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【摘 要】近年来，单元式幕墙应用越来越多，它具有安装速度快、施工周期短、整体表面平整度高、装饰效果好等优点。但施工过程中单元式幕墙结构计算存在的一些问题，使工程在质量、安全、进度、成本等方面受到影响， 作为幕墙结构工程师不能盲目地照搬照抄规范，应该把它作为一种指南、参考，在实际设计项目中做出正确的选择。基于此，本文就将从不同层面对单元式幕墙结构计算中应注意的要点进行分析探讨。
【关键词】单元式幕墙；结构计算；问题
1、单元式幕墙的特点
作为近年出现的外围护建筑结构，单元式幕墙是建筑产品工厂化的产物，具有很强的代表性。单元式幕墙的一个单元组即是一个受力单元，由于其具有施工周期短、安装速度快等优点，在现代化的高层建筑中应用越来越广泛，并取得了很好的效果，概述起来，单元式幕墙的特点主要表现在如下几个方面：单元组件都是在工厂进行加工，具有精度高的特点；单元式幕墙采用插人式结构，在对插处形成横框或竖框，板块的安装精度高，可实现定位安装，幕墙的视觉效果好，外观平整；在安装时运用机械设备，施工周期短，安装速度快，易于施工，符合现代建筑的要求，由于节省了吊篮和脚手架等辅助设备，减少了开支，并简化了施工工序，提高了效率；不需要打胶，避免了幕墙吸附灰尘的情况，采用干法施工，确保了幕墙的整洁；采用特殊的连接方式，使结构更为安全可靠；施工采用等压腔原理，采用多道密封，实现了结构防水，并增强了水密性。
此外，幕墙还具备呼吸的功能，确保了内部不受潮；具有清洗功能，合理的排水渠道设计，可以避免玻璃表面积水的情况，幕墙内部的水通过横竖缝流出。此外，经过雨水冲刷后的幕墙整洁美观，维护的周期极大地延长。
2、单元式幕墙结构计算要点
2.1、单元式幕墙竖框计算的要点
单元幕墙立竖框由公竖框和母竖框组成，如图1所示。风荷载作用下，幕墙竖框发生弯曲变形。由于公竖框和母竖框之间只依靠胶条进行插接，受到风荷载作用之前公母竖框在同一个断面上，在受风荷载作用发生弯曲变形的时候，公竖框和母竖框之间会发生错位，所有公母竖框不能按照一体框来进行计算。
但在该荷载作用下，公母竖框始终没有分离，二者具有相同的约束条件，在设计风荷载作用时，公母竖框发生弹性变形，即公母竖框都按照各自的中轴线发生弯曲变形，并且挠度值相同，所以计算时荷载分布时，应按等位移原理，协同作用，即：
q=q公+q母
M=M公+M母
f公=f母
M公= M*Ix公 /（Ix公+Ix母）
M公= M*Ix公 /（Ix公+Ix母）
竖框弯矩按公竖框和母竖框的抗弯刚度分配，分配系数按如下计算
Ix=Ix公 + Ix母
公竖框弯矩分配系数：a公 = Ix公/Ix
母竖框弯矩分配系数：a母 = Ix母/Ix
立柱轴向力及剪力按公竖框和母竖框的抗剪刚度分配，分配系数按如下计算
A=A公 + A母
公竖框轴向力及剪力分配系数：b公 = A公/A
母竖框轴向力及剪力分配系数：b母 = A母/A
单元幕墙立柱变形超过规范规定立柱挠度限值的情况下，应采取调节转接件的位置加大悬挑量或者安装辅助支撑点用以改良计算模型。
此外笔者个人认为竖框间有缝隙，因此按传统方法进行刚度分配不太合适，而是应该按照各自承担分格宽度计算，如单元竖框是开腔框应考虑竖框的屈曲和稳定性。但是该计算方法还不够成熟，有待于在今后的工作中进一步进行探索和检验。
