摘 要：建筑幕墙构造越来越复杂，面板的形状也多种多样，如果计算方法失当，就会留下安全隐患或造成浪费。随着市场竞争的日趋激烈，幕墙工程设计中如何做到既要保证安全适用、又要最大限度降低成本，是摆在幕墙设计师面前的主要问题。本文根据自己工作的体会，
　　以较为浅显的方式，对幕墙玻璃面板的结构计优化选型算进行阐述。
　　关键词：建筑；幕墙；玻璃面板；优化选型。
　　1 曲面玻璃面板的计算及优化选型
　　对于平面矩形玻璃面板，正常情况下，只要板件尺寸、计算模型确定，无论用手算或软件计算，其结果都出入不大，没有太多的优化空间。但是，对于形状复杂的面板，由于计算模型时的些微偏差，结果就会大相径庭。举例如下：北京某建筑，有一圆弧形观光电梯，中间一片玻璃水平弧线分格为A=2422mm（弧长）。最大竖向分格B=2475mm（高），采用单片钢化玻璃（此處不讨论选择单片玻璃的合理性）。采用“250”系列不锈钢接驳爪，四点支承。组合荷载标值为Wk合=1.651KN/m2，组合荷载设计值为W合=2.229KN/m2，
　　孔边尺寸a×b=（2422-250）×（2475-250） =2172mm×2225 mm。
　　⑴ 最初按A×B=2422mm×2475mm的平面玻璃进行计算。需采用19mm的钢化玻璃。
　　因为若采用15mm的钢化玻璃，计算出的玻璃挠度为42.24mm，超过许用值b/60=37.08 mm，不满足规范要求。
　　19mm的钢化玻璃，存在成本高、自爆率大、难做弯曲钢化等问题。
　　⑵ 修改方案采用12mm钢化玻璃：按A×B=2422mm×2475mm的曲面玻璃计算，水
　　平荷载按实际（即垂直于作用面）。
　　采用软件进行平面有限元计算，计算结果如图1：
　　可见，曲面面板一定要按曲面进行有限元分析、荷载方向也应按实际情况进行加载。
　　2 平面多边形玻璃面板的计算及优化选型
　　在幕墙、特别是采光顶设计中，除了常规的矩形玻璃外，也常采用三角形玻璃和梯形玻璃，对于平面多边形面板，应采用有限元分析法进行结构计算选材。但是，对于三角形和梯形面板，我们首先要知道其挠度最大值处于什么位置，以便在设置有限元分格时将该位置定在节点位置，计算结果才能显示该位置的相对位移（挠度）。另外，还应该搞清楚如何确定玻璃面板的挠度控制值。
　　2.1 三角形面板（三边支撑）
　　三角形面板的最大挠度处于板块的内心（三条内角平分线的交点叫）、即内切圆的圆心。同时，三角形面板挠度控制值 [u]的确定：通过内心分别作三角形各边的平行线与另外两个边相交得一线段，取所得的三条线段中最小的线段长度m的1/60为挠度控制值[u]。
　　采用有限元分析法进行结构计算和玻璃选型。图2是某项目三角形面板的有限计算应力图，图3是有限元模型节点编号，节点最大位移见表1。
　　2.2 梯形面板（四边支撑）
　　对于梯形面板，可以将两个腰延伸到相交点A，形成三角形，再作三角形角A的内角平分线与梯形的两个底边分别相交于M和N点，梯形面板的挠度最大值处于线段MN上。在进行有限元分析时，将纵向分格尽量设置密一些（即尽量将线段MN细分），这样，计算出的最大位移节点可以近似看作是位移最大点C。通过C点作梯形底边和腰的平行线与腰或底边相交得三条线段，取所得的三条线段中最小的线段的长度m的1/60为挠度控制值[u]。
　　知道梯形面板的挠度最大值位置和挠度控制值的确定方法后，采用有限元分析法计算的应力位移，就可以完成面板的计算与优化选型，具体方法参见本文2.1 条，此处不再赘述。
　　3. 结论
　　本文对曲面玻璃幕墙面板的优化选型进行了阐述，给出了三角形面板、梯形面板挠度最大位置及挠度控制值的确定方法。可用于指导幕墙工程设计。
　　参考文献：
　　[1] 张芹主编.建筑幕墙与采光顶设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2012年1月第三版。
　　[2] 刘庆潭.材料力学[M].北京：机械工业出版社，2003年2月第1版。
　　[3] 李廉锟.结构力学[M].北京：高等教育出版社，1996年5月第3版。