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【摘 要】 玻璃幕墙是由支撑结构体系与板材组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构。玻璃幕墙立柱是决定幕墙结构形式安全可靠的关键因素之一，玻璃幕墙结构的设计，主要取决于幕墙立柱结构的力学计算。本文主要就是针对玻璃幕墙中大跨度立柱的设计来进行分析。
【关键词】 玻璃幕墙；大跨度；立柱
引言：
在JGJ102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》之中，第6.3.6条中明确的提出：立柱的实际支撑条件，分别是按照多跨铰接梁、双跨梁或单跨梁来进行计算由风荷载或地震作用产生的弯矩，并且按照其支承条件计算轴向力。多跨铰接静定梁的内力分析并不是很复杂，在幕墙行业中用的最多的就是CADPM结构计算辅助设计软件之中已给出幕墙立柱的铰接多跨静定梁模式，既方便又快捷。下面就某工程项目中的实际使用情况来分析。
1、立柱设计及验算
本文以某立柱跨度为9m、立柱左右分格均为1.2m的玻璃幕墙为例进行设计，如果采用传统的铝合金立柱，势必会加大立柱的截面尺寸和厚度，而一般玻璃幕墙完成面距结构完成面为250～300mm，加大立柱的截面尺寸很可能不能满足玻璃幕墙的安装尺寸；铝合金立柱的一般生产长度为6m，9m的长度在材料的生产上提高了难度，运输成本也相应增加，整个幕墙的成本会大大增加，因此传统的铝合金立柱不适合大跨度玻璃幕墙。根据具体的工程可以采用不同立柱形式：钢铝叠合立柱（见图1）、型钢立柱（见图2）等，以上述立柱9m跨度情况对两种立柱的强度、刚度进行验算。
图1 钢铝叠合截面图2型钢截面
2、幕墙立柱的连续梁力学计算
以三个层高的幕墙立柱为例，可用等跨度、等截面及同荷载的四点三跨连续梁进行推导计算。幕墙立柱的荷载和弯矩图见图3。
图3 荷载及弯矩图
下面依照材料力学中连续梁三弯矩方程进行计算：
1）风荷载弯矩的面积表示为：W=ql3/12，由于对称性M1=M2=M，一并代入三弯矩方程得：0×l+2M（l+l）+Ml=-[6×（ql3/12）×l/2]/l-[6×（ql3/12）2）0～1段和1～3段跨度中点挠度相等，可由风荷载和附加弯矩引起的挠度相加：
风荷载引起的中点挠度表示为：f=5ql4/384EJ附加弯矩引起的中点挠度表示为：f"=3ql4/480EJ
则中点总挠度，f=（5/384-3/480）ql4/EJ=0.00677ql4/EJ
3）支座处截面剪力为风荷载和附加弯矩在该截面剪力的数和：
支座0：Q0=0.5ql-0.1ql=0.4ql
支座1左：Q1左=-0.5ql-0.1ql=-0.6ql
支座1右：Q1右=0.5ql
支座2左：Q2左=-0.5ql
支座2右：Q2右=0.5ql+0.1ql=0.6ql
支座3：Q3=-0.5ql+0.1ql=-0.4ql
4）依照三弯矩方程可推算出：三点两跨、五点四跨、六点五跨连续梁的中点挠度、剪力及支座弯矩（附加弯矩）和最大弯矩，内力计算结果见表1。
表1 内力计算结果
注：M=表中系数·qL2，Q=表中系数·qL，ω=表中系数·qL4/100EI
从表1的数据对比中可以看出，以四点三跨连续梁的最大弯矩的中点挠度为最大，因而幕墙立柱结构设计的力学计算模型以四点三跨连续梁的计算公式较妥。
3、荷载计算
3.1风荷载标准值计算
立柱正风压风荷载标准值计算如下：Wkvp=βgz×μsvp1×μz×W0=1.7×1.05237×1×0.3=0.536708kN/m2
立柱负风压风荷载标准值计算如下：
Wkvn=βgz×μsvn1×μz×W0=-0.536708kN/m2
Wkvn>-1kN/m2，取=1kN/m2
3.2、风荷载设计值计算
W：风荷载设计值：kN/m2
γw：风荷载作用效应的分项系数：1.4
按JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中5.1.6条规定采用立柱风荷载作用计算
4、立柱计算
4.1立柱荷载计算
图4 立柱计算简图 图5 立柱受力简图
通过有限元分析计算得到立柱的弯矩图如图6。
图6 立柱弯矩图 图7 立柱轴力图
立柱弯矩分布如表2。
表2 立柱弯矩分布表
最大弯矩发生在8.2m处，M：幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）；M=14.0729kN·m。立柱在荷载作用下的轴力图如图7。
立柱在荷载作用下的支座反力信息见表3。
表3 支座反力信息表
4.2選用钢铝叠合截面立柱
叠合式截面杆件截面之间没有任何约束，此时不能按照“平截面假定”条件进行计算，但由于二者有着共同的边界约束条件。在正常受力下，变形在弹性范围内，两者各自沿自身截面中和轴产生挠曲，二者挠度相等，所以二者分配的荷载与各自截面刚度（EI）成正比。
（1）立柱的强度计算
