三支点连续梁在幕墙设计中的应用探微

关键词：三支点连续梁 幕墙设计 应用 优化设计 1.前言

随着建筑幕墙行业竞争的不断加剧，大型建筑幕墙企业并购整合与资本运作更加频繁，客户的需求变化也越来越大。我国建筑幕墙行业从1983年开始起步，是中国经济体制改革的产物，目前存在多种企业形式组织。随着建筑幕墙行业的扩大，幕墙的设计技术也不断提高，由原本的笨重型走向轻型的板材和结构，同时品种也逐步走向多元化，拥有更高的安全性能和更灵活方便快捷的施工技术，防水性的提高延长了幕墙的寿命，使用的材料环保节能化。本文将从三支点连续梁在幕墙中的使用来阐述建筑幕墙的发展与成效。 2.建筑幕墙

2.1幕墙分类与特点

建筑幕墙是指由面板与支承结构体系（支承装置与支承结构）组成的、可相对主体有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙或装饰性结构。幕墙是建筑物的外墙护围，不承重，像幕布一样挂上去，故又称为悬挂墙，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由结构框架与镶嵌板材组成，不承担主体结构载荷与作用的建筑围护结构，幕墙具有美观、节能和易维护的优点。

建筑幕墙可以按照密封形式分类和主要支撑结构形式分类。按照密封形式可以分为封闭式和开放式，按照主要支撑结构形式可以分为构件式幕墙、单元式幕墙、点支承幕墙、全玻幕墙和智能呼吸式幕墙即双层幕墙。还可以按照面板材料分为玻璃幕墙、石材幕墙、人造板幕墙等等。本文所分析的是支撑结构中的点支式幕墙，是利用三支点连续梁来稳固幕墙的设计模式。

支承结构形式多样，可满足不同建筑师及工程业主对建筑结构与外立面效果的需求。结构稳固美观，构件精巧实用，可实现金属结构与玻璃的通透性能融为一体，建筑内外空间和谐统一。玻璃与驳接爪件采用球铰连接，具有较强的吸收变形能力。 2.2幕墙设计

为了确保工程的安全性，幕墙设计需要进行幕墙立柱的强度和挠度计算，并且确保其强度与挠度在规范所允许的范围内。目前普遍幕墙设计使用的是简支梁，即梁的两端搭在两个支撑物上，一端铰接一端固定，这种只有两端支撑在柱子上的梁主要承受弯矩的单跨结构，一般为静定结构。而连续梁是指具有三个或者更多个支承点，可简化为静不定结构计算模式，在简支梁的基础上中间结构也有柱子支撑的梁，相同柱距的连续梁比简支梁受力条件要好，能够减小断面尺寸节省材料，是多跨静定结构。 3.三支点连续梁与幕墙设计的优化

幕墙的优化设计，不仅指计算优化，而是需要从幕墙立面分格、节能系统选择与设计、结构计算等多方面入手，以实现综合的优化设计。在满足相关规范要求范围内，采用三支点连续梁来改革优化幕墙结构，实现幕墙设计的合理化，节省成本，实现施工操作的简约化。 3.1三支点连续梁

三支点连续梁属于多跨静定结构，能够利用理论和计算公式更加科学地分析出建筑幕墙系统的构造、性能、安装和维护，实现节点系统的合理化。在相邻立柱之间间距一定的情况

下，建筑幕墙的立柱支点间的间距影响着立柱的强度计算，而挠度除了受支点间的间距影响外，还与连续梁的支点的数目和支点的约束情况有关。

就三支点连续梁形式的建筑幕墙结构而言，其立柱水平方向作用荷载可以考虑为线性布荷载，而通过其作用方式和约束情况与材料力学的计算方法，可以从理论上确定最大变形发生在哪一位置上，并且可以通过长跨段长度与整垮长度之比计算求得连续梁弯矩的最大值。在确定变形的位置后，可以知道连续梁跨段各个位置的挠度，结合三只点连续梁最大位移系数表，求出解析式中的最大值。

在计算立柱所受荷载时，需要考虑风荷载、玻璃自重荷载以及地震荷载，其中风荷载不仅需考虑水平方向的设计值，还需要考虑垂直方向的设计值。在弯矩计算上，构件轴向拉力产生的轴向拉应力应与水平方向矩形荷载产生的弯曲应力同时作为参考，这样才能知道立柱的弯曲程度是否满足要求。

另外由于幕墙的支承点受主体结构的位置以及高度的限制，依靠纯理论所得出的弯矩值和最大挠度值往往具有一定的偏差，因此在具体的施工中，必须因地制宜，随时调整其他支承点的相对位置来调整幕墙的优化设计。 3.2优化设计

建筑幕墙的优化设计应该在满足系统结构、系统性能要求和安装维护的条件下，尽量采用立柱及衡量的截面相对简单的系统，这样能够控制幕墙成本，合理分配材料、简化构造。另外，在结构计算中，可以利用计算机程序分析幕墙的立柱杆件能否达到最大优化要求。在实际条件允许的情况下，在不改变指点条件、外观要求的前提下，尽量靠近满足最大可能的优化设计。

一般来说，在整个建筑过程中，在极个别位置、少数立柱或者横梁跨度较大的时候，当立柱的强度和挠度不符合规范要求的情况下，应该优先考虑三支点连续梁原理进行幕墙设计，这样不仅能提高建筑幕墙的安全性，还能为企业节省材料和成本，更加环保节能。 4.小结

目前我国国内幕墙生产企业越来越重视行业市场的发展，客户对幕墙的需求量也越来越大，要求也越来越高，中国已然成为世界上制造幕墙最多的国家，是最大的幕墙市场。而如何做到幕墙的美观、节能、易维护，企业需要从幕墙的结构、构造、工艺和性能上进行优化设计，采用三支点连续梁式的幕墙结构，能够很好地保证立柱的强度和挠度，保证工程的安全性。另外幕墙设计的合理性，影响着幕墙的工作性能，如何才能保温隔热耐撞击，这需要对幕墙设计材料的进行优化。三支点连续梁式的幕墙设计，能够在不改变立柱截面的情况下，使得立柱承受的弯矩和产生变形的可能性减小，满足了客户的需要，也提高了工作效率，因此这种幕墙设计可以直接应用于工程实践中。