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摘 要：异形建筑幕墙是个性化建筑的外围护墙体，建筑师运用夸张的艺术想象和多种几何元素来实现各种不同特点的主题。异形幕墙工程的结构设计需要综合利用钢结构和铝合金幕墙自身的特点，同时合理考虑各种不同材料的力学性能。该文通过国家新颁布的2012建筑结构荷载规范的应用以及有限元分析，对广东兴业仓储科研主楼的巨形玉壁幕墙工程进行结构分析，旨在持续维护和保证异形幕墙工程的结构安全。
关键词：异形幕墙 抗风分析 抗震分析 温度作用 菱形幕墙 空间结构 有限元分析
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0-05
近年来，随着建筑技术在原生态仿生造型方面的发展，建筑幕墙工程在结构方面呈现出复杂性，设计优先采用钢铝复合的空间结构体系。空间结构是建筑的骨架，安全性尤为重要。首都机场T3航站楼屋顶被风吹掉、上海国金中心的高空炸弹“玻璃雨”事件等案例，撇除不可抗力因素，在异形建筑幕墙华丽外表的背后有多少结构安全隐患，这些问题已成了业界争论的焦点。
该文通过对广东兴业仓储科研主楼的巨形玉璧幕墙工程（以下简称为玉璧幕墙）进行结构分析，进一步探讨异形幕墙的安全问题。
广东兴业仓储科研主楼工程（见图1）坐落在广州市荔湾区珠江岸畔，建筑造型新颖，突显时代气息。该玉璧外圆环直径146.6 m，内圆环内径47 m，地面以上33层，建筑高度138 m，玉壁厚度28.5 m。
工程由意大利A.M.公司、华南理工大学建筑设计研究院两大建筑设计机构联手设计，主体结构采用钢斜撑框架加混凝土核心筒结构体系，结构设计复杂，而幕墙以菱形幕墙、三角型幕墙和空间结构幕墙为主，异形幕墙遵循特定的结构设计原则来保证工程安全。
1 异形幕墙结构设计原则
高层异形建筑采用幕墙墙体，在于异形幕墙轻质的优点，幕墙结构附着于混凝土结构和主体钢结构上，有着良好的可调位移能力。异形幕墙在风荷载、地震、温度等作用下结构模型会产生较为复杂的力学响应，其主要设计原则有以下几条：
（1）作为维护结构，风荷载是主要作用，抗风设计是首先考虑的设计原则。GB50009-2012《建筑结构荷载规范》（以下简称“新规范”）中指出针对风敏感高层建筑和体型复杂的建筑物，风荷载应由风洞实验来确定。异形幕墙应在建筑立面上的主体风荷载加以归纳、总结，以准确计算异形幕墙的不同部位形体、不同幕墙结构体系的风荷载数值。
（2）抗震设计是幕墙工程中重要的结构设计原则。建筑幕墙平面内变形性能以建筑幕墙层间位移角为性能指标，指标值应小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍，主体结构楼层最大弹性层间位移角控制值中按抗震规范取值。
（3）异形幕墙的钢铝复合结构在温差作用下会产生较大的挤压应力，需计算校核。新规范规定温度作用属可变的间接作用，考虑到结构可靠指标及设计表达式的统一，其荷载分项系数取1.4，该值与美国设计规范ACI318的取值相当。[1]
（4）异形幕墙应综合考虑施工阶段和使用阶段的荷载作用效应组合，整体建模，通过有限元分析最不利工况，找到最薄弱的受力节点进行优化设计，保证系统安全、经济。
异形幕墙材料构件按满足验算承载力及变形的要求：如钢型材挠度不大于1/250；铝型材挠度不大于1/180；玻璃面板挠度不大于1/60等等。
研究结构以设计原则为指导，从科学分析方法到全局分析过程，比对极限状态，其中重点考虑抗风分析、抗震分析、温度作用、典型单元的构造分析。
2 玉璧幕墙的结构分析方法
2.1 抗风分析
