1.引言
在當(dāng)代建筑行業(yè)，幕墻因其美觀、時(shí)尚而深受建筑師的青睞，它賦予建筑的最大特點(diǎn)是將建筑美學(xué)、建筑功能、建筑節(jié)能等因素有機(jī)地統(tǒng)一起來，因而受到廣泛的使用和推廣，幕墻行業(yè)也得到了高速的發(fā)展。幕墻成就建筑之美，形態(tài)成就幕墻之美，線條是幕墻最常見的形態(tài)之一，同時(shí)也可以通過線條來增強(qiáng)其遮陽功能，建筑師會(huì)根據(jù)建筑的特色設(shè)置不同類型的橫向或豎向裝飾線條。然而，幕墻的分類有很多種，根據(jù)其安裝施工方法分為單元式幕墻和構(gòu)件式幕墻，隨著施工現(xiàn)場人工成本的不斷攀升以及人們對(duì)于幕墻品質(zhì)的要求越來越高，單元式幕墻運(yùn)用越來越多，帶有大線條的單元式幕墻比比皆是，需要幕墻工程設(shè)計(jì)人員對(duì)于上述幕墻的設(shè)計(jì)有一些深入的研究，本文針對(duì)豎向大線條插接型單元幕墻的設(shè)計(jì)體系進(jìn)行分析和總結(jié)，供廣大幕墻工程設(shè)計(jì)人員參考。
2.定義
本文主要介紹的是豎向大線條插接型單元幕墻設(shè)計(jì)，根據(jù)《建筑幕墻術(shù)語》(GB/T 34327-2017)3.3.1.2條以及3.3.1.2.1條內(nèi)容，文中所述的豎向大線條插接型單元幕墻定義如下：由面板與支承框架在工廠制成的不小于一個(gè)樓層高度的幕墻結(jié)構(gòu)基本單位，直接安裝在主體結(jié)構(gòu)上組合而成的框支承建筑幕墻，其單元板塊之間以立柱（詞條“立柱”由行業(yè)大百科提供）型材相互插接的密封方式完成組合，且豎向帶有大裝飾線條，大裝飾條外挑尺寸在100mm以上，如下圖一示意。
圖一 豎向大線條插接型單元幕墻
3.荷載取值
對(duì)于豎向大線條插接型單元幕墻而言，其立面幕墻的荷載取值依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2012)相關(guān)內(nèi)容即可，設(shè)計(jì)過程中無特殊之處，需要重點(diǎn)關(guān)注豎向大線條荷載取值。然而對(duì)于豎向大線條本身而言，其風(fēng)荷載局部體型系數(shù)μsl在 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2012)中沒有十分明確的取值，可參考廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(DBJ 15-101-2014)7.4.1第5條： 對(duì)于高層建筑表面尺寸a小于1m的橫向或豎向不鏤空百葉條，其局部體型系數(shù)μsl'=K μsl，式中：K—系數(shù)，按表一取值，μsl—臨近區(qū)域墻體體型系數(shù)。
表一 系數(shù)K
4.體系設(shè)計(jì)
對(duì)于豎向大線條插接型單元幕墻而言，幕墻節(jié)點(diǎn)本身按傳統(tǒng)的單元幕墻設(shè)計(jì)即可，僅需要關(guān)注豎向大線條的側(cè)向風(fēng)荷載傳力體系設(shè)計(jì)。對(duì)于豎向大線條的側(cè)向風(fēng)荷載傳力體系常規(guī)有三種設(shè)計(jì)，第一種體系是連續(xù)或間隔均勻且密集的連接板（詞條“連接板”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計(jì)，第二種頂部和底部各一連接板設(shè)計(jì)，第三種僅頂部一連接板設(shè)計(jì)，上述三種體系設(shè)計(jì)具體實(shí)施如下。
4.1連續(xù)或間隔均勻且密集的連接板設(shè)計(jì)
此體系設(shè)計(jì)方式通過在豎向大線條上設(shè)置連續(xù)或間隔均勻且密集的連接板，將大線條固定在單元幕墻豎向龍骨上，從而實(shí)現(xiàn)大線條的連接固定。其傳力路徑比較復(fù)雜，大線條的側(cè)向風(fēng)荷載通過各位置的連接板直接傳遞至單元幕墻豎向龍骨，進(jìn)而單元幕墻豎向龍骨各位置均受到大線條的側(cè)向風(fēng)荷載，其承受的荷載沿單元幕墻豎向龍骨自身向其頂部及底部傳遞。在單元幕墻豎向龍骨頂部，傳統(tǒng)的插接型單元幕墻設(shè)置有支座（詞條“支座”由行業(yè)大百科提供），豎向大線條傳遞來的側(cè)風(fēng)荷載直接傳遞給單元幕墻掛件，由單元幕墻掛件傳遞給支座，再由支座傳遞給主體結(jié)構(gòu)。