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1 工程项目背景
广州某项目(下文简称H项目)工程地处广州市海珠区,是集商业、星级酒店、高级办公用途为一体的综合性超高层建筑,幕墙面积5.5万平方米,总建筑面积约16.4万平方米,项目总建筑高度约196米。项目主楼建筑幕墙主要由内层幕墙和外层钢管网装饰组成,整体呈编织网状的外观艺术效果。
2 格栅设计方案技术要点介绍及系统结构分析
本项目幕墙外层格栅部分设计为单元式结构,其标准层格栅大样如图2所示。
格栅系统由两个主要子单元组件构成,一是水平安装的走道格栅单元,由钢格栅框体、铝合金格栅条组成,其安装位置及部件拆分示意图如图3所示。二是竖直安装并呈现交错状态的钢管网格栅单元及其上下固定框体,其安装位置及部件拆分示意图如图4所示。
H项目幕墙工程中的格栅系统兼具有装饰、遮阳、通风、防护等设计意图,根据其节点方案设计图及招标文件所示,其结构设计应满足以下要点:
1、 抗风压性能。
2、 抗震性能。
3、 防撞击性能。
2.1 格栅节点设计
格栅标准单元高度跨2层建筑结构,高度为8600mm,水平分格为2100mm。钢管前后斜拉分布,侧面看斜拉的钢管格栅之间形成菱形,中间分格位置用铝方管支撑。
管网格栅采用不锈钢圆管,钢管固定在上端和下端(图6)的铝横料上,并通过铝合金连接件、钢板支座(词条“支座”由行业大百科提供)连接固定(图7)。
玻璃单元与格栅单元之间有760mm的间距,在该间距层间位置上设计水平铝合金格栅,形成走道格栅面板单元。
2.2格栅结构分析及计算
(1)管网格栅单元计算
本项目风荷载体型系数根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)进行取值,各种截面(词条“截面”由行业大百科提供)杆件的体型系数为,幕墙计算高度H=195.95米,以下为按现行幕墙规范设计的结构计算结果(基本风压W0=0.5kPa,B类):
风荷载标准值:;
竖直方向的管网格栅采用的圆形钢管,其截面图及截面模量见图10,呈现不均匀分布,一个格栅单元为12根,最大计算跨度取4.3m,其计算示意图如图11所示:
由于重力方向荷载对整体结构未起决定性作用,且均已计算通过,其计算过程在此不再赘述。
(2)水平走道格栅单元及主要构件计算
在水平走道格栅方面,需要重点校核其连接节点部位的受力情况,挂接支座的反力如下。
2.3格栅结构试验设计
本文建议对工程中格栅结构进行相应的结构性能试验测试,主要分为两个部分,一是动态风压试验,目的是测试其立面管网格栅的抗风压性能,以及风透过格栅管网后的压力损失情况。二是静载试验,主要测试水平走道格栅正常使用状态下(上人维修时)的结构安全性能。
(1) 管网格栅单元动风压试验设计
试验采用一个包含外部风扇的风力模拟装置,使风垂吹向格栅测试面,风扇与格栅间设
置气流矫直部件,其截面不小于1m直径。在气流矫直部件出风口位置,依次接驳天气模拟仓,天气模拟仓,采集区,气动力测量区,最后通过机械通风装置将气流排出。
具体试验步骤及方法可参照采用欧盟标准BS EN 13030:2001《建筑物通风——终端设备(词条“设备”由行业大百科提供)——百叶窗风雨模拟性能试验》执行,也可根据工程实际情况进行调整,以更加接近工程实际。图16为格栅风雨试验装置示意图。