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第十届全囝现代结构工程学术研讨会 承力幕墙结构体系的新思维 陈云波 王来 (北京格林恩科技开发有限责任公司) (山东科技大学土木建筑学院) 提要：美国匹次堡梅隆银行大厦的结构采用承力幕墙体系，用6mm～8m厚的饰面钢板来作幕墙，形成了受力蒙皮结构。 笔者的新思维是用玻璃来代替饰面钢板，依据三条：框简体系是一个高效可靠新型的抗侧力体系；中国玻璃生产加 工已达到相当高的水平，玻璃与“密柱浅梁”采用栓接和粘结的混合连接在理论上是绝对可靠的。新思维不仅比饰 面钢板更经济，而且更耐久完全清除了钢板的防腐问题，而且用玻璃做蒙皮的承力墙体系为发展新能源提供了良好 的空间，在捕捉二氧化碳的减碳中大显身手，是一个十分有前途的结构体系。玻璃做蒙皮的承力幕墙体系必须走集 成创新的道路。 关键词：承力幕墙；受力蒙皮结构：抗侧力立体构件；饰面钢板；玻璃；栓接：粘结；混合连接；新能源：减碳： 一、美国匹次堡梅隆银行大厦工程的启示 该大厦是1983年建成。其主楼，地面以上54层，高222米，该大厦结构方案采用了多方案比较，进 行了支撑芯筒一刚臂，框筒、框筒束等结构体系的分析比较，最后选定“承载力幕墙体系”，沿建筑周边设 置一个充分利用钢板承受剪力的钢板框筒，在楼面内部设置一般的钢框架，：承力幕墙体系，最大特点是把 防护结构和受力结构合而为一。梅隆大厦的外墙面采用饰面钢板，38层以下饰面钢板厚8m，38层以上为 6mm，饰面钢板与框筒妥贴的连接，提高了饰面钢板受剪时的强度和稳定性，结构分析结果良好。 1．风荷载作用下的分析结果： (1)不考虑饰面钢板受力时，结构的顶点侧移角A／H=1／290 (2)考虑饰面钢板参与外圈框架的受剪和整体受弯时结构顶点侧移角减小为1／590 2．主楼单位建筑面积的结构用钢量仅为115kg／m说明梅隆银行大厦采用的承力幕墙体系是一种经济， 高效的抗侧力结构体系。已建的美国梅隆银行大厦工程给了笔者强烈的启示，产生了用玻璃来代替饰面钢 板建立承力幕墙结构体系的新思维，不仅是可行的，而且比饰面钢板更具优越性。 二、承力幕墙结构体系的结构特征及受力状态 1．建筑周边的密柱浅梁框架与饰面钢板牢固连接形成钢板框筒，与楼面内一般承重框架，共同组成的 结构体系，称之为承力幕墙体系，又称受力蒙皮结构，这种结构体系组成的幕墙不仅起到防风，防雨，防 寒，隔热等防护作用，而且饰面钢板作为平面构件时具有很强的抗剪能力，因此采用饰面钢板作为幕墙， 则兼有防护和承力两种功能，在倾覆力矩作用下引起的竖向剪力由饰面钢板承担，因此框简梁不必再做成 高截面的深梁，可做成矮截面的浅梁，用作饰面钢板的横向加劲肋：框筒柱，不仅要承担倾覆力矩引起的 轴压和轴拉力还要用作钢板幕墙的竖向加劲肋，密柱是指柱距较小，中——中以3m为好。 2．钢管框筒具有极强空间工作效能的抗侧力立体构件，高楼水平荷载产生的水平剪力和倾覆力矩，全 部由钢板框简承担，高楼的重力荷载则由钢板框筒和楼面内框架按负荷面分担，浅梁和框筒柱作为饰面钢 板的水平和竖向加劲肋，只要连接构件合理，饰面钢板承受剪力时不会产生侧向失稳。钢板框筒的柱，仅 承受重力荷载和倾覆力矩引起的轴力，不承担楼层水平剪力，楼层窝裙梁也即浅梁仅承担所在楼层重力荷 工业建筑2010增刊 279 第十届全困现代结构丁程学术研讨会 载产生的剪力和弯矩，不承担倾覆力矩引起的竖向剪力，所以柱和梁截面均较小。 三、新思维成立的依据 新思维就是用玻璃取代饰面钢板与“密柱浅梁”框筒共同建立起承力幕墙结构体系，由以下三大依据。 (一)框简体系是一个高效可靠新型的抗侧力体系。 一支撑：签筒和支撑芯筒+钢臂等结构体系已不能满足要求。工程的实践表明：为提高抗侧力构件的效能，采 用立体构件取代平面构件。为了减少结构的高宽比，将主要的抗侧力构件移向建筑的周边，使抗侧力体系 的有效宽度达到最大值，势必将承重构件与抗侧力构件合而为一，加大抗侧力构件承担重力荷载，以避免 抗侧力体种竖向构件出现过大的拉力。结合壁式框架，开洞墙筒的受力特点和变形状态，对建筑的外圈框 架加以改性，逐渐演化成一种新型的抗侧力立体构件——框架