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摘 要:带竖向装饰条的单元体是工程中经常应用的一种截面形式, 对带竖向装饰条的单元体立柱的受力分析,可为类似工程提供参考。
关键词:带竖向装饰条的单元体立柱受扭单元立柱
中图分类号：J527文献标识码： A
1概述
随着经济的发展，以及业主对工程质量的要求越来越高，单元式玻璃幕墙在工程上已广泛应用。而单元式幕墙的计算还存在不少问题，尤其是带竖向装饰条的单元体，本文通过有限元软件sap2000建立整体模型来分析带竖向装饰条的单元体的受力情况。
2 工程概况
工程名称：梅陇南方商务区项目办公楼幕墙工程
建设地点：上海市闵行区梅陇镇，东至万源路、南至闵虹路（规划路）、西面为规划绿地、北面为规划街坊路。
工程概况：塔楼幕墙顶标高149 m，共30层，标准层高4.5 m；
结构设计使用年限：50年
地面粗糙度类型：B类
基本风压： 0.55 KN/m2(按50年一遇)
基本雪压： 0.20 KN/m2(按50年一遇)
抗震设防烈度：七度抗震设防
设计基本地震加速度：0.10g
3 外幕墙特点
单元体高度H=4.5 m，宽度B=1.5 m，竖向装饰条宽度310 mm，通过10 mm厚转接件连接到单元体公料上，单元公立柱上端设置限位卡码、下端在水槽料上设置铝合金卡码来传递竖向装饰条产生的侧向荷载。
（图一）单元体幕墙局部节点效果图（图二）单元体支座位置节点效果图
（图三）单元体横剖节点图
（图四）支座位置单元体横剖节点图
4 计算模型
通过建立两跨整体模型来分析竖向装饰条对单元立柱影响，X方向约束位于公立柱上，母立柱X方向可滑移；上单元立柱的正面荷载、侧向荷载通过下单元上横梁传到下单元的立柱上，通过耦合两跨立柱上两点来实现上单元立柱与下单元横梁共同位移（通过跨来模拟单元体上下插接位置的传力情况）。
因为单元体挂接在主体上，挂接点不能承受扭转，需通过横梁来传递扭转，故计算模型中需把横梁当做刚接来考虑，计算简图如图六所示。
（图五）单元大样图
（图六）计算简图
5 荷载计算分析
5.1荷载计算
立柱承受正面荷载，荷载分格宽度B=1.5m，按刚度分配到单元体公母立柱上；竖向装饰条通过连接件以集中荷载的方式传递到立柱公料上,荷载传递路线如图七所示。
（图七）荷载传递路线
（图八）装饰条侧向集中荷载标准值
5.2 SAP2000有限元软件荷载施加示意图
正面荷载线标准值(KN/m) 侧向集中标准值(KN)侧向荷载集中扭矩标准值(KN)
6 立柱强度计算
6.1单元体内力示意图
正面荷载下弯矩示意图正面荷载下剪力示意图
侧面荷载下弯矩示意图侧面荷载下剪力示意图
侧面荷载下扭矩示意图侧面荷载下引起的轴力示意图
6.2单元体立柱强度计算
（1）、立柱抗弯强度校核
式中：
N1、N2——立柱公料、母料的轴力设计值（N)；
M1x、M2x——立柱公料、母料绕截面x方向的弯矩设计值(N·mm)；
M1y、M2y——立柱公料、母料绕截面y方向的弯矩设计值(N·mm)；
A1n、A2n——立柱公料、母料的净截面面积(mm²)；
W1nx、W2nx——立柱公料、母料绕截面x方向的净截面抵抗矩 (mm3)；
W1ny、W2ny——立柱公料、母料绕截面y方向的净截面抵抗矩 (mm3)；
rx、ry——截面塑性发展系數；
（2）、立柱抗剪强度校核
式中：
τ1、τ2——立柱公料、母料承受的水平荷载产生的剪应力（N/mm²)；
V1y、V2y——立柱公料、母料水平方向（y轴）的剪力设计值(N)；
S1x、S2x——立柱公料、母料截面绕x轴的毛截面面积矩 (mm3)；
I1x、I2x——立柱公料、母料截面绕x轴的毛截面惯性矩 (mm4)；
t1x、t2x——立柱公料、母料截面垂直于x轴腹板的截面总宽度 (mm)；
（3）、立柱扭转抗剪强度校核
式中：
——立柱公料、母料自由扭转产生的剪应力（N/mm²)；
M1T、M2T——立柱公料、母料承受的扭矩设计值(N·mm)；
A1、A2——立柱公料、母料闭口截面壁厚中心线所围成的面积(mm²)；
t1、t2——立柱公料、母料闭口截面型材腹板厚度(mm)；
7 结论
单元体整体建模计算，横梁与立柱刚接，侧向约束位于公立柱上，母立柱侧向可滑移，立柱支座扭转自由度不约束；侧向力、侧向力偏心产生的扭矩由横梁传给母立柱整体共同承受，直接承受侧向力的立柱本身不会承担全部荷载，如上面计算公立柱承受侧向弯矩0.69 KN•m，分担给母立柱的侧向弯矩为0.13 KN•m，所占比例为16%。
计算模型中，竖向装饰条偏心引起的扭矩是通过横梁与立柱刚接来实现整体模型受力的，故在横梁端部会产生较大的平面外弯矩，在通常的做法中，横梁与立柱是通过螺钉连接的，连接刚度较弱，不能承受弯矩，解决方法是在横梁端部安装插芯来增大刚度。
参考文献
1、单辉祖材料力学.第二版.北京：国防工业出版社，1986