异形幕墙工程中空间钢结构属主体结构，其结构荷载重要性系数γ为一级，而外围护幕墙为轻质墙体-结构重要性系数γ为二级，在台风、地震等灾害情况来临时，幕墙先破坏，相当于对主体结构卸载，保证主体结构不瘫塌。
因此本工程主体钢结构按风洞报告100年一遇取风荷载标准值，幕墙可按50年一遇风荷载标准值，详见图2。常规建筑外形的幕墙工程在建筑转角处及高层风压较大，而本工程风荷载在内外圆环边缘处呈等值分布，不因高度变化而变化，在低层建筑下半弧等地方存在风压较大的特点。
在顶部及圆环边缘悬壁钢结构幕墙处需综合考虑风振作用的影响，同时由于结构楼板采用工形钢+压形钢板混凝土结构，幕墙对结构的反力也较大，幕墙结构设计需综合考虑幕墙杆件及主体承载力的双方面因素。
由于本工程异形幕墙的形状特点，风荷载分布呈内外圆环呈边缘大值，内外圆环间呈大面小值。
新规范规定“对于高度大于30 m且高宽比大于1.5的房屋，以及自振周期大于0.25 s的各种高耸结构，应考虑脉动及对结构产生的顺风向风振的影响”。
本项目风洞实验以10 °为间隔测出36个风向角的脉动风压，根据结构动力学原理确定顶层峰值加速度反应，见图3，建筑设计已综合评估了主体钢结构及幕墙结构的侧向挠度和风振作用对结构安全和舒适度的影响，安全可靠，风振作用荷载呈波动
变化。[2]
图3 峰值加速度
根据拉格朗日动态方程：
[M]质量矩阵，[C]阻尼矩阵，[K] 刚度矩阵，P（t）动态荷载，u动态位移本工程[M]、[C]、[K]是固定不变的，在峰值加速度风振作用P（t）下异形幕墙呈u值力学响应，最大变化u值在结构许用范围之内。
2.2 抗震分析
南北大面的菱形幕墙系统是本工程的特点。工程遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三个水准的设计原则，在抗震设防烈度作用下经修理后仍可继续使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不脱落。
本工程所在地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1 g。国际通用的时程分析法在数学上称步步积分法，全过程地分析幕墙结构的地震响应。 由结构基本运动方程输入地面加速度记录进行积分求解，以求得整个时间历程的地震反应的方法。
菱形幕墙系统层是分布在钢结构和混凝土楼板的中间，外侧为钢结构，内侧为混凝土楼板。
由于幕墙最大弹性层间位移角的比对关系为：钢结构类型1/300×3>混凝土结构类型1/800×3，地震作用下，钢结构变形较大，菱形幕墙与外侧钢结构的固定则需要采用大尺寸可调构造来释放地震作用，所以工程实际做法是幕墙主要受力杆件固定在内侧混凝土楼板上。
工程实例中经常用实验数据来证明幕墙的平面变形抗震性能，多个实验表明，竖明横隐玻璃幕墙的平面变形性能与玻璃入槽的深度和玻璃的可活动间隙有关，可调整范围越大，抗震性能越好；而全隐框幕墙则因为结构胶的伸缩能力优良而具有良好的抗震性能，只要主体结构未瘫塌，全隐框幕墙一般都能保持完好，充分满足了三个水准抗震设计原则。
2.3 温度作用
异形幕墙的主要材料是铝、钢、玻璃等等，经过时间的推移，温度的微观变化最终导致幕墙结构的宏观破坏。如果本工程中节点结构设计对伸缩有约束，则受温差作用造成构件挤压产生较大的温度应力，计算按新规范：
σ钢=α钢*E钢*ΔT*1.4≥[σ] 钢
σ铝=α铝*E铝*ΔT*1.4≥[σ] 铝
为适应幕墙温度变形以及施工调整的需要，本工程异形幕墙钢铝复合结构之间需留有可调伸缩缝ΔL，ΔL按下式计算：ΔL≥（α钢-α铝）*ΔT*L*λ+d1
α钢：立柱材料的线膨胀系数
α铝：立柱材料的线膨胀系数
ΔT：温差考虑太阳辐射热等的极端影响
λ：实际伸缩调整系数
d1：施工误差