图1 单元幕墙竖框 图2 单元幕墙横梁
2.2、单元式幕墙横梁计算的要点
单元幕墙横梁一般指上横框和下横框，如图2所示。计算时按照三角形简支梁计算水平荷载，如图3所示；由于玻璃下面设有垫块和玻璃托板，因此按集中受力模型计算竖向荷载（自重荷载），如图4所示。因自重应只由下横框承担，而规范规定应严格控制永久荷载作用下的横梁挠度，当横梁变形超过规范中对永久荷载挠度值限值的情况下，可将玻璃垫块和托板的位置向靠近公竖框和母竖框的支承点移动，一般可能到L/8的位置受力比较合理。此外，当玻璃幕墙分格较大时，由于下横框的竖向刚度较小，采用调整玻璃垫块和托板恐不能把变形控制在规范对挠度值的限制以内，建议设计师在靠近楼板位置增加分格。同时增加的横梁还可以做栏杆使用。
圖3 水平荷载作用下横梁弯矩剪力图
图4竖向荷载作用下横梁弯矩剪力图
2.3、单元式幕墙连接部分的设计计算
单元式幕墙连接部分计算时，主要要分析如下内容：将作用在玻璃上的风荷载传到立柱和横梁上的外扣盖型材和结构胶的分析；将玻璃自重传到横梁上的玻璃垫块的分析；具有传力作用的隔热连接材料的受力分析；立柱和横梁连接处的剪力、扭矩，对连接件和螺钉的作用分析；通过横梁传到立柱上的剪力、扭矩，对单元上横框的连接螺钉的作用分析，下横梁传递给上横梁的水平力，及水平力产生的偏心扭矩对上横梁连接螺钉的作用分析。
连接插芯和螺钉的研究分析；单元幕墙上横框及下横框和横框插芯的局部受弯研究分析；对将作用在开启窗上的风荷载传到立柱和横梁的合叶，锁，联动杆的研究分析。
2.4、单元式幕墙支撑结构的设计计算
单元式幕墙的支撑结构（见图5）设计是十分重要的，这是因为支承部分是为了支承立柱而安装在建筑物主体结构的楼板和梁上的固定件（见图6）。
支承部分在永久荷载、风荷载和地震作用方面应设计得更加安全，设计时最重要的是确定计算时所假定的PinPoint，在假定的PinPoint位置只产生剪力，依据此剪力来修正各部分的应力和连接件，用结构的平衡条件公式进行研究
图5 结构梁顶支撑结构
图6 单元板块安装后结构梁顶支撑机构
幕墙每根立柱均应通过支座固定于每一层的结构构件上，与支座相连接的连接钢件应经过热镀锌处理。幕墙支座应可作多方向的调整，当幕墙调配校正后，连接点均应牢固定位。为吸收因温度变化或其他原因而产生的结构变形，幕墙支座上常设计可移动托架，可移动托架应设有尼龙滑动垫，防止金属摩擦发出声响。此外如果单元竖框存在扣盖，则应考虑挂件上增加抵抗侧向荷载的约束。
3、结束语
总而言之，随着社会经济的不断进步以及建筑行业的快速发展，建筑幕墙市场也有了极大发展，而幕墙设计在等级、质量以及设计水准方面也面临更为严格的要求。
与此同时，幕墙结构形式也不断推陈出新。单元式幕墙具有便于管理、设计以及计算的设计优势，且能够容忍较大的安装误差，其设计计算简单，便于制作和储存，此外还具有弹性安装系统，在安装过程中无需耗费过长时间。但是，国内在开发设计计算单元式幕墙上仍存在一些问题，这样要求我们在以后的工作中要进一步加大对其研究探讨。
参考文献：
[1]李峰.玻璃幕墙结构在爆炸荷载作用下的动力响应分析[D].长安大学，2009.
[2]逄扬.超高层单元式玻璃幕墙工业化建构方法研究[D].大连理工大学，2013.
[3]高涌涛.单元式玻璃幕墙控制荷载分析及整体性能研究[D].长安大学，2006.