2、《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003
关键词:带竖向装饰条的单元体立柱受扭单元立柱
中图分类号：J527文献标识码： A
1概述
随着经济的发展，以及业主对工程质量的要求越来越高，单元式玻璃幕墙在工程上已广泛应用。而单元式幕墙的计算还存在不少问题，尤其是带竖向装饰条的单元体，本文通过有限元软件sap2000建立整体模型来分析带竖向装饰条的单元体的受力情况。
2 工程概况
工程名称：梅陇南方商务区项目办公楼幕墙工程
建设地点：上海市闵行区梅陇镇，东至万源路、南至闵虹路（规划路）、西面为规划绿地、北面为规划街坊路。
工程概况：塔楼幕墙顶标高149 m，共30层，标准层高4.5 m；
结构设计使用年限：50年
地面粗糙度类型：B类
基本风压： 0.55 KN/m2(按50年一遇)
基本雪压： 0.20 KN/m2(按50年一遇)
抗震设防烈度：七度抗震设防
设计基本地震加速度：0.10g
3 外幕墙特点
单元体高度H=4.5 m，宽度B=1.5 m，竖向装饰条宽度310 mm，通过10 mm厚转接件连接到单元体公料上，单元公立柱上端设置限位卡码、下端在水槽料上设置铝合金卡码来传递竖向装饰条产生的侧向荷载。
（图一）单元体幕墙局部节点效果图（图二）单元体支座位置节点效果图
（图三）单元体横剖节点图
（图四）支座位置单元体横剖节点图
4 计算模型
通过建立两跨整体模型来分析竖向装饰条对单元立柱影响，X方向约束位于公立柱上，母立柱X方向可滑移；上单元立柱的正面荷载、侧向荷载通过下单元上横梁传到下单元的立柱上，通过耦合两跨立柱上两点来实现上单元立柱与下单元横梁共同位移（通过跨来模拟单元体上下插接位置的传力情况）。
因为单元体挂接在主体上，挂接点不能承受扭转，需通过横梁来传递扭转，故计算模型中需把横梁当做刚接来考虑，计算简图如图六所示。
（图五）单元大样图
（图六）计算简图
5 荷载计算分析
5.1荷载计算
立柱承受正面荷载，荷载分格宽度B=1.5m，按刚度分配到单元体公母立柱上；竖向装饰条通过连接件以集中荷载的方式传递到立柱公料上,荷载传递路线如图七所示。
（图七）荷载传递路线
（图八）装饰条侧向集中荷载标准值
5.2 SAP2000有限元软件荷载施加示意图
正面荷载线标准值(KN/m) 侧向集中标准值(KN)侧向荷载集中扭矩标准值(KN)
6 立柱强度计算
6.1单元体内力示意图
正面荷载下弯矩示意图正面荷载下剪力示意图
侧面荷载下弯矩示意图侧面荷载下剪力示意图
侧面荷载下扭矩示意图侧面荷载下引起的轴力示意图
6.2单元体立柱强度计算
（1）、立柱抗弯强度校核
式中：
N1、N2——立柱公料、母料的轴力设计值（N)；
M1x、M2x——立柱公料、母料绕截面x方向的弯矩设计值(N·mm)；
M1y、M2y——立柱公料、母料绕截面y方向的弯矩设计值(N·mm)；
A1n、A2n——立柱公料、母料的净截面面积(mm²)；
W1nx、W2nx——立柱公料、母料绕截面x方向的净截面抵抗矩 (mm3)；
W1ny、W2ny——立柱公料、母料绕截面y方向的净截面抵抗矩 (mm3)；
rx、ry——截面塑性发展系數；
（2）、立柱抗剪强度校核
式中：
τ1、τ2——立柱公料、母料承受的水平荷载产生的剪应力（N/mm²)；
V1y、V2y——立柱公料、母料水平方向（y轴）的剪力设计值(N)；
S1x、S2x——立柱公料、母料截面绕x轴的毛截面面积矩 (mm3)；
I1x、I2x——立柱公料、母料截面绕x轴的毛截面惯性矩 (mm4)；
t1x、t2x——立柱公料、母料截面垂直于x轴腹板的截面总宽度 (mm)；
（3）、立柱扭转抗剪强度校核
式中：
——立柱公料、母料自由扭转产生的剪应力（N/mm²)；
M1T、M2T——立柱公料、母料承受的扭矩设计值(N·mm)；
A1、A2——立柱公料、母料闭口截面壁厚中心线所围成的面积(mm²)；
t1、t2——立柱公料、母料闭口截面型材腹板厚度(mm)；
7 结论
单元体整体建模计算，横梁与立柱刚接，侧向约束位于公立柱上，母立柱侧向可滑移，立柱支座扭转自由度不约束；侧向力、侧向力偏心产生的扭矩由横梁传给母立柱整体共同承受，直接承受侧向力的立柱本身不会承担全部荷载，如上面计算公立柱承受侧向弯矩0.69 KN•m，分担给母立柱的侧向弯矩为0.13 KN•m，所占比例为16%。
计算模型中，竖向装饰条偏心引起的扭矩是通过横梁与立柱刚接来实现整体模型受力的，故在横梁端部会产生较大的平面外弯矩，在通常的做法中，横梁与立柱是通过螺钉连接的，连接刚度较弱，不能承受弯矩，解决方法是在横梁端部安装插芯来增大刚度。
参考文献
1、单辉祖材料力学.第二版.北京：国防工业出版社，1986
2、《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003