大型场馆建筑幕墙结构概念设计及其要点.pdf

大型场馆建筑幕墙结构概念设计及其要点 花定兴 深圳市三鑫幕墙工程有限公司 I 摘要l本文强调 了结构设计在 大型场馆建筑幕墙设计 中的重要性，并着重阐述 了幕墙结构概念设计的意 义及其要点。 【 关键词l场馆建筑 幕墙结构 概念设计 近十年来 ，随着国民经济的快速增长，全国 各地建成了一大批大型场馆建筑 ，现代建筑的华 丽造型使得建筑外观流光溢彩，极大地满足 了人 民群众 日益增长的物资文明和精神文明需要 。与 此 同时，伴随着大型场馆建筑要求的高大空间、 简洁通透，幕墙结构变得越来越复杂 ，因此 以大 跨度钢结构、索结构、玻璃结构及其组合结构等 高难度的幕墙结构型式在大型场馆建筑幕墙设计 中得到全方位应用。结构形式包括单杆结构、平 面桁架、空间桁架、甚至还有单层索网结构。无 论是传统的框架式玻璃幕墙，还是大跨度的钢索 结构的点支式玻璃幕墙 以及单元式玻璃幕墙，由 于幕墙结构相对于主体结构的独立性和特殊性 ， 花定兴，深圳市三鑫幕墙工程有限公司 地址 深圳市南山区南海大道粤海路动漫园 1 栋 7楼 电话 1 3 8 2 3 2 8 8 8 6 9 ，E - ma i l h d x 5 6 1 6 3 ． c o rn 结构在幕墙设计 中的地位显得越来越重要，尤其 是结构概念设计 已成为幕墙设计 中关键环节。笔 者根据多年来亲 自主持的广州新 白云国际机场 、 北京首都国际机场航站楼T 3 B 、昆明新机场以及 广州会展中心等十余项大型场馆建筑幕墙结构的 工程实践，从以下几方面谈谈场馆建筑幕墙结构 设计中体会 1 幕墙结构设计的重要性 幕墙结构设计的重要性主要表现在 以下几方 面 1 ． 1 国家技术经济政策方面 几种常用幕墙技术规范规程在总则中均把安 全适用或安全可靠放在首位 如表 1所示 ．一 H ．一 H H H H H ．一 H ．一 H H H H H H H ．一 H H _一 H _一 _一 H H _一 _一 土的重力作用较大，在施工过程 中只能由初期支护 承 担。为 了防止地表超量下沉和地层过大 的扰动， 初期支护应具有足够的刚度。采用分修施工减小了 覆盖土的重力作用 ，后行洞施工引起的下沉和收敛 受刚性初支抗力的控制，不会对已经成洞二衬产生 过量的影响。国外特殊的超浅埋大断面先填后挖施 工方法及步骤的经验也说明先做一侧隧道再做另 一 侧隧道 ，避开4 7 ． 6 m大跨 同时开挖，符合超浅埋 超大跨径采用分片施工方案 的要求 。因此选用方案 一 作为本次八车道小净距隧道的施工方案。 3本文的主要研究结论 针对八车道小净距隧道的特点，本文从支护措 施 、爆破作业、隧道设计荷载 、隧道施工工序等设 计要点进行 了论述，从而得到如下结论 ①中央岩柱体采用小导管注浆加固、浆体采用 水泥水玻璃双液浆，对岩柱体能起到很好的加 固作 用 。 ②隧道设计荷载可按双塌落拱压力上乘 以 0 ． 5 ～0 ． 8的系数考虑 。 ③初期支护应具有足够的刚度，宜选用工字钢 格栅 。 ④对于小净距隧道 ，应严格控制爆破震动速率 ， 并掌握好爆破时机 。 ⑤隧道的施工工序应进行综合比选，尽量减少 对中间岩柱体的扰动。 参考 支献 【 1 ] 杨转运等， 小净距隧道中央岩柱的力学性能及加固处理叫．