侧，主体建筑高度为42.60米，外幕墙主要为单元式玻璃幕墙。根据业主及建筑需求，在建筑的东南部位及西北部位有跃层，此两处外立面形式幕墙顾问公司采用了玻璃肋点支撑幕墙，造型美观，效果通透。该幕墙位于建筑东南位置及西部位置，形式相同，东南位置跨度更大，本文主要讨论此东南位置幕墙结构设计。
图1为建筑局部平面图，给出了东南位置玻璃肋幕墙范围。
图1
三、玻璃肋&吊杆组合结构设计分析
3.1设计资料
1）主体对幕墙的支撑边界
根据幕墙的定义，幕墙需适应主体结构的变形，但是幕墙不分担主体结构的荷载。主体结构将作为幕墙的支撑边界。幕墙面板支撑构件通过连接件将幕墙荷载传递至主体结构。本设计部位由于主体结构存在跃层，高度上，幕墙的最大跨度14.1m，即，玻璃肋简支跨度14.1m。
2）幕墙设计荷载资料
根据幕墙的定义，幕墙应该具有抵抗风压的能力。抗风压设计是幕墙设计的主要内容之一。该工程位于上海地区，基本风压0.55kN/m2，地面粗糙度类别B类。相对标高12.85m。
同时，该工程需要满足上海地标《上海建筑幕墙工程技术规范》DGJ 08-56-2012中关于建筑幕墙最小风压要求。
关于幕墙恒荷载，主要来自于幕墙面板，可依据《建筑结构荷载规范》GB50009中提供的材料重度及幕墙面板的设计厚度计算选取。
幕墙设计除需要考虑抗风压能力外，需作为非结构构件考虑水平地震作用[2]，[3]。具体算法可参见《建筑结构抗震设计规范》GB50011-2010（2016年版）《及玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003。
图2
图3
3.2问题提出
1）原方案为玻璃肋点式，玻璃面板需要开孔安装驳接爪。开孔同时承受水平荷载及竖向荷载，受力状态复杂，容易造成孔端及孔边应力集中。图2给出了原方案的面板支撑形式。
（a）
（b）
图4
2）原方案为玻璃肋点式，点爪位置需在玻璃肋开孔，由于玻璃肋跨度较大（12.41m），立面高度面板分格5个，这样沿玻璃肋高度开孔位置有5处，每处2个孔洞，总开孔较多。一方面削弱了玻璃肋，另一方面孔洞承担面板传递的水平及竖向荷载，同时存在偏心荷载，受力状态复杂，容易造成孔端及孔边应力集中。对玻璃肋受力不利，一旦玻璃破损，可能造成面板随之掉落，隐患较大。图3给出了原方案玻璃肋在点爪处的开孔。
3.3玻璃肋优化设计分析
根据以上分析，无论玻璃面板还是玻璃肋，主要问题均是开孔带来的受力复杂，需最大限度减少开孔数量。
由于开孔主要是玻璃面板点爪固定引起，主要从以下两方面进行优化分析：
其一，考虑将点爪修改成夹板的形式，可以解决面板开孔的问题，且减小爪件对建筑立面效果的影响。
其二，夹板与玻璃肋脱离，夹板仅用于承托玻璃面板重量，用隐藏在面板胶逢中的竖向吊杆直接传递到与主体连接的转接件上。
其三，修改后夹具不在传递面板的水平荷载，需重新考虑水平荷载的传递路径，设计上考虑采用结构胶与面板连接，将原方案中水平荷载集中力的传力方式转化为连续的均匀荷载形式，避免了开孔的不利影响，同时，面板的计算模型由原方案的点支撑变为对边支撑，改善了玻璃面板的支撑条件。
修改的节点形式见图4。
3.4玻璃肋计算
玻璃肋为吊挂式，上端采用耳板销钉形式，下端采用入槽形式，根据修改后设计方案，玻璃面板恒荷载及玻璃面板承受的水平荷载独自传递。据此，玻璃肋承受两个方向荷载，其一为玻璃肋本身自重，其二为玻璃面板传递的水平方向荷载（含风荷载及地震作用的组合）。力学模型可简化为两端简支的拉弯构件（图5）。
设计输入见表01.
2）玻璃肋刚度
玻璃肋的刚度主要考察水平荷载下的变形，且水平荷载仅考虑风荷载作用。变形校核公式：
图5
图6
3.5吊杆底端收口构造处理
吊杆仅承担面板重量，且下端不做约束，面板为悬挂状态，构造上应该保证吊杆底端自由伸缩。图6给出了节点图。转接竖板与槽焊接，并且高度方向开长孔，阻止了钢槽的摆动，并且可是实现吊杆沿高度方向的伸缩。
4结论
该工程已完工通过验收，目前使用良好。基于该工程玻璃肋&吊杆结构的设计可以有以下结论：
1）玻璃肋幕墙通透性好，在较大建筑使用空间的情况下，可以取得很好的外饰效果；
2）点爪式的连接形式由于需要大量开孔，无论对玻璃面板还是玻璃肋均会带来应力集中。而由于玻璃材质的脆性，大量的开孔给工程带来隐患；
3）本工程设计上采用吊杆承担面板重量，玻璃肋承担水平荷载的方案，传力路径独立明确，且避免了大量开孔（仅玻璃肋上端开孔与主体结构连接），大大降低开孔应力影响；
3）面板采用夹板形式，相比于点爪形式，其通透性更好，外饰效果更为简洁美观；连接形式的改变使面板边界由点支撑变为对边支撑，改善了支撑条件；
4）由于设计上需要竖向及水平向传力独立，应加强构造措施，保证传力路径明确。
参考文献
[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范：GB50009-2012 [S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.玻璃幕墙工程技术规范：JGJ102-2003 [S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.钢结构设计规范：GB50017-2013 [S].北京：中国建筑工业出版社，2013.
[4]上海市城乡建设和交通委员会.建筑幕墙工程技术规范：DGJ 08-56-2012 [S].上海，2012.
[5] Standards Australia.Glass In Buildings：AS1228-2016 [S]. Australia：Standards Australia，2016.
论文作者:杨辉
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/18
标签：幕墙论文; 玻璃论文; 荷载论文; 面板论文; 吊杆论文; 形式论文; 开孔论文; 《建筑学研究前沿》2018年第19期论文;