南京紫峰大厦横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆玻璃幕墙系统结构承载特点分析.doc

1、南京紫峰大厦横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆玻璃幕墙系统结构承载特点分析发布时间：2011-03-14【作 者】：徐雁 上海杰思工程实业有限公司 【摘 要】：位于南京中心城区，江苏省最高建筑-南京紫峰大厦，集商务楼、商业裙房和办公一体，建筑面积达 94000，其中位于主楼，副楼和裙楼立面的横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆玻璃幕墙系统，采用了横向大跨度钢板肋，竖向拉杆逐层传递到上方主结构的设计形式。与传统幕墙相比，这种没有竖向立柱幕墙让水平空间更加开敞，室内空间更加明亮通透。本文就该幕墙系统的承载力计算、结构形式优化选用及对钢板肋拼接构造措施阐述分析，并就结构优化后对幕墙设计施工过程产生影响进行探讨

2、。【关键词】：横向钢板铝合金组合构件、竖向拉杆、弯矩、应力、水平方向挠度、竖直方向挠度。一、工程介绍南京绿地广场紫峰大厦位于南京市鼓楼广场西北角，为南京绿地国际商务中心有限公司, 上海绿地集团联合投资建设，由美国著名设计单位 SOM 与华东建筑设计研究院有限公司合作设计，总面积 94000m2，是集高档办公、顶级酒店和商业于一体的超高层建筑。能满足各种商务、办公需求，是目前南京档次最高、影响力最大的城市新地标和现代服务业集聚区。本项目主楼地上 89 层，总高度 450 米，屋顶高度 389 米，为中国大陆第 2 高楼（仅次于上海环球金融中心），世界第 7 高楼（包括在建的）。主要功能设有六星级

3、酒店、甲级办公楼，副楼地上 24 层，地上建筑有效高度 99.7 米，主要功能甲级办公楼；裙房地上 6 层局部 7 层，地上有效高度 37 米局部 44 米，主要功能为商场与酒店附属用房。地下4 层，主要功能为商场、停车库及设备机房。主楼办公层高 4.2 米，酒店层高 3.8 米，副楼层高 4 米，商业层高 6 米。本项目建筑外墙装饰主要采用单元式玻璃幕墙、横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆玻璃幕墙、干挂石材、铝板、不锈钢装饰条、百叶、钢板拉杆、玻璃肋、点支式玻璃幕墙等多种幕墙形式。而大量高科技含量技术的使用、更使其成为具有超前先进技术特性的标志性建筑。作为本项目风格最为独特两部分系统幕墙。1.单

4、元式幕墙配以中空玻璃和不锈钢多孔板，立体三角形单元板块上下错层叠置，加上板块间定向抛光不锈钢装饰面，铝合金和不锈钢两种金属的巧妙搭配产生了与众不同的建筑效果，犹如龙身上的“鳞片”，给人强烈的视觉冲击。2. 横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆玻璃幕墙系统是由视觉上非常飘逸的横向构件“龙身”盘旋而上，是整个外墙设计的点睛之笔。图二 完工后横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统幕墙外立面相片图三 完工后横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统幕墙内立面相片-1图四 完工后横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统幕墙内立面相片-2图五 完工后横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统幕墙局部外立面相片 二、横向钢板铝合金组合构件

5、竖向拉杆系统幕墙结构承载能力分析横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统幕墙承受两个方向的荷载：水平方向风荷载和地震荷载；竖直方向重力荷载。水平方向荷载通过围护结构玻璃面板传递到大跨度钢板构件，再通过钢板构件跨中与主结构连接传递到主结构。竖直方向重力荷载通过横向铝合金构件传递到拉杆处的钢板，再由拉杆逐层传递到顶跨钢板构件，通过支撑连接点、转接件与主结构相接，把竖向荷载传递到主结构。以下就各分系统的承载力进行计算分析。1、玻璃面板承载分析横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统幕墙玻璃面板采用 8mm（Low-E）超白钢化+12A+6mm 透明钢化玻璃，玻璃所处部位及立面分格尺寸见图六，玻璃面板与上下横料相

6、连，在水平荷载作用下，玻璃面板的计算模型为两边简支矩形板，承受横向均布荷载，玻璃计算模型见图七。作用在玻璃面板上的风荷载为 3.0KPa根据单向板受力计算出外片玻璃所受的最大应力 = 36.7 Mpa , 内片玻璃所受的最大应力 = 25.7 Mpa，均小于 84 Mpa,能够满足承载力设计要求；玻璃面板的挠度为 12.2mm 970 / 60 = 16.2 mm ,玻璃面板的挠度满足设计要求。图六 横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统玻璃幕墙局部立平剖面图图七 玻璃面板分格尺寸及边界条件图图八 横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆2、横向钢板铝合金组合构件承载力计算向钢板铝合金组合构件水平方向约束支

7、点最大跨度约为 9.9m，竖向拉杆支撑约束支点最大跨度约为 3.31m，该系统局部结构形式见图八，计算简图见图九：图九 横向钢板铝合金组合构件竖向拉杆系统计算简图图九的横向钢板铝合金组合构件模型包括由横向钢板承受水平方向荷载，水平方向铝合金构件承受的竖向面板自重，横向钢板和水平铝合金构件之间用间隔 300mm 的 M8 螺栓连接；从而形成分别承受不同方向作用力的组合构件体系，其竖剖节点见图十，由于铝合金型材在竖直方向,横向钢板在水平方向各自有较大的惯性矩，抵抗矩，这样的构造发挥出钢铝组合构件各自不同方向的截面优势，从而巧妙的使大跨度构件能够满足强度和挠度的设计要求。图十 横向钢板铝合金组合构件

8、竖向拉杆系统竖剖节点图图十一 铝合金型材截面特性图图十二 16mm 厚钢板截面特性图水平方向铝合金杆件截面特性见图十一；16mm 厚横向钢板截面特性见图十二；钢板在风荷载标准值作用下的弯矩图见图十三。图十三 16mm 厚钢板在风荷载标准值作用下的弯矩图(Wlk)16mm 厚钢板应力： sh = (3.89 / 2.5 ) 2.47E+07 / 1.05 / 1.94E+05= 188.7 Mpa 215 Mpa , 钢板杆件强度满足设计要求。图十四 16mm 厚钢板在风荷载标准值作用下变形图(fsh)16mm 厚钢板水平方向挠度为fshmax = 24.2 mm 9711 / 250 = 38

9、.8mm 水平悬挑部位最大挠度：15.1mm 1977 /125 = 15.8 mm图十五 铝合金型材在重力荷载标准值作用下的弯矩图（Mvk）图十六 铝合金型材在重力荷载标准值作用下的变形图(fav)钢板杆件挠度满足设计要求。铝合金型材应力：av = 1.2 Mvk / 1.05 / Wxa = 1.2 1.0E+06 / 1.05 / 3.68E+04= 31.1 Mpa 90 Mpa 铝合金杆件强度满足设计要求。铝合金型材竖直向方向最大挠度为 favmax = 1.6mm 3313 / 500 = 6.63mm铝合金杆件挠度满足设计要求。 3、竖向拉杆承载力计算在 8.4m 跨楼层中，每组拉杆需承受 8 块单元幕墙的重力，1 块单元幕墙的竖向最大拉力为 4.3 kN，每组拉杆承担的最大拉力为