幕墙立柱和立柱连接设计.doc

四．幕墙主杆件之间的连接设计 幕墙主杆件之间的连接设计包括立柱与立柱的连接设计和立柱与横梁的连接设计。 立柱与立柱的连接设计 立柱与立柱之间应预留不小于20mm的间隙，以适应和吸收主体沉降、温差变形、地震作用和施工误差。立柱与立柱连接一般都通过一个插芯(一端固定，一端自由)来实现的。插芯设计应注意以下几点： (1). 插芯应有合适的强度 当插芯位于支点附近，按简支梁进行计算时，其所受弯矩接近于零，所受剪力接近最大。当插芯离支点较远，按外伸梁进行计算时，其所受弯矩和剪力都比较大。往往立柱外伸部分受窗台墙的影响，一般不会太长，所以插芯所受弯矩远远小于立柱所受弯矩。但本着安全的原则，插芯的安全系数应大于立柱，具体要求如下： 为了增加插芯的抗剪能力和惯性矩，插芯的壁厚应满足t≥3mm(实际应用中，一般以t=4mm居多)。 插芯的惯性矩一般可以小于立柱惯性矩，但其最小惯性矩应满足Icx≥50cm4。 当铰点螺栓贯穿插芯按简支梁计算时，插芯的惯性矩Icx应大于立柱惯性矩Ilz的八分之一。 当按外伸梁计算时，插芯的惯性矩Icx应大于立柱惯性矩Ilz的二分之一，在必要时可以等于或大于立柱惯性矩。 (2).插芯与立柱连接应采用线接触 由于型材在挤压时，必然会产生弯曲、扭拧变形，而插芯必须要插入立柱一定深度(102规定插芯长度≥250mm)，如采用四周面接触，势必会造成很难安装进去。所以插芯与立柱连接应采用线接触，以下是几种常见的设计方法(如图9) 图9 1型方案，它的尖点在受到挤压时，很容易发生较大的变形，造成插芯与立柱的配合间隙加大。 2型方案，尖点虽然也会发生挤压变形，但由于它的尖点是圆弧型的，变形较小，对插芯与立柱的配合影响不大。其设计值应满足：a＝2～3mm，h＝1～4mm。 3型方案，它的尖点是一个1mm的平台，很难发生挤压变形。在设计合理的情况下，它的防雷导通能力很好，插芯与立柱的接触面积理论上可满足规范上防雷的要求。其设计值应满足：a＝3～4mm，h＝1～4mm。 h取1～4mm是较为合理的，太大这条筋的强度会拖累整个插芯的强度。如果确有必要增加筋的高度h，可以适当增加筋的宽度a，以维持筋的稳定。 (3).插芯与立柱的配合设计 插芯与竖框的配合一般以竖框内腔为基准来进行插芯外廓尺寸的设计。插芯与竖框的配合间隙，跟插芯的插入深度是息息相关的。一般来说插入深度越大，型材尺寸越大，配合间隙也要留的越大。在正常使用情况下，对于2、3型插芯，为了有效抵抗风荷载，前后总间隙不宜太大，也不宜使用过盈和过渡配和造成安装困难，综合考虑取0～0.5mm小间隙为宜。由于与主体结构连接处理牢固后，需在此处考虑减震，同时间隙不能太大，所以左右总间隙取0.5～1.0mm为宜。开模时可以先开立柱，再配做插芯。不过对于1型插芯案，这样的配合由于尖点变形导致间隙加大，对抵御风荷载非常不利，但是很遗憾的是我们很多的型材的设计者，没有意识到这个问题，使用1型插芯时，间隙留的偏大 图10 如图10所示，按层间高3500mm，插芯插入深度为(250-20)/2=115mm进行计算，当插芯和立柱配合间隙为δ2＝0.5～1.0时立柱所允许的的变形量为： δ1＝3500×δ2/115＝15.22～30.44mm 而钢筋混凝土框架的楼层弹性层间位移角限值θ＝1/550，防震设计时的允许变形量为： δdz=3500×3θ＝19. 两值相比较δ＝δ1－δdz＝－3.87～11.35mm。可以看出绝大部分情况都可以满足防震设计的要求，当插芯和立柱间隙最小时，立柱的变形也才不到4mm，效果非常理想。 (4).一个锚点的立柱不能按连续梁进行计算 现在经常有一些人把图8前2种模型按连续梁进行计算，包括一些软件也提供这种算法，这是十分错误的。只有达到以下条件才能称为连续梁： 插芯的惯性矩应大于与之相配的立柱的惯性矩。 在两个方向上总间隙均不超过0.2mm 插芯总长度应为立柱内腔对角线长度的4倍。 在这种情况下，不仅安装困难，防震效果不好，而且让较小尺寸的插芯惯性矩比大尺寸的立柱还要大，其壁厚需增加很多，再加上插芯总长度也加长了好多，经济上也不是很划算，所以实际中很少有人会这样设计。如仍按连续梁进行计算，立柱将偏于不安全。实际上完全可以按外伸梁或双跨梁来计算和设计，即节约铝型材，又很安全。 图11 (5).不同规格立柱的连接设计 同一幅幕墙上，不同高度所受的风压不同，不同层间高度的立柱跨度也不同，据此选用的立柱规格也应该是不同的。但是一般情况下，我们习惯于统一选择最不利的点处计算出来的立柱规格，这样会造成部分立柱性能过剩，不符合我们所说的等性能原则。造成这种情况的原因在于我们设计幕墙时候缺乏系统性，不同规格立柱的连接施工的时候太麻烦。图11是一个解决方案示意图，它可以非常方便地