南京南站北入口27_80米高幕墙的结构设计_刘子成
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窗花在建筑效果上要追求通透，所以将窗花的 装饰构件纳入了受力体系作综合受力分析。窗花的
横梁设计成 H 型钢，可以利用其内凹空间来放置玻 璃装配构件。
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技术研究
图 11 窗花建筑及结构立面
幕墙的主立柱高度达到