在單元幕墻豎向龍骨底部，傳統(tǒng)的插接型單元幕墻連接方式為上下橫梁插接，若不采用其他特殊處理，除了摩擦力外沒有其他構(gòu)件能夠抵抗豎向大線條傳遞來的側(cè)風(fēng)荷載。然而對(duì)于外挑較大的豎向線條，摩擦力無法抵抗大線條傳遞來的側(cè)風(fēng)荷載，因爾需要在橫滑塊上構(gòu)造設(shè)計(jì)一個(gè)凸出構(gòu)件，此凸出構(gòu)件作為單元幕墻豎向龍骨底部的插芯，可與單元幕墻豎向龍骨緊密配合并在高度方向搭接一定的深度，且左右不能位移，同時(shí)將橫滑塊一端與下板塊的上橫梁采用自攻釘連接，而不是簡單的插接固定，通過上述構(gòu)造設(shè)計(jì)，大線條傳遞來的側(cè)風(fēng)荷載在單元幕墻底部由豎向龍骨傳遞給橫滑塊，再由橫滑塊過渡給下板塊的上橫梁，并直接傳遞給下板塊的豎向龍骨，再由下板塊的豎向龍骨傳遞給單元幕墻掛件，由單元幕墻掛件傳遞給支座，再由支座傳遞給主體結(jié)構(gòu)，從而形成穩(wěn)定的受力體系。其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及傳力路徑如圖二所示，單元幕墻豎向龍骨的底部傳力構(gòu)造方式如圖三所示。
圖二 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及傳力路徑
圖三 單元幕墻豎向龍骨的底部傳力構(gòu)造方式
采用此體系設(shè)計(jì)，整個(gè)單元幕墻豎向龍骨需全部承擔(dān)豎向大線條的側(cè)風(fēng)荷載，其側(cè)風(fēng)荷載對(duì)于單元幕墻豎向龍骨為弱軸方向受力，受力狀態(tài)不合理，對(duì)于豎向龍骨本身影響最大，此外在單元幕墻豎向龍骨的底部傳力構(gòu)造方式非常復(fù)雜。
4.2頂部和底部各一連接板設(shè)計(jì)
此體系設(shè)計(jì)方式通過在豎向大線條的頂部和底部各設(shè)置一個(gè)連接板，將大線條固定在單元幕墻豎向龍骨上，從而實(shí)現(xiàn)大線條的連接固定。其傳力路徑比連續(xù)或間隔均勻且密集的連接板設(shè)計(jì)略簡單，大線條的側(cè)向風(fēng)荷載首先向其自身的頂部和底部傳遞，然后通過大線條頂部和底部的連接板直接傳遞給單元幕墻豎向龍骨。在單元幕墻豎向龍骨頂部和底部，其構(gòu)造方式與連續(xù)或間隔均勻且密集的連接板設(shè)計(jì)一致，后續(xù)的傳力路徑也一致，本文不再贅述。其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及傳力路徑如圖四所示，單元幕墻豎向龍骨的底部傳力構(gòu)造方式如上圖三所示。
圖四 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及傳力路徑
采用此體系設(shè)計(jì)，單元幕墻豎向龍骨僅需在頂部和底部承擔(dān)豎向大線條的側(cè)風(fēng)荷載，且主要為傳導(dǎo)作用，豎向龍骨本身受影響不大，但其單元幕墻豎向龍骨的底部傳力構(gòu)造方式依然非常復(fù)雜。
4.3僅頂部一連接板設(shè)計(jì)
此體系設(shè)計(jì)方式通過在大線條的頂部設(shè)置一個(gè)連接板，將豎向大線條固定在單元幕墻豎向龍骨上，同時(shí)在大線條底部設(shè)置一個(gè)鋁合金插芯，大線條底部通過鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）合金插芯與下一層板塊的大線條插接固定，從而實(shí)現(xiàn)大線條的連接固定。其傳力路徑比較簡單，豎向大線條的側(cè)向風(fēng)荷載首先向其自身的頂部和底部傳遞，頂部由大裝飾條的連接板傳遞至單元幕墻豎向龍骨，再傳遞給單元幕墻掛件，由單元幕墻掛件傳遞給支座，再由支座傳遞給主體結(jié)構(gòu)。底部由大裝飾條通過鋁合金插芯直接傳遞給下一層板塊的大線條，再由下一層板塊的大線條通過連接板傳遞給下一層板塊的單元幕墻豎向龍骨，再傳遞給下一層板塊的單元幕墻掛件，由下一層板塊的單元幕墻掛件傳遞給支座，再由支座傳遞給主體結(jié)構(gòu)。其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及傳力路徑如圖五所示。