[4]赵佳男.玻璃幕墙结构设计研究与软件研制[D].同济大学，2007.[5]蒋凤昌.点支式玻璃幕墙的结构计算与优化研究[D].江苏大学，2003.
【关键词】单元式幕墙；结构计算；问题
1、单元式幕墙的特点
作为近年出现的外围护建筑结构，单元式幕墙是建筑产品工厂化的产物，具有很强的代表性。单元式幕墙的一个单元组即是一个受力单元，由于其具有施工周期短、安装速度快等优点，在现代化的高层建筑中应用越来越广泛，并取得了很好的效果，概述起来，单元式幕墙的特点主要表现在如下几个方面：单元组件都是在工厂进行加工，具有精度高的特点；单元式幕墙采用插人式结构，在对插处形成横框或竖框，板块的安装精度高，可实现定位安装，幕墙的视觉效果好，外观平整；在安装时运用机械设备，施工周期短，安装速度快，易于施工，符合现代建筑的要求，由于节省了吊篮和脚手架等辅助设备，减少了开支，并简化了施工工序，提高了效率；不需要打胶，避免了幕墙吸附灰尘的情况，采用干法施工，确保了幕墙的整洁；采用特殊的连接方式，使结构更为安全可靠；施工采用等压腔原理，采用多道密封，实现了结构防水，并增强了水密性。
此外，幕墙还具备呼吸的功能，确保了内部不受潮；具有清洗功能，合理的排水渠道设计，可以避免玻璃表面积水的情况，幕墙内部的水通过横竖缝流出。此外，经过雨水冲刷后的幕墙整洁美观，维护的周期极大地延长。
2、单元式幕墙结构计算要点
2.1、单元式幕墙竖框计算的要点
单元幕墙立竖框由公竖框和母竖框组成，如图1所示。风荷载作用下，幕墙竖框发生弯曲变形。由于公竖框和母竖框之间只依靠胶条进行插接，受到风荷载作用之前公母竖框在同一个断面上，在受风荷载作用发生弯曲变形的时候，公竖框和母竖框之间会发生错位，所有公母竖框不能按照一体框来进行计算。
但在该荷载作用下，公母竖框始终没有分离，二者具有相同的约束条件，在设计风荷载作用时，公母竖框发生弹性变形，即公母竖框都按照各自的中轴线发生弯曲变形，并且挠度值相同，所以计算时荷载分布时，应按等位移原理，协同作用，即：
q=q公+q母
M=M公+M母
f公=f母
M公= M*Ix公 /（Ix公+Ix母）
M公= M*Ix公 /（Ix公+Ix母）
竖框弯矩按公竖框和母竖框的抗弯刚度分配，分配系数按如下计算
Ix=Ix公 + Ix母
公竖框弯矩分配系数：a公 = Ix公/Ix
母竖框弯矩分配系数：a母 = Ix母/Ix
立柱轴向力及剪力按公竖框和母竖框的抗剪刚度分配，分配系数按如下计算
A=A公 + A母
公竖框轴向力及剪力分配系数：b公 = A公/A
母竖框轴向力及剪力分配系数：b母 = A母/A
单元幕墙立柱变形超过规范规定立柱挠度限值的情况下，应采取调节转接件的位置加大悬挑量或者安装辅助支撑点用以改良计算模型。
此外笔者个人认为竖框间有缝隙，因此按传统方法进行刚度分配不太合适，而是应该按照各自承担分格宽度计算，如单元竖框是开腔框应考虑竖框的屈曲和稳定性。但是该计算方法还不够成熟，有待于在今后的工作中进一步进行探索和检验。
图1 单元幕墙竖框 图2 单元幕墙横梁
2.2、单元式幕墙横梁计算的要点