求得最大ΔL，钢铝连接螺栓部位条形可调孔长度应>ΔL，满足变形要求。
同理计算得出铝型材杆件间的最小伸缩缝。本工程考虑设计温差作用，钢铝结构做槽式可滑动设计，不产生应力作用以满足设计要求，钢铝结构在温度作用下做相对自由伸缩。
玻璃“自爆”已经危及到建筑物周边行人的安全，异形幕墙同样在玻璃的清洁方面和玻璃“自爆”的维修方面耗费了大量的
成本。
由于玻璃的不规则容易产生装配误差，在大温差的作用下产生装配应力而“自爆”，而玻璃含有硫化镍的结石颗粒物质，体积极小无法观察到，它受到温度作用产生的膨胀若干倍后产生应力集中，它是幕墙玻璃自爆的根源。
NiS是一种晶体，有两种晶相，高温相α-NiS和低温相β-NiS，[3]存在于钢化玻璃中α-NiS是不稳定的，转变成β-NiS的趋势明显，转变过程中伴随着体积臌胀，处于玻璃张应力区的NiS在热的“动态”下超过玻璃的强度极限导致玻璃的结构破坏。
国际上用半钢化夹层安全玻璃取代钢化玻璃，以避免“自爆”的伤人问题。
3 玉璧幕墙的结构分析过程和结果
3.1 菱形幕墙的有限元分析
菱形幕墙竖直龙骨位置为明框幕墙，倾斜位置龙骨处幕墙采用隐框形式，最大水平分格取1575 mm，单个斜杆最大长度5660 mm，最高层高5000 mm，斜杆铝立柱采用6063-T5材质，横向与斜向杆件体系相互作用，在整体环境下共同运动。
分析风荷载和地震荷载等组合，取最不利的工况，采用国际上成熟的有限元软件SAP2000建立异形幕墙模型，编号和定义节点和杆件，加入荷载，根据分析过程整理输出结果数据，比对铝立柱直杆和斜杆变形及强度，详见下图4、图5、图6。
有限元分析计算结果：平面外挠度D1=2.69 mm< [D]=2133/180=11.85 mm and max=20 mm，平面内挠度D2=（0.96272+0.56272）0.5=1.11 mm<3 mm.满足要求。斜杆最大强度σ=Mx/（γx×Wenx）+My/（γy×Weny）=69.44 N/mm2 <[σ]=90.0 N/mm2，应力满足。
其中W：对截面主轴x轴/y轴的较小有效净截面模量，截面塑性发展系数：γx=γy=1.05。
通过有限元的结果分析可知，菱形幕墙模型的斜杆变形较小，斜杆做法有利于结构的稳定，同时对水平地震力的承担能力较好。
3.2 空间结构的有限元分析
对于复杂的异形幕墙空间结构，采用钢结构作为结构杆件，采用铝结构作为密封防水构造。不同的钢、铝杆件体系相互连接，相互作用，在共挠度原理下共同运动。入口采光雨蓬采用框架结构形式，玻璃为8+1.52PVB+8钢化夹胶玻璃，两边悬挑支撑龙骨采用变截面H型钢，在保证采光雨蓬结构的可靠性前提下追求轻盈通透。将风荷载、重量荷载、地震等荷载加载到分析模型中，取最极不利的节点数值与许用值比对，根据分析过程整理输出结果数据，见图7、8、9、10：钢架最大应力比0.842<1，满足要求。在荷载设计值作用下钢架变形挠度如下：
最大变形挠度为D=21.9 mm<[D]=8000/300=26.7 mm，符合规范要求，结构安全！[4]
3.3 其他方面的结构安全隐患
异形幕墙的铝材由于杆件的复杂性，加工需要拉弯，烧铝焊等非常规工序，容易造成铝合金型材裂纹；异形幕墙钢材连接节点较多，节点应力较大，在节点焊接处的防腐处理应值得重视，焊缝要承担较大的根部应力，这些小的结构缺陷都会有安全问题。
