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幕墙受力杆件采用优化支撑力学模型最佳经济合理性分析 ? 在我国，每年平均幕墙建筑面积约为800万平方米，其中框架式和大单元式结构比例约占60%，即480万平方米，按平均第平米用去铝合金型材重量为13-22kg/m2计算，需要75万吨铝合金型材，考虑到大单元用量还要大，实际上约22kg/m2（其中大单元系结构占有率约为20%）。 　　本文真实的幕墙设计例子加以说明，原设计幕墙为框架式连续双跨梁支撑的力学模型，后经优化计算改为多跨铰接静定梁支撑力学模型后，得到了不同的节约型材的效果，过去对常规框架式幕墙设计，往往在计算立柱强度、刚度时，往往是以幕墙所在最高的位置风压为风荷载标准值（或乘以1.4的系数为设计值），其他任何高度均以此风压设计值或标准值做为强度、刚度计算依据。这种确定风荷载方法是不科学的。 　　显然，在最高处的幕墙结构立柱，满足强度小于铝合金（或钢型材）型材所给出的材料许应力值时，就认为强度、刚度满足了规范规定。那么一座100-200m以上的幕墙在低高度时型材与超高层型材一样的几何尺寸，那么会产生惊人的浪费资源，也意味着浪费大量电能，因为铝生成用电解法，相当费电的。 　　这里有一个优化设计概念问题，在强度计算时，一定要考虑两个因素：强度、刚度剩余系数概念；要考虑等强度、等刚度的设计原理。 　　笔者认为强度剩余系数，是指强度与材料许应力值、设计计算值之比值，称为剩余强度系数，一般可以取1.15即可。 　　幕墙安全设计第二个概念是指等强度、等刚度设计理念，规范中规定铝合金骨架刚度值设计限定为1/180，并未指出就在幕墙最高处的值，对整个幕墙分段高度均有效，即都要满足1/180的概念。当然，我们要引入第一个概念的剩余刚度系数和剩余强度系数，是考虑保守、安全一些。例如：一栋建筑外墙立面为框架式幕墙H=40m，层高H=4.6m，在银川市内地面粗糙度为B类，基础风压W=0.65KN/m2，材料6063AT5，材料设计许应力为124Mpa，由下列表A列入本幕墙从难从10m标高到40m时设计，标准风压值见表A 　　目前95%以上的幕墙公司在投标方案设计时，往往取H=40m,Wk1=1.96 KN/m2为标准值和Wk1=-2.34KN/m2设计值进刚度和强度计算的。 　　从表A中40m处，我们清楚看出框架式幕墙风压标准值为1.86 KN/m2设计值为2.74 KN/m2；在高度为40m时，标准风压值为1.96 KN/m2，设计值2.74KN/m2，H=40m，根据幕墙设计主要以刚度准则原则，即满足各分高区段都满足刚度。 　　用不同高度即H=30m, H=40m,的风压W30，W40，对其强度计算，并满足f20=f30=f40，称等刚度设计准则。因为，立柱挠度fi=awihwh/E.Jx，显然挠度与Jx成反比，而Jx=f(Wk)为函数关系，也就是挠度与Jx成反比，而Wk成正比，所以在40m高全段中，我们可以分0-20m,20m-40m，二段分别设计满足各段之挠度，f20=f30=f40≤1/180，并得到二段的风压值：1.64、1.83、2.14，使用在各段铝合金型材在外型保持一致时，可以用不同Jx值的型材断面，当型材Jx较小时，断面可以减少达到节省铝材、降低成本。 　　例如：在30m高度上铝型材比在设计40m处型材惯性矩高21%，Jx40/Jx30=2.34/1.83=1.21考虑其他非主柱结构用料比例，立柱型材实际采用等强度、等刚度设计中的成本可降约9%，Jx40/Jx30比例折减系数近为0.75，即实际是高出9%，此数据为选定最低降低成本之比例率。 　　上述是采用等强度、等刚度设计的情况（即分层计算分压计算之效果），下面重点举银川市代建办候利军总工提议采用多点铰接静定连续梁的实例，来降低型材成本与设计计算，幕墙立柱结构支撑体系的力学模型状态有关，计算是尽量建立多跨静态连续铰接梁的力学计算模型。例如：幕墙立住是简支梁架、支撑体系、双跨连续梁力学支撑体系模型，还是多点跨铰接静定力学模型，其三种力学模型所使用铝型材降低成本是不同的。（当然对钢结构桁架系统、钢架系统）的力学模型有所不同。这里引入并参考了“幕墙立柱支撑体系与数据分析”一文中的论述，可以从银川国际会展中心的实例定量看出不同支撑的力学模型对节省铝型材成本的潜力很大。 　　这里我们将讨论框架支撑体系的力学模型关系，及其应用。 　　外围护结构的幕墙体系按安装方式可分为框架式、单元式、拉杆驳接式、索式驳接式等几大体系，现分述如下： 　　1．框架式幕墙 　　这种支撑方式的幕墙是最典型的，已有很长时间的历史，且现在的幕墙工程中近60%以上经常应用。该种幕墙体系制造成本较低，工期较长，由于装饰面完成后需要现场打胶封闭，因此冬季施工时，由于胶的作业温度限制导致北方地区的幕墙将不能施工。