#外幕墙系统选型与创新设计#

© 中建西南院

水平钢板肋相对来说是一个比较常规的方式，需要解决平面外稳定的问题。为了保证钢板肋的防腐要求，对钢板肋的上下做了一个梭形的铝板包裹，以满足建筑效果对幕墙横向线条的要求。

这个体系在横向构建上采用梭形的造型，增加了视觉上的层次感，但需要控制钢板肋加工和安装的平整度。

© 中建西南院

我们摒弃了横向的受力体系，采用空间钢桁架，横向线条仅作为装饰的作用。这样在室内给人感觉竖向构件比较纤细，但在空间上相对比较凌乱。

© 中建西南院

 第一个方案相对来说在横向线上比较纯粹和简洁，因此我们将方案一作为我们后续初步设计和施工图的一个方向。在拿到方案一的设计稿之后，我们针对它的受力、开模、加工、安装、造价等等，进行了一系列的优化。

第一次优化：我们将室外3毫米厚的实心铝合金板进行了一个优化，因为实心铝合金板的牌号和铝型材的受力状态、强度不一样，为了提高水平构件的抗弯强度，把实心的铝板采用了高强度的6063-T6的型材来抵抗水平荷载，同时将室内侧的玻璃肋取消，采用空心铝型材就可以满足水平抗风的需要。

© 中建西南院

第三次优化：考虑到水平横梁体系的最大跨度为13米，在正、负风压的作用下，其前端和后端均会发生失稳，前端采用竖向的不锈钢拉杆作为前端失稳的平衡件，后端采用隐藏在玻璃缝隙之中的竖向拉杆作为后端失稳的平衡件。

考虑到玻璃自重对于后端拉杆的“帮助”，后端拉杆是否具备不落地的可能性？

经过计算分析：玻璃自重可以平衡掉，绝大部分水平横梁向上失稳的力值，后端拉杆可以不落地。极大程度减少了底部混凝土和顶部钢梁的负载，同时优化了造价。

© 中建西南院

第4次优化：经过进一步分析：由于不锈钢拉杆的弹性模量大，需要施加较大的预张力（最大值接近200KN），才能保证结构体系的稳定。对底部的混凝土和顶部钢梁影响较大，因此我们寻求采用弹性模量较小的钢索来替代拉杆作为前端平衡构件的可能性。

经分析：前端40mm直径的拉杆可以采用16mm直径的钢索替代，同时减少了预张力（最大值接近70KN），优化结构形式和幕墙效果，减少了结构的负载。

© 中建西南院

本结构体系的创新点在于：水平跨度大，横向构件的纤薄达到了极值。如何解决结构体系的平面外稳定，是结构体系设计的重点和难点。竖向拉索的预张力和整个结构体系的边界具有较强联动性。每一根拉索的预张力，直接影响整个结构体系的强度和刚度。

结构体系设计要点：寻求最优的钢索预张力。保证在任何施工和荷载最不利工况组合下，竖向拉索和竖向吊杆不松驰，即使竖向吊杆承担一定的压力也不应超过它的临界压力值。这是我们对整个结构体系最低的要求和最终的控制因素。

© 中建西南院

计算模型：因为水平扁梁是采用大尺寸的断面，因此不能采用普通的梁单元，而要采用翘壳单元来分析局部强度，分析结构构件的应力值是否超过了其允许的最大应力值。

© 中建西南院

荷载计算及组合：在计算的时候考虑各种荷载组合。钢件最终应力值满足我们规范所要求的应力值范围；铝横梁强度也是在强度控制范围内；拉索最大预张力和最小轴力值也满足规范要求，保证拉索最大轴力值不超过设计值，最小轴力值大于0。

© 中建西南院

结构强度结算：整个结构体系的刚度计算结果（如下图），反映出结构体系较为典型的预应力控制特点。需要分析在各种工况下，尤其在施工安装过程中的施工模拟分析，保证预应力现场控制与设计工况的一致性。

© 中建西南院

以上内容来自于2021α世界建筑设计与技术革新大会-《幕墙中国·超级项目演说》论坛殷兵利先生演讲实录

了解殷兵利先生更多观点，扫码查看直播回放

2021-2022年度超级项目征集