本工程三角形玻璃幕墙采用全隐框玻璃幕墙系统，其余部位均采用竖明横隐玻璃幕墙系统。80年代起我国用硅酮结构胶作为结构元素在隐框幕墙中得到广泛地应用，国际上检测证明它的使用寿命为25年，目前我国城市中有些老建筑已经存在安全隐患。硅酮结构胶的主要成分是高分子材料-羟基封端聚二甲基硅氧烷，分子结构以硅-氧化学键为主，在紫外线、潮湿、SO2、盐雾、高温等环境下力学性能呈长期缓慢疲劳寿命衰减，全国各地市已经开始开展了对老建筑隐框玻璃幕墙的结构胶做定期的维护和检测，新工程的隐框玻璃幕墙结构也需要论证，经过分析比较，采用欧洲标准ETAG002《结构密封胶装配系统技术审核指南》和EN15434《建筑用玻璃-结构或紫外线密封胶》在结构胶抗老化方面的考虑较周全，如果实际工程施工方法规范、得当，能有效地保证全隐框幕墙的使用寿命。对结构胶厂家要求提供保养有效期年限保证，宜采用高性能结构胶，但结构胶粘接拉伸强度设计值0.14 mpa仍为最高计算限值[5]，JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》规定硅酮结构胶强度设计值不大于0.2 mPa，已考虑风荷载1.4倍的安全系数，与此值接近。高于此限值时，疲劳寿命衰减较快，超过年限后定期检查更换结构胶。本工程幕墙主要是采用竖向明框扣板做法防止因为结构胶老化的玻璃板块坠落安全问题。
4 结语
通过抗风、抗震、温度作用的科学分析方法和典型单元的分析过程，结果得知玉璧幕墙的系统构造满足了异形幕墙的设计原则，并提前预知工程风险；通过数学模型的建立，寻找点、线、面之间的规律，满足了建筑造型的要求；通过有限元力学模型的分析，采用最优化杆件，保证了工程安全和经济性。在未来的几年，我们将结合数学模型和力学模型，利用计算机三维空间CAD技术和信息数字化、参数化的方法改进异形建筑幕墙工程技术的应用。新规范作为设计依据，它的修订是在总结工程设计经验和参照国际规范的基础上进行的，修订内容增补了风振作用、温度作用及偶然荷载等等，新规范的应用将更全面的解决异形建筑幕墙的结构安全问题。
参考文献
[1] 建筑结构荷载规范[S].中国建筑工业出版社，2012.
[2] 谢壮宁.广东兴业国际仓储项目科研主楼项目风洞试验和风振分析报告[R].华南理工大学土木与交通学院，2009.
[3] 龙文志.玻璃幕墙癌症-钢化玻璃自爆[J].建筑技术，2006，26（5）：7-12.
[4] 深圳市瑞华建设股份有限公司广东兴业幕墙工程结构计算书[Z].2012.
[5] 马启元.倍增幕墙玻璃粘结强度设计值的风险[C]//2009年全国铝门窗幕墙行业年会论文.2009：67-73.
关键词：异形幕墙 抗风分析 抗震分析 温度作用 菱形幕墙 空间结构 有限元分析
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）04（a）-0-05
近年来，随着建筑技术在原生态仿生造型方面的发展，建筑幕墙工程在结构方面呈现出复杂性，设计优先采用钢铝复合的空间结构体系。空间结构是建筑的骨架，安全性尤为重要。首都机场T3航站楼屋顶被风吹掉、上海国金中心的高空炸弹“玻璃雨”事件等案例，撇除不可抗力因素，在异形建筑幕墙华丽外表的背后有多少结构安全隐患，这些问题已成了业界争论的焦点。
该文通过对广东兴业仓储科研主楼的巨形玉璧幕墙工程（以下简称为玉璧幕墙）进行结构分析，进一步探讨异形幕墙的安全问题。
广东兴业仓储科研主楼工程（见图1）坐落在广州市荔湾区珠江岸畔，建筑造型新颖，突显时代气息。该玉璧外圆环直径146.6 m，内圆环内径47 m，地面以上33层，建筑高度138 m，玉壁厚度28.5 m。
工程由意大利A.M.公司、华南理工大学建筑设计研究院两大建筑设计机构联手设计，主体结构采用钢斜撑框架加混凝土核心筒结构体系，结构设计复杂，而幕墙以菱形幕墙、三角型幕墙和空间结构幕墙为主，异形幕墙遵循特定的结构设计原则来保证工程安全。
1 异形幕墙结构设计原则