圖五 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及傳力路徑
采用此體系設(shè)計(jì)，單元幕墻豎向龍骨僅需在頂部承擔(dān)大線條的側(cè)風(fēng)荷載，主要為傳導(dǎo)作用，單元幕墻豎向龍骨本身受影響不大，單元板塊之間不需要傳遞豎向大線條的側(cè)風(fēng)荷載，單元幕墻豎向龍骨的底部不需要特殊處理，按傳統(tǒng)單元幕墻的插接方式設(shè)計(jì)即可。
5.對(duì)比分析
現(xiàn)通過計(jì)算進(jìn)行對(duì)比分析，取廣東珠海市地面粗糙度C類地區(qū)工程為例，建筑高度100m高，幕墻水平分格為1500mm，層高為4200mm，根據(jù)廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(DBJ 15-101-2014)，立面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk1計(jì)算后取值-3.38 kN/m2，裝飾條風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Wk2計(jì)算后取值-4.61kN/m2，此處主要考慮裝飾條與立柱間不同的連接方式對(duì)立柱受力的影響，在保證裝飾條連接件強(qiáng)度滿足要求的情況下，分以下三種連接體系進(jìn)行考慮：
①第一種情況：裝飾條與立柱間隔均勻且密集的連接板設(shè)計(jì)，連接板間距550mm均布;
②第二種情況：裝飾條與立柱在頂部和底部各一連接板設(shè)計(jì);
③第三種情況：裝飾條與立柱在僅頂部一連接板設(shè)計(jì)，裝飾條底部插芯連接。
根據(jù)實(shí)際情況，鋁立柱與裝飾條整體建模計(jì)算，建立三跨模型，取中間跨結(jié)果作為幕墻立柱校核的依據(jù)。立柱按多跨簡支連續(xù)梁模型計(jì)算，荷載及組合按廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(DBJ 15-101-2014)設(shè)計(jì)，各種情況受力模型及SAP2000模型施加荷載如下圖六所示：
圖六 各種情況受力模型及SAP2000模型施加荷載示意圖
各種情況內(nèi)力示意圖如下圖七所示：
圖七 各種情況內(nèi)力示意圖
各種情況桿件應(yīng)力及撓度對(duì)比如下表二示意：
表二 各種情況桿件應(yīng)力及撓度對(duì)比表
上述表中可以看出，采用第一種情況設(shè)計(jì)時(shí)，裝飾條參與幕墻豎向龍骨整體受力，桿件組合應(yīng)力值較小，但桿件側(cè)向撓度最大，且為控制作用，桿件組合撓度值也最大。采用第三種情況設(shè)計(jì)時(shí)，其桿件側(cè)向撓度最小，說明幕墻豎向龍骨受大線條的側(cè)風(fēng)影響最小。
6.結(jié)語
豎向大線條在建筑中被廣泛運(yùn)用，插接型單元幕墻也越來越普及，對(duì)于豎向大線條插接型單元幕墻，其體系設(shè)計(jì)有多種方式，各種體系各有特點(diǎn)。根據(jù)上述體系設(shè)計(jì)及計(jì)算對(duì)比分析，總結(jié)以下幾點(diǎn)體會(huì)：
6.1豎向大線條側(cè)向風(fēng)荷載非常大，僅僅是受風(fēng)面積小而已，但設(shè)計(jì)中絕對(duì)不容忽視;
6.2 豎向大線條側(cè)向風(fēng)荷載局部體型系數(shù)取值可參考廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(DBJ 15-101-2014)取用;
6.3豎向大線條插接型單元幕墻采用連續(xù)或間隔均勻且密集的連接板設(shè)計(jì)、頂部和底部各一連接板設(shè)計(jì)，需重點(diǎn)考慮單元板塊之間的側(cè)向荷載傳力構(gòu)件設(shè)計(jì)，不能僅僅是想當(dāng)然依靠單元板塊之間的摩擦力傳遞大線條的側(cè)向風(fēng)荷載;
6.4豎向大線條插接型單元幕墻采用僅頂部一連接板設(shè)計(jì)時(shí)，其裝飾條和幕墻豎向龍骨受力各自相對(duì)獨(dú)立受力，傳力路徑簡單直接，大線條的側(cè)風(fēng)荷載對(duì)于幕墻豎向龍骨影響最小，整個(gè)體系設(shè)計(jì)也比較合理。
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