铁道建筑技术 2 0 0 5 年第 3期 【 2 ] 代树林，佴磊，门妮 ，小净距隧道开挖方法和中岩柱加固技术探讨 探矿工程 2 0 0 7年第 4期 [ 3 ] 晏启祥，何川，姚勇，软岩小净距隧道施工力学效应研究 地下空间与工程学 报 2 0 0 5年 1 0月第 1卷第 5期 [ 4 】 喻军，刘松玉，童立元，小净距隧道设计荷载的确定 东南大学学报 自然科学 版 2 0 0 8年 9月第 3 8卷第 5期 [ 5 ] 姚勇，何川，爆破振动对相邻隧道的影响性分析及控爆措施 解放军理工大学 学报 自然科学版2 0 0 7 年1 2 月第8 卷第6 期 【 6 ] 高维权， 地铁小净距隧道过站区的微震控制爆破施工技术 西部探矿工程 2 0 0 6 年第7 期 [ 7 ] 石霄爽，曾祥国，超前开挖距离对大跨度小净距隧道稳定性影响的有限元分 析 四川建筑科学研究2 0 0 8年 4月第 3 4卷第 2期 一 37 2 01 0年 1 2 月 第 7卷 第 4期 采圳 土木 与 建 筑 表 1 几种常用幕墙技术规范规程 规范名称 技术经济政策 玻璃幕墙工程技术规范 安全适用、技术先进、经济合理 J G j 1 0 2 - 2 0 0 3 建筑结构荷载规范G B 5 0 0 0 9 ． 2 0 0 1 安全适用、经济合理 2 0 0 6年版 金属与石材幕墙工程技术规范 安全可靠、实用美观、经济合理 j G 1 1 3 3 - 2 0 0 1 建筑玻璃应用技术规程 安全可靠、经济合理、实用和美 1 G 1 1 1 3 - 2 0 0 9 观 1 ． 2工程建设标准强制性条文制定原则均以结 构安全为前提 。 1 _ 3国家制定的施工图二次审查政策主要是针 对结构安全及社会公共利益因素。 1 ． 4质量控制及工程验收均 以安全为重要前提 。 1 ． 5各种工程质量安全重大事故引起教训深刻。 1 ． 6国务院颁布的 建设工程质量管理条例 明确规定质量安全责任终身负责制。 以上质量问题也包括设计质量 ，由于大型场馆 建筑 内人流高度集中，幕墙结构设计的安全可靠性 直接关系到人民生命财产安全 ，历来是幕墙结构设 计必须首先面对和需要审慎解决的重大 问题 。建筑 幕墙 结构 的设计实 际上是选择安全可靠与经济合 理的最佳平衡 。因此政府、社会、企业对结构设计 极为重视，结构设计责任重大。作为一个从事建筑 幕墙设计的技术人员，应对幕墙结构设计承担义不 容辞的责任 。 2 幕墙结构概念设计 幕墙结构概念设计在设计人员 中提得 比较多， 但人们往往片面地理解它，认为概念设计主要是用 于一些大的原则，如确定结构方案、结构布置等 。 其实 ，在设计 中任何地方都离不开科学的概念作指 导 。 2 ． 1幕墙结构概念设计的意义 所谓的概念设计一般指不经计算，尤其在一些 难 以作出精确理性分析或在规范 中难 以规定的 问 题 中，依据幕墙整体结构体系与分体系之问的力学 关系 、结构破坏机理、和工程经验所获得的基本设 计原则和设计思想，从整体的角度来确定幕墙结构 的总体布置和细部构造措施的宏观控制 。运用概念 性近似估算方法 ，可以在幕墙设计的方案阶段迅速、 有效地对结构体系进行构思、比较与选择 ，易于手 算 。所得结构方案往往概念清晰、定性正确，避免 后期设计阶段一些不必要 的繁琐运算，具有较好 的 安全可靠和经济合理性。同时，也是判断计算机 内 力分析输出数据正确与否 的主要依据。 2 ． 2幕墙结构概念设计的内容 38 ①合理选择结构方案 一 个成功 的设计必须选择一个安全可靠和经 济合理的结构方案 ，即要选择一个切实可行的结构 型式和结构体系。 