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

　　【中国幕墙网 02月24日消息】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。

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