立柱通过有限元计算得到叠合截面的应力校核数据如表4所示。
表4 应力校核数据表
通过上面计算可知，立柱叠合截面杆件b1的应力最大，为160.42N/mm2≤fa=215N/mm2，所以立柱叠合截面承载力满足要求。
（2）立柱的刚度计算
①立柱主截面的挠度验算。
【关键词】 玻璃幕墙；大跨度；立柱
引言：
在JGJ102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》之中，第6.3.6条中明确的提出：立柱的实际支撑条件，分别是按照多跨铰接梁、双跨梁或单跨梁来进行计算由风荷载或地震作用产生的弯矩，并且按照其支承条件计算轴向力。多跨铰接静定梁的内力分析并不是很复杂，在幕墙行业中用的最多的就是CADPM结构计算辅助设计软件之中已给出幕墙立柱的铰接多跨静定梁模式，既方便又快捷。下面就某工程项目中的实际使用情况来分析。
1、立柱设计及验算
本文以某立柱跨度为9m、立柱左右分格均为1.2m的玻璃幕墙为例进行设计，如果采用传统的铝合金立柱，势必会加大立柱的截面尺寸和厚度，而一般玻璃幕墙完成面距结构完成面为250～300mm，加大立柱的截面尺寸很可能不能满足玻璃幕墙的安装尺寸；铝合金立柱的一般生产长度为6m，9m的长度在材料的生产上提高了难度，运输成本也相应增加，整个幕墙的成本会大大增加，因此传统的铝合金立柱不适合大跨度玻璃幕墙。根据具体的工程可以采用不同立柱形式：钢铝叠合立柱（见图1）、型钢立柱（见图2）等，以上述立柱9m跨度情况对两种立柱的强度、刚度进行验算。
图1 钢铝叠合截面图2型钢截面
2、幕墙立柱的连续梁力学计算
以三个层高的幕墙立柱为例，可用等跨度、等截面及同荷载的四点三跨连续梁进行推导计算。幕墙立柱的荷载和弯矩图见图3。
图3 荷载及弯矩图
下面依照材料力学中连续梁三弯矩方程进行计算：
1）风荷载弯矩的面积表示为：W=ql3/12，由于对称性M1=M2=M，一并代入三弯矩方程得：0×l+2M（l+l）+Ml=-[6×（ql3/12）×l/2]/l-[6×（ql3/12）2）0～1段和1～3段跨度中点挠度相等，可由风荷载和附加弯矩引起的挠度相加：
风荷载引起的中点挠度表示为：f=5ql4/384EJ附加弯矩引起的中点挠度表示为：f"=3ql4/480EJ
则中点总挠度，f=（5/384-3/480）ql4/EJ=0.00677ql4/EJ
3）支座处截面剪力为风荷载和附加弯矩在该截面剪力的数和：
支座0：Q0=0.5ql-0.1ql=0.4ql
支座1左：Q1左=-0.5ql-0.1ql=-0.6ql
支座1右：Q1右=0.5ql
支座2左：Q2左=-0.5ql
支座2右：Q2右=0.5ql+0.1ql=0.6ql
支座3：Q3=-0.5ql+0.1ql=-0.4ql
4）依照三弯矩方程可推算出：三点两跨、五点四跨、六点五跨连续梁的中点挠度、剪力及支座弯矩（附加弯矩）和最大弯矩，内力计算结果见表1。
表1 内力计算结果
注：M=表中系数·qL2，Q=表中系数·qL，ω=表中系数·qL4/100EI
从表1的数据对比中可以看出，以四点三跨连续梁的最大弯矩的中点挠度为最大，因而幕墙立柱结构设计的力学计算模型以四点三跨连续梁的计算公式较妥。
3、荷载计算
3.1风荷载标准值计算
立柱正风压风荷载标准值计算如下：Wkvp=βgz×μsvp1×μz×W0=1.7×1.05237×1×0.3=0.536708kN/m2
立柱负风压风荷载标准值计算如下：
Wkvn=βgz×μsvn1×μz×W0=-0.536708kN/m2
Wkvn>-1kN/m2，取=1kN/m2
3.2、风荷载设计值计算
W：风荷载设计值：kN/m2
γw：风荷载作用效应的分项系数：1.4
按JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中5.1.6条规定采用立柱风荷载作用计算
4、立柱计算
4.1立柱荷载计算
图4 立柱计算简图 图5 立柱受力简图
通过有限元分析计算得到立柱的弯矩图如图6。
图6 立柱弯矩图 图7 立柱轴力图
立柱弯矩分布如表2。
表2 立柱弯矩分布表
最大弯矩发生在8.2m处，M：幕墙立柱在风荷载和地震作用下产生弯矩（kN·m）；M=14.0729kN·m。立柱在荷载作用下的轴力图如图7。
立柱在荷载作用下的支座反力信息见表3。
表3 支座反力信息表
4.2選用钢铝叠合截面立柱
叠合式截面杆件截面之间没有任何约束，此时不能按照“平截面假定”条件进行计算，但由于二者有着共同的边界约束条件。在正常受力下，变形在弹性范围内，两者各自沿自身截面中和轴产生挠曲，二者挠度相等，所以二者分配的荷载与各自截面刚度（EI）成正比。
（1）立柱的强度计算
立柱通过有限元计算得到叠合截面的应力校核数据如表4所示。
表4 应力校核数据表
通过上面计算可知，立柱叠合截面杆件b1的应力最大，为160.42N/mm2≤fa=215N/mm2，所以立柱叠合截面承载力满足要求。
（2）立柱的刚度计算
①立柱主截面的挠度验算。