高层异形建筑采用幕墙墙体，在于异形幕墙轻质的优点，幕墙结构附着于混凝土结构和主体钢结构上，有着良好的可调位移能力。异形幕墙在风荷载、地震、温度等作用下结构模型会产生较为复杂的力学响应，其主要设计原则有以下几条：
（1）作为维护结构，风荷载是主要作用，抗风设计是首先考虑的设计原则。GB50009-2012《建筑结构荷载规范》（以下简称“新规范”）中指出针对风敏感高层建筑和体型复杂的建筑物，风荷载应由风洞实验来确定。异形幕墙应在建筑立面上的主体风荷载加以归纳、总结，以准确计算异形幕墙的不同部位形体、不同幕墙结构体系的风荷载数值。
（2）抗震设计是幕墙工程中重要的结构设计原则。建筑幕墙平面内变形性能以建筑幕墙层间位移角为性能指标，指标值应小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍，主体结构楼层最大弹性层间位移角控制值中按抗震规范取值。
（3）异形幕墙的钢铝复合结构在温差作用下会产生较大的挤压应力，需计算校核。新规范规定温度作用属可变的间接作用，考虑到结构可靠指标及设计表达式的统一，其荷载分项系数取1.4，该值与美国设计规范ACI318的取值相当。[1]
（4）异形幕墙应综合考虑施工阶段和使用阶段的荷载作用效应组合，整体建模，通过有限元分析最不利工况，找到最薄弱的受力节点进行优化设计，保证系统安全、经济。
异形幕墙材料构件按满足验算承载力及变形的要求：如钢型材挠度不大于1/250；铝型材挠度不大于1/180；玻璃面板挠度不大于1/60等等。
研究结构以设计原则为指导，从科学分析方法到全局分析过程，比对极限状态，其中重点考虑抗风分析、抗震分析、温度作用、典型单元的构造分析。
2 玉璧幕墙的结构分析方法
2.1 抗风分析
异形幕墙工程中空间钢结构属主体结构，其结构荷载重要性系数γ为一级，而外围护幕墙为轻质墙体-结构重要性系数γ为二级，在台风、地震等灾害情况来临时，幕墙先破坏，相当于对主体结构卸载，保证主体结构不瘫塌。
因此本工程主体钢结构按风洞报告100年一遇取风荷载标准值，幕墙可按50年一遇风荷载标准值，详见图2。常规建筑外形的幕墙工程在建筑转角处及高层风压较大，而本工程风荷载在内外圆环边缘处呈等值分布，不因高度变化而变化，在低层建筑下半弧等地方存在风压较大的特点。
在顶部及圆环边缘悬壁钢结构幕墙处需综合考虑风振作用的影响，同时由于结构楼板采用工形钢+压形钢板混凝土结构，幕墙对结构的反力也较大，幕墙结构设计需综合考虑幕墙杆件及主体承载力的双方面因素。
由于本工程异形幕墙的形状特点，风荷载分布呈内外圆环呈边缘大值，内外圆环间呈大面小值。
新规范规定“对于高度大于30 m且高宽比大于1.5的房屋，以及自振周期大于0.25 s的各种高耸结构，应考虑脉动及对结构产生的顺风向风振的影响”。
本项目风洞实验以10 °为间隔测出36个风向角的脉动风压，根据结构动力学原理确定顶层峰值加速度反应，见图3，建筑设计已综合评估了主体钢结构及幕墙结构的侧向挠度和风振作用对结构安全和舒适度的影响，安全可靠，风振作用荷载呈波动
变化。[2]
图3 峰值加速度
根据拉格朗日动态方程：
[M]质量矩阵，[C]阻尼矩阵，[K] 刚度矩阵，P（t）动态荷载，u动态位移本工程[M]、[C]、[K]是固定不变的，在峰值加速度风振作用P（t）下异形幕墙呈u值力学响应，最大变化u值在结构许用范围之内。
2.2 抗震分析
南北大面的菱形幕墙系统是本工程的特点。工程遵循“小震不坏、中震可修、大震不倒”的三个水准的设计原则，在抗震设防烈度作用下经修理后仍可继续使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不脱落。
