幕墙立柱双跨梁力学计算模型的探讨

来源:中国幕墙网收集整理作者:刘万奇日期:2007-1-8 　页面功能【字体：大中小】【打印】【关闭】【评论】

作者：陈光华刘万奇

[摘　要]　本文从理论上分析了幕墙立柱双跨梁力学计算模型，引入了双跨梁短跨与全跨比例因子，分析了与双跨梁最大挠度、支座反力之间的关系，提出了幕墙立柱结构设计的优化方法，并分析了在幕墙设计和施工过程中应注意的问题。
[关键词]　幕墙立柱，双跨梁，结构计算，结构优化

1 引言
　　建筑幕墙不仅是一个建筑产品，也是建筑艺术的重要组成部分，是现代建筑科技发展过程中所取得的重要成果。建筑幕墙技术之所以发展如此迅速，是因为它适应了时代发展的需求。有了建筑幕墙，建筑物从此披上了美丽的“霓裳”，使建筑更加生动，更富有表现力。所以从某种意义上说，建筑幕墙技术也是建筑设计师表达建筑个性、充分表现建筑艺术思想的重要手段。
　　在幕墙设计中，人们会根据建筑幕墙结构的特点，采用与之相适应的结构计算与分析方法。幕墙的立柱，是幕墙的“骨架”，如何设计幕墙立柱，选择合理的计算分析方法，是保证幕墙结构安全和提高经济性能的关键环节。JGJ102－2003《玻璃幕墙工程技术规范》的6.3.6条明确规定：“应根据立柱的实际支承条件，分别按单跨梁、双跨梁或多跨铰接梁计算由风荷载或地震作用产生的弯矩，并按其支承条件计算轴向力。”因此，在实际工程实践中，人们总会根据幕墙立柱的结构特点，将实际的立柱结构，简化为与之相适应的“物理模型”（力学模型），绘制出结构计算简图，生成“数学模型”，并利用数学方法进行分析求解。在实际结构分析计算中，幕墙立柱的计算常采用简支梁、双跨梁、多跨铰接连续梁和连续梁等力学模型，当然还可以采用有限元分析方法。
　　在工程实践中，当主体建筑的楼层跨度较大时，为了提高幕墙立柱的安全性和提高幕墙设计的经济性能，我们通常会将立柱设计为双跨梁的结构型式，并采用双跨梁力学模型进行分析计算。本文将探讨幕墙立柱双跨梁力学计算模型，分析在幕墙设计中应考虑的主要结构因素，提出结构优化设计的方法。

2 立柱双跨梁力学模型
　　2.1 立柱荷载简化
　　建筑幕墙的立柱是幕墙结构体系的主体，它悬挂于主体结构之上，上、下立柱之间留有15mm以上的缝隙。在一般情况下，立柱所受荷载可以简化为呈线性分布的矩形荷载，其受力简图可以表示为如图1所示。图1为立柱为受均布荷载的简支梁计算简图，其荷载集度为，立柱的计算长度为。因此立柱的计算分析，可以简化为一个典型平面杆系问题。
该问题可以认为是一个平面内的问题。
对幕墙立柱来说，我们认为：①它是细长杆件，因此可以用坐标来描述；②主要变形为垂直于轴的挠度，可以用挠度来描述位移场。所以可以进行如下假设：
　　●　直法线假定；
　　●　小变形与平面假设。

图1　立柱为受均布荷载的简支梁计算简图

2.2 双跨梁计算模型解析
　　2.2.1 双跨梁的计算简图
　　由于幕墙立柱所受荷载可以简化为呈线性分布的矩形荷载，假设其荷载集度为，立柱的计算长度为，则立柱双跨梁力学计算模型的计算简图如图2所示。

图2　立柱双跨梁力学计算模型计算简图

　　该力学模型边界条件为：在平面内，立柱共有三个支座，分别是支座A、支座B和支座C。立柱为细长杆件，主要变形为垂直于轴的挠度。三个支座处的支座反力只有平行于轴方向的反力，没有水平支座反力，即立柱无轴向力。
　　立柱几何参数：长度、长跨、短跨和比例因子。

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