单元幕墙横梁一般指上横框和下横框，如图2所示。计算时按照三角形简支梁计算水平荷载，如图3所示；由于玻璃下面设有垫块和玻璃托板，因此按集中受力模型计算竖向荷载（自重荷载），如图4所示。因自重应只由下横框承担，而规范规定应严格控制永久荷载作用下的横梁挠度，当横梁变形超过规范中对永久荷载挠度值限值的情况下，可将玻璃垫块和托板的位置向靠近公竖框和母竖框的支承点移动，一般可能到L/8的位置受力比较合理。此外，当玻璃幕墙分格较大时，由于下横框的竖向刚度较小，采用调整玻璃垫块和托板恐不能把变形控制在规范对挠度值的限制以内，建议设计师在靠近楼板位置增加分格。同时增加的横梁还可以做栏杆使用。
圖3 水平荷载作用下横梁弯矩剪力图
图4竖向荷载作用下横梁弯矩剪力图
2.3、单元式幕墙连接部分的设计计算
单元式幕墙连接部分计算时，主要要分析如下内容：将作用在玻璃上的风荷载传到立柱和横梁上的外扣盖型材和结构胶的分析；将玻璃自重传到横梁上的玻璃垫块的分析；具有传力作用的隔热连接材料的受力分析；立柱和横梁连接处的剪力、扭矩，对连接件和螺钉的作用分析；通过横梁传到立柱上的剪力、扭矩，对单元上横框的连接螺钉的作用分析，下横梁传递给上横梁的水平力，及水平力产生的偏心扭矩对上横梁连接螺钉的作用分析。
连接插芯和螺钉的研究分析；单元幕墙上横框及下横框和横框插芯的局部受弯研究分析；对将作用在开启窗上的风荷载传到立柱和横梁的合叶，锁，联动杆的研究分析。
2.4、单元式幕墙支撑结构的设计计算
单元式幕墙的支撑结构（见图5）设计是十分重要的，这是因为支承部分是为了支承立柱而安装在建筑物主体结构的楼板和梁上的固定件（见图6）。
支承部分在永久荷载、风荷载和地震作用方面应设计得更加安全，设计时最重要的是确定计算时所假定的PinPoint，在假定的PinPoint位置只产生剪力，依据此剪力来修正各部分的应力和连接件，用结构的平衡条件公式进行研究
图5 结构梁顶支撑结构
图6 单元板块安装后结构梁顶支撑机构
幕墙每根立柱均应通过支座固定于每一层的结构构件上，与支座相连接的连接钢件应经过热镀锌处理。幕墙支座应可作多方向的调整，当幕墙调配校正后，连接点均应牢固定位。为吸收因温度变化或其他原因而产生的结构变形，幕墙支座上常设计可移动托架，可移动托架应设有尼龙滑动垫，防止金属摩擦发出声响。此外如果单元竖框存在扣盖，则应考虑挂件上增加抵抗侧向荷载的约束。
3、结束语
总而言之，随着社会经济的不断进步以及建筑行业的快速发展，建筑幕墙市场也有了极大发展，而幕墙设计在等级、质量以及设计水准方面也面临更为严格的要求。
与此同时，幕墙结构形式也不断推陈出新。单元式幕墙具有便于管理、设计以及计算的设计优势，且能够容忍较大的安装误差，其设计计算简单，便于制作和储存，此外还具有弹性安装系统，在安装过程中无需耗费过长时间。但是，国内在开发设计计算单元式幕墙上仍存在一些问题，这样要求我们在以后的工作中要进一步加大对其研究探讨。
参考文献：
[1]李峰.玻璃幕墙结构在爆炸荷载作用下的动力响应分析[D].长安大学，2009.
[2]逄扬.超高层单元式玻璃幕墙工业化建构方法研究[D].大连理工大学，2013.
[3]高涌涛.单元式玻璃幕墙控制荷载分析及整体性能研究[D].长安大学，2006.
[4]赵佳男.玻璃幕墙结构设计研究与软件研制[D].同济大学，2007.[5]蒋凤昌.点支式玻璃幕墙的结构计算与优化研究[D].江苏大学，2003.