本工程所在地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.1 g。国际通用的时程分析法在数学上称步步积分法，全过程地分析幕墙结构的地震响应。 由结构基本运动方程输入地面加速度记录进行积分求解，以求得整个时间历程的地震反应的方法。
菱形幕墙系统层是分布在钢结构和混凝土楼板的中间，外侧为钢结构，内侧为混凝土楼板。
由于幕墙最大弹性层间位移角的比对关系为：钢结构类型1/300×3>混凝土结构类型1/800×3，地震作用下，钢结构变形较大，菱形幕墙与外侧钢结构的固定则需要采用大尺寸可调构造来释放地震作用，所以工程实际做法是幕墙主要受力杆件固定在内侧混凝土楼板上。
工程实例中经常用实验数据来证明幕墙的平面变形抗震性能，多个实验表明，竖明横隐玻璃幕墙的平面变形性能与玻璃入槽的深度和玻璃的可活动间隙有关，可调整范围越大，抗震性能越好；而全隐框幕墙则因为结构胶的伸缩能力优良而具有良好的抗震性能，只要主体结构未瘫塌，全隐框幕墙一般都能保持完好，充分满足了三个水准抗震设计原则。
2.3 温度作用
异形幕墙的主要材料是铝、钢、玻璃等等，经过时间的推移，温度的微观变化最终导致幕墙结构的宏观破坏。如果本工程中节点结构设计对伸缩有约束，则受温差作用造成构件挤压产生较大的温度应力，计算按新规范：
σ钢=α钢*E钢*ΔT*1.4≥[σ] 钢
σ铝=α铝*E铝*ΔT*1.4≥[σ] 铝
为适应幕墙温度变形以及施工调整的需要，本工程异形幕墙钢铝复合结构之间需留有可调伸缩缝ΔL，ΔL按下式计算：ΔL≥（α钢-α铝）*ΔT*L*λ+d1
α钢：立柱材料的线膨胀系数
α铝：立柱材料的线膨胀系数
ΔT：温差考虑太阳辐射热等的极端影响
λ：实际伸缩调整系数
d1：施工误差
求得最大ΔL，钢铝连接螺栓部位条形可调孔长度应>ΔL，满足变形要求。
同理计算得出铝型材杆件间的最小伸缩缝。本工程考虑设计温差作用，钢铝结构做槽式可滑动设计，不产生应力作用以满足设计要求，钢铝结构在温度作用下做相对自由伸缩。
玻璃“自爆”已经危及到建筑物周边行人的安全，异形幕墙同样在玻璃的清洁方面和玻璃“自爆”的维修方面耗费了大量的
成本。
由于玻璃的不规则容易产生装配误差，在大温差的作用下产生装配应力而“自爆”，而玻璃含有硫化镍的结石颗粒物质，体积极小无法观察到，它受到温度作用产生的膨胀若干倍后产生应力集中，它是幕墙玻璃自爆的根源。
NiS是一种晶体，有两种晶相，高温相α-NiS和低温相β-NiS，[3]存在于钢化玻璃中α-NiS是不稳定的，转变成β-NiS的趋势明显，转变过程中伴随着体积臌胀，处于玻璃张应力区的NiS在热的“动态”下超过玻璃的强度极限导致玻璃的结构破坏。
国际上用半钢化夹层安全玻璃取代钢化玻璃，以避免“自爆”的伤人问题。
3 玉璧幕墙的结构分析过程和结果
3.1 菱形幕墙的有限元分析
菱形幕墙竖直龙骨位置为明框幕墙，倾斜位置龙骨处幕墙采用隐框形式，最大水平分格取1575 mm，单个斜杆最大长度5660 mm，最高层高5000 mm，斜杆铝立柱采用6063-T5材质，横向与斜向杆件体系相互作用，在整体环境下共同运动。
分析风荷载和地震荷载等组合，取最不利的工况，采用国际上成熟的有限元软件SAP2000建立异形幕墙模型，编号和定义节点和杆件，加入荷载，根据分析过程整理输出结果数据，比对铝立柱直杆和斜杆变形及强度，详见下图4、图5、图6。
有限元分析计算结果：平面外挠度D1=2.69 mm< [D]=2133/180=11.85 mm and max=20 mm，平面内挠度D2=（0.96272+0.56272）0.5=1.11 mm<3 mm.满足要求。斜杆最大强度σ=Mx/（γx×Wenx）+My/（γy×Weny）=69.44 N/mm2 <[σ]=90.0 N/mm2，应力满足。
