闭口横梁系统的计算

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闭口横梁系统的连接及其计算

文/浙江亚厦幕墙有限公司 张遒超、胡伟峰

【摘 要】 ：闭口横梁型材，采用铝质芯套/不锈钢弹簧插销与

立柱连接能大大提高材料的力学性能，具有较强

的传力能力及抗扭转的能力。

在现有幕墙横粱体系中．大多为开口横梁体系，该体系应用较早．其横粱与立柱采用铝角码连接，该系统对型材的加工精度要求不高。现场可调节余地大，但安装时横梁受荷后变形偏大，造成立柱与横粱接缝不严，在长期风荷载作用下幕墙玻璃极易与型材发生刚性扭曲甚至倾覆，造成重大损失。

由亚厦幕墙施工的嘉善电力调度综合楼的设计中采用了一种新型的闭口横梁系统。

成本的支出。同时，组件在工厂加工，现场只需要简单安装，在安装速度提高的同时，对安装工人的技能要求得以降低，减少了人力成本的支出。

一：系统的优点

1实用性强，安全可靠

该系统采用插件式结构，在明框/隐框/半隐框下均可采用。在保证插接安全的前提下，幕墙具有一定的调节量。在幕墙承受反复的风荷载情况下，也不影响固定的强度。

2．安装方便，加工精度高。

该系统可实现工厂化加工，尺寸精准，加工好的材料运到工地后，只需要简单的步骤，既可实现横梁与立柱的连接，安装速度快，大大降低劳动强度。

3节约成本。

采用闭口型材，大大提高材料的力学性能，在保证安全的前提下，横梁的米重显著降低，减少了材料

横梁芯套与横梁连接三维示意图

二：系统的详细结构

1：横梁芯套组件

横梁芯套（横梁管）进行扩孔，装入销钉和弹簧，并以直径8mm 的螺钉固定其孔尾。如下图：

2：横梁组件

横梁芯套组件通过横梁外侧的螺钉与横梁进行连接，使其成为整体横梁组件。下图：

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立柱连接用弹簧采用不锈钢材质，具

体

标

记

为：Y Ⅰ 0. 45*5*24*8. 5

0Cr17Ni12MO2，参照标准《小型圆柱螺旋压缩弹簧尺寸及参数》（GB/T 1973.3-2005）

3：对孔就位

组件平行推入两立柱间，对准立柱上的圆孔，此时销钉弹出，发出喀嚓声，对孔就位完成。最后在横梁与立柱连接位置填充耐候密封胶即可。

柱的预定位置。要求牢固可靠，接缝严密；

2：相邻两根横梁的水平标高偏差不大于1mm, 同层标高偏差不大于４ｍｍ。

3 ： 横梁与立柱的连接部位应设置2mm 柔性垫片（2mm 柔性垫片因有20%-35%的压缩量），以适应和消除横向温度变形的要求，防止产生摩擦噪声。

四: 连接钢销的计算

以本工程为例，选取墙角区隐框横梁计算标高87.9m ，幕墙横梁按简支梁力学模型进行设计计算：

1. 结构尺寸

三:横粱安装的要求

1

：横粱两端的销钉连接件及柔性垫片安装在立

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跨度（高度） L=1078mm

上下面板高度 H1 =2180mm；H 2=930mm荷载有效宽度：a 1=0.5•min( H1，L) a 1 =539 mm λ1=a1/L λ1=0.5a 2=0.5•min( H2，L) a 2 =465 mm λ2= a2/L λ2=0.431a 3 =L/4

a 3 =269.5 mm λ3= a3/L λ3=0.25

2. 荷载线分布最大荷载集度计算垂直于玻璃平面的风荷载作用计算标高Z=87.9MW 0=0.45kN/m-2 B类A 为围护构件的从属面积 A

β gz=1.522 μ z =2.005 μ sl =2.0W k =β gz ×μ z ×μ sl ×W 0W k =1.0kpa if wk ≤1.0 kpaW k

if wk >1.0 kpa

W k =2.747 KN.m-2

γw : 风荷载作用效应的分项系数 γw =1.4 q wk ： 风荷载线分布最大荷载集度标准值(kN/m)q wk1= Wk •a1 qwk1= 1.481 N•mm -1q wk2= Wk •a2 qwk2= 1.277 N•mm -1q w ： 风荷载线分布最大荷载集度设计值(kN/m)q w1=γw •q wk1 qw1=2.073 N•mm -1q w2=γw •q wk2 qw2=1.788 N•mm -1玻璃厚度 t=12