结构体系应受力 明确 ， 传力简捷 ， 同一结构单元不宜混用不同结构体系，力求平面和 竖向规则。总之，必须对建筑师设计要求、幕墙结 构特 点、 材料供应 、 施工条件等情况进行综合分析 ， 并与设计院建筑、结构等专业充分协商，在此基础 上进行结构选型，确定结构方案，必要时还应进行 多方案 比较，择优选用 。 ②选用恰 当的计算简图 结构计算是在计算简图的基础上进行 的，计算 简 图选用不当而导致结构安全的事故屡有发生，因 此选择恰 当的计算简 图是保证结构安全的重要 条 件 。计算简图还应有相应的构造措施来保证。实际 结构的节点不可能是纯粹 的刚结或铰结点，但与计 算简图的误差应在设计允许范围之内。 ③正确分析计算结果 在结构设计中普遍采用计算机技术 ，但 由于 目 前软件种类繁多，不同软件往往会导致不 同的计算 结果。因此设计师应对程序 的适用范围、技术条件 等全面了解 。软件本身有缺陷均会导致错误的计算 结果，此外要正确输入合理的计算参数，因而要求 结构工程师在拿到电算结果时应认真分析，慎重校 核，做 出合理判断。设计师的知识、经验还是不可 缺少的。 ④采取相应的构造措施 加强薄弱部位设计，特别注意结构连接节点是 否设计可靠，尤其是不要遗漏钢结构焊缝 、耳板 、 销轴、连接板的设计计算。必要时需考虑温度应力 的影响。除此之外，还应注意综合考虑多道防线设 计，尽量避免薄弱点的出现 ，以及正常使用极限状 态的验算等等。 3幕墙结构设计应考虑因素及一般步骤 3 ． 1首先必须 了解幕墙面板布置及其分格 一 般 由建筑师提出并全面熟悉设计院图纸 。 3 ． 2熟悉幕墙后面主体结构支承情况 楼层及 梁柱 、屋面结构等 。 3 ． 3了解主体结构对幕墙的边界条件 特别对 索结构 。 3 ． 4建筑师及业主对幕墙结构型式的要求 。 3 ． 5根据以下因素确定结构型式 钢结构 、索 结构、玻璃结构 、单杆结构 、桁架结构、或组合结 构等 ①各种结构型式的受力特点； ②各种结构型式适用条件 ③各种结构型式经济合理性； 20 1 0年 1 2月 第 7卷第 4期 条圳 土 木 与 建 筇 ④各种结构型式与幕墙的匹配性 ； 3 ． 6值得重视的几个幕墙结构设计问题 ①幕墙是悬挂在主体建筑上的外 围护结构，幕 墙结构仅承受幕墙本身受到的荷载 ，不能承受主体 建筑传来 的荷载。而幕墙结构所承受的荷载必须通 过连接传给主体建筑，并且应该适应主体建筑的变 形。要落实每一个幕墙结构杆件和主体结构的关系 。 ② 根据规范规定及各种 结构型式特点合理确 定结构型式，不要一味迎合外部需要，当然在条件 许可时尽量满足业主及建筑师的要求； ③不要盲 目 追求使用索结构，特别是单索，使 用索结构对边界条件要求高，由于建筑结构设计结 束后才开始进行幕墙设计，设计院往往未考虑予拉 力荷载。幕墙索结构和主体结构存在互为影响关系。 索结构对主体结构产生较大反力，主体结构的变形 对索结构预拉力也有很大影响。 ④单索结构计算必须考虑几何非线性影响，索 结构的张拉对相邻索结构也有很大影响，必须进行 施工期间索张拉方案计算，合理确定索结构预应力 的张拉方案 。 ⑤应重视钢结构连接节点可靠性 耳板、 销轴 、 焊缝的计算等 ；有框幕墙及石材是挂在主体结构 上，其连接非常重要 预埋件 、螺栓、角码 ； ⑥隐框幕墙设计要谨慎，玻璃下设托条，结构 胶设计计算及质量要有可靠保证 。 ⑦钢结构的稳定计算要考虑 p值、长细 比及平 面外稳定。