其中W：对截面主轴x轴/y轴的较小有效净截面模量，截面塑性发展系数：γx=γy=1.05。
通过有限元的结果分析可知，菱形幕墙模型的斜杆变形较小，斜杆做法有利于结构的稳定，同时对水平地震力的承担能力较好。
3.2 空间结构的有限元分析
对于复杂的异形幕墙空间结构，采用钢结构作为结构杆件，采用铝结构作为密封防水构造。不同的钢、铝杆件体系相互连接，相互作用，在共挠度原理下共同运动。入口采光雨蓬采用框架结构形式，玻璃为8+1.52PVB+8钢化夹胶玻璃，两边悬挑支撑龙骨采用变截面H型钢，在保证采光雨蓬结构的可靠性前提下追求轻盈通透。将风荷载、重量荷载、地震等荷载加载到分析模型中，取最极不利的节点数值与许用值比对，根据分析过程整理输出结果数据，见图7、8、9、10：钢架最大应力比0.842<1，满足要求。在荷载设计值作用下钢架变形挠度如下：
最大变形挠度为D=21.9 mm<[D]=8000/300=26.7 mm，符合规范要求，结构安全！[4]
3.3 其他方面的结构安全隐患
异形幕墙的铝材由于杆件的复杂性，加工需要拉弯，烧铝焊等非常规工序，容易造成铝合金型材裂纹；异形幕墙钢材连接节点较多，节点应力较大，在节点焊接处的防腐处理应值得重视，焊缝要承担较大的根部应力，这些小的结构缺陷都会有安全问题。
本工程三角形玻璃幕墙采用全隐框玻璃幕墙系统，其余部位均采用竖明横隐玻璃幕墙系统。80年代起我国用硅酮结构胶作为结构元素在隐框幕墙中得到广泛地应用，国际上检测证明它的使用寿命为25年，目前我国城市中有些老建筑已经存在安全隐患。硅酮结构胶的主要成分是高分子材料-羟基封端聚二甲基硅氧烷，分子结构以硅-氧化学键为主，在紫外线、潮湿、SO2、盐雾、高温等环境下力学性能呈长期缓慢疲劳寿命衰减，全国各地市已经开始开展了对老建筑隐框玻璃幕墙的结构胶做定期的维护和检测，新工程的隐框玻璃幕墙结构也需要论证，经过分析比较，采用欧洲标准ETAG002《结构密封胶装配系统技术审核指南》和EN15434《建筑用玻璃-结构或紫外线密封胶》在结构胶抗老化方面的考虑较周全，如果实际工程施工方法规范、得当，能有效地保证全隐框幕墙的使用寿命。对结构胶厂家要求提供保养有效期年限保证，宜采用高性能结构胶，但结构胶粘接拉伸强度设计值0.14 mpa仍为最高计算限值[5]，JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》规定硅酮结构胶强度设计值不大于0.2 mPa，已考虑风荷载1.4倍的安全系数，与此值接近。高于此限值时，疲劳寿命衰减较快，超过年限后定期检查更换结构胶。本工程幕墙主要是采用竖向明框扣板做法防止因为结构胶老化的玻璃板块坠落安全问题。
4 结语
通过抗风、抗震、温度作用的科学分析方法和典型单元的分析过程，结果得知玉璧幕墙的系统构造满足了异形幕墙的设计原则，并提前预知工程风险；通过数学模型的建立，寻找点、线、面之间的规律，满足了建筑造型的要求；通过有限元力学模型的分析，采用最优化杆件，保证了工程安全和经济性。在未来的几年，我们将结合数学模型和力学模型，利用计算机三维空间CAD技术和信息数字化、参数化的方法改进异形建筑幕墙工程技术的应用。新规范作为设计依据，它的修订是在总结工程设计经验和参照国际规范的基础上进行的，修订内容增补了风振作用、温度作用及偶然荷载等等，新规范的应用将更全面的解决异形建筑幕墙的结构安全问题。
参考文献
[1] 建筑结构荷载规范[S].中国建筑工业出版社，2012.
[2] 谢壮宁.广东兴业国际仓储项目科研主楼项目风洞试验和风振分析报告[R].华南理工大学土木与交通学院，2009.
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