玻璃重度 pg =25.6k N•mm -3横梁材料重度 pa =28.0 k N•mm -3横梁型材截面积 Aa =1031 mm2

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γG : 重力荷载作用效应分项系数 γG =1.2g k ：横梁自重产生的竖向荷载标准值（N/m)g k = pa •A a •(1+20%) gk =34.64 N•m -1g ：横梁自重产生的竖向荷载设计值（N/m ）g =γG •g k g =41.57 N•m -1G k ：玻璃自重产生的竖向荷载标准值（N ）G k = pg •t •H 1•L/2 Gk =360.97 NG ：玻璃自重荷载产生的竖向集中荷载设计值 （N ）G =γG •G k G=433.159 N

G AK ：玻璃幕墙构件(包括玻璃和框) 的平均自重标准值（KN/ m2）

G AK = pg •t •(1+10%) GAK =0.338 k N•mm -2垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用:q EAk ： 垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值（KN/m 2）

β E ：动力放大系数 β E =5

αmax ： 水平地震影响系数最大值 αmax =0.040q EAk = β E ×α max ×G Ak q EAk =0.068 k N•m -2r E :地震作用分项系数 rE =1.3q E ： 垂直于玻璃平面的分布水平地震作用线荷载设计值(kN/m)

q E1 =rE •q EAk •a 1 qE1=0.047 k N/•m -1q E2= rE •q EAk •a 2 qE2 =0.041 k N•m -1荷载组合线分布最大荷载集度

q ：玻璃所受组合荷载线分布最大荷载集度设计值:(kN/m)

采用SW+0.5SE组合: (JGJ102-2003 5.4.2)q 1 =qw1 +0.5qE1 q1=2.097 k N•m -1q 2 =qw2+0.5qE2 q2=1.809 KN•m -13. 结构分析:风荷载:

最大弯矩 Mx =[ q1•(3-4•λ12)+ q2 •(3-4•λ22) •]L2 /24 M x =4.01×105 N/mm

最大剪力v x = [q1(L-a1)+ q2(L-a2) ]/2 vx =1119N横梁两端反力：R x = vx Rx =1119N自重荷载:

最大弯矩M y =(g•L 2)/8+ G•a 3 My =1×105 N •mm 最大剪力v y = g•L/2+ G vy =456N横梁两端反力：R y = vy Ry =456N4. 连接钢销计算

R x 连接部位水平总力 Rx =1119NR y 连接部位竖直总力 Ry =456NN 连接处销钉个数

n=3

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由于玻璃自重相对与横梁偏心，对销钉产生扭矩，在扭矩作用下销钉群承受剪力。

偏心距：e=86mm

扭矩T=Ry.e T=39222N.mm

以销钉群中心为原点，各销钉的坐标为:1点： x1= -23mm y1=19mm2点： x2= -23mm y2=-19mm3点： x3= 46mm y3=0mm 扭矩作用下销钉1和销钉2受力最大。

N 1x =T*Y1/[(X12 +X22 +X32)+(Y12 +Y22 +Y32)] N 1x =191.248N

N 1y =T* ︱X1︳/[(X12 +X22 +X32)+(Y12 +Y22

+Y32)] N1y =231.511N

所以受力最大销钉合力为:

N 1= (N1x+

Rx/n)2+(N1y+Ry/n)2N 1=682.244N

d 1:不锈钢销钉直径：（mm ） d1=6mmf v :不锈钢销钉的抗剪设计值：（N/mm2）f v =110N/mm2

N vb :单个销钉所能承受的最大剪力值：（N/mm2）N vb =π*（d1/2）2*fv N vb =3110N/mm2N 1＜N vb 销钉抗剪可以满足要求.

闭口横梁型材系统结构受力清晰，设计合理，安装方便，通用性强。芯套的应用解决了横梁的扭转和倾覆的问题，使得幕墙的安全性得到提升。最重要的是该系统的使用能使材料成本和人力成本降低，使得幕墙企业更具有市场竞争性，产生更大的经济效益。

作者简介：

张遒超

毕业于重庆科技学院建筑装

饰技术专业，国家注册建造师、助理工程师、现任浙江亚厦幕墙设计研究院幕墙设计四所主设计师。主要作品：宁波荣安大厦、绍兴轻纺城贸易中心。

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