有些计算软件无法进行钢结构稳定计算， 截面稳定计算需人工校核。 ⑧应 明确各种荷 载传 递路径与结构体系 中各 杆件所担负功 能。尽量使荷载传递路径简捷。 4结语 我国结构工程师在幕墙结构设计实践中，积累 了大量有益的经验 ，并主要体现在设计规范、设计 手册、标准图集等等。随着计算机技术和计算方法 的发展，计算机及其结构计算程序在幕墙结构设计 中得到大量地应用。为结构设计提供了快速 、准确 的设计计算工具。但千万不可迷信 电脑 ，不能做 电 脑 的奴隶 ，应做电脑的主人。而人的设计，就是概 念设计。有很多幕墙结构设计存在诸多缺陷，主要 原因就是在总体方案和构造措施上未采用 正确 的 构思，即未进行概念设计所致。另外还有部分幕墙 设计人员 ，觉得幕墙结构设计很简单，只需遵循规 范、手册、图集 ，等待建筑师给出一个空间形成的 示意方案 非结构的 ，然后设法使用计算机去完 成它， 自己只不过是一个复制拷 贝的画图匠而 已。 这不仅不能有效地运用他们所学的知识、精力和时 间，而且还容易发生重大事故。盲 目相信计算机造 成危害是不容忽视的。美 国一些著名学者和专家 曾 警告工程 界“ 误用计算机造成结构破坏而引起灾 难只是一个时间的问题 。 ” 目前 ，人们在具体的空 间结构体系整体研究上还有一定的局限性，在设计 过程 中采用 了许多假定与简化。作为结构工程师不 应盲 目的照搬照抄规范，应该把它作为一种指南 、 参考 ，并在实际设计项 目中作 出正确的选择。这就 要求结构工程师对整体结构体 系与各基本 分体 系 之问的力学关系有透彻的认识，把概念设计思想应 用到实际工作中去。使幕墙结构设计的思路得到更 加拓宽。总之 ，结构概念设计必然会成为今后建筑 幕墙结构设计的主流趋势，这就要求我们来共同学 习结构概念设计 ，为建筑幕墙结构合理设计 的发展 作出应有 的贡献 。 参考文献 [ 1 】 建筑结构荷载规范G B ] 9 - 2 0 0 1 2 0 0 6版 【 2 ] 玻璃幕墙工程技术规范1 G ] 1 0 2 --2 0 0 3 [ 3 ] 金属与石材幕墙工程技术规范] G ] 1 3 3 - 2 0 0 1 【 4 】 建筑玻璃应用技术规程， 1 1 3 2 0 0 9 [ 5 ] 钢结构设计规范G B ] 1 7 2 0 0 3 f 6 1 铝合金结构设计规范G B5 0 4 2 9 2 0 0 7 ■ 欢迎到深圳市土木建筑学会进行科技成果鉴定 根据深圳市人民政府令 第 1 3 4号关于 “ 科技 成果鉴定由行业组织或中介组织自律管理”规定 ，由 深圳市建设局推荐，深圳市科技和信息局同意深圳市 土木建筑学会为从事建筑类科技成果鉴定的科技中介 机构。 深圳市土木与建筑学会在深圳市科技和信息局、 深圳市建设局、深圳市科技中介同业会的指导下，本 着 “ 独立、客观、公正、科学”的原则 ，已完成十多 项建设类科技成果鉴定工作，均取得深圳市科技和信 息局发给的 科学技术研究成果登记证书 。 为推进科技创新工作， 落实建设创新城市的伟大 战略 ，我们将继续为各研发单位做好科技成果鉴定服 务工作。进行科技成果鉴定 ，研发单位须准备下述鉴 定资料 ①研发工作报告；②产品 技术标准；③ 检测报告；④经济和社会效益报告 ；⑤用户意见 ；⑥ 查新报告。 根据研发单位的需要，我们可以提供成果鉴定前 的准备工作和成果鉴定后的后续服务工作 ，欢迎各研 发单位委托深圳市土木建筑学会进行科技成果鉴定。 ■ 39