浅析大分格幕墙开启扇锁点设计计算

  浅析大分格幕墙开启扇锁点设计计算  Summary：随着幕墙开启扇分格要求有越来越大的趋势，幕墙开启扇锁点也需要不断创新设计以满足受力等要求，本文主要结合番禺天河城与花都嘉华项目设计及应用中涉及的问题，对幕墙开启扇锁点设计计算的方法与要点进行归纳。Keys：幕墙设计；开启扇设计；锁点设计；结构计算1.前言随着建筑幕墙越来越多地应用于建筑上，业主与建筑师已不满足于常规的幕墙分格，板块高度超2m，面积超2㎡的大板块开启扇日趋普遍，台风带来的超高风压对其安全影响尤为关键。为此在说服业主与建筑师减小分格的基础上，也尽力满足其对幕墙美感的要求，做安全与美感的平衡。2.开启扇锁点设计计算工程1：番禺天河城幕墙工程位于广州市番禺区，工程共2栋建筑群，幕墙最高高度为199.8米，幕墙总面积约70000平方米，开启扇最大分格为1500mmx2200mm，风洞试验最大风荷载标准值wk=4.16kpa，根据计算风荷载风荷载标准值wk=3.077kpa；工程2：商业楼（自编号C1-C4）（自编花都嘉华）幕墙工程位于广州市花都区，工程为4栋建筑群，最高高度为41.9米，幕墙面积约20000平方米，开启扇最大分格为1500mmx2300mm，最大风荷载标准值wk=1.802kpa；2.1番禺天河城图1 锁点与窗扇配件布置示意图窗扇顶部布置三个铝合金合页承担重力与部分水平力,按照单个普通锁点设计承载力仅为1000N，估算需要锁点数量为1.5x0.00416x1500x2200/1000=20个。如此数量的锁点布置在一个窗扇上，从适用性、可行性及经济性是没法满足的。因此，为满足工程要求，特联合五金厂家研制设计承载力达到1500N的高性能锁点，并采用有限元软件对窗扇型材截面特性参数及锁点进行整体受力有限元计算，充分考虑多锁点的不均匀分布，调整锁点间距使单个锁点设计承载力在（1500+50）N内（见图1与图2），此锁点已专利（专利号ZL201721361631.1）。经厂家多次锁点承载力试验，锁点的破坏多处于锁钉的锚固点的位置，因此为配合锁点在锚固点的强化设计预留空间，窗扇型材采取了局部下凹槽的截面（见图3）；无论是在后期的四性试验，还是在经历18年的台风“山竹”，窗扇的现可圈可点，可以让窗扇在关闭状态下安全使用，不脱离窗框，仅几樘窗扇因为无及时的关闭被台风破坏导致合页破坏而脱落，完全可达到设计的要求。另外，在重力与风荷载作用下，扇框的变形量也是影响到后期使用的因素。大分格的玻璃重力虽然四边通过结构胶与扇框结合，但实际上结构胶无法长期承担重力作用，最终变成集中重力需要落在底部的扇框，实际重力变形量达到2.7mm，窗扇与窗框极易出现刮碰的情况，并且由于扇框刚度的原因，在重力作用下扇框自身的翘曲为0.4mm，而水平风荷载产生的变形量仅为0.3mm，从数值来看能满足扇框与窗框的密封要求。图2 窗扇锁点布置模型图3 窗扇局部凹槽大样图4 重力作用下的扇框变形2.2花都嘉华项目图5窗扇配件与锁点布置图窗扇顶部布置三个铝合金合页承担重力与部分水平力。按照单个普通锁点设计承载力仅为1000N，估算需要锁点数量为1.5x0.001802x1500x2300/1000=10。为更细致地考虑锁点分布不均产生的影响，采用有限元软件对窗扇型材截面特性参数及锁点进行整体受力有限元计算，充分考虑多锁点的不均匀分布，调整锁点间距使单个锁点设计承载力在（1000+50）N内（见图6）。图6 窗扇锁点布置模型借鉴天河城项目的经验，设计计算中关注关闭状态下竖向重力的扇框变形程度，注重窗扇框的型材刚度与锁点的布置边距，重力需要落在底部的扇框，扇框的自身刚度特性会决定性地影响重力作用下的扇框变形，实际重力变形量为0.7mm，而水平风荷载产生的变形量仅为0.27mm，从数值来看能满足扇框与窗框的密封要求。对两个项目的扇框在自重作用下的变形进行对比，扇框的整体尺寸相近，天河城扇框自重约152.0kg（1500x2200的分格，玻璃为10+8中空钢化玻璃），花都嘉华自重约141.3kg（1500x2300的分格，玻璃为8+8中空钢化玻璃），两者自重相差约7.6%，重力下的翘曲变形相差近4倍，除了扇框本身的截面刚度之外，组角码本身的厚度加厚了，由7mm加到9mm，加强了组角处的刚度，扇框的整体刚度得到加强。图7 重力作用下的扇框变形图8 扇框截面对比3.结语对于幕墙开启扇，尤其是大板块开启扇，目前很多施工图纸并无明确锁点与五金配置，更无对开启扇锁点与变形进行有效的计算，仅凭经验进行设计，这不符合安全的原则。本文以超高风压工况及普通风压工况作用下的大分格窗扇为实例，用有限元软件对大分格开启窗扇进行整体建模计算的方法与要点在工程实践中证明是有效而准确的，大分格开启扇优先保证适当加强扇框的刚度，同时加强扇框的组角码厚度以增强组角处的刚度，可以满足强度与刚度的设计要求。Reference:［1］建筑结构荷载规范GB50009-2012［2］建筑结构荷载规范(广东省标准)DBJ15-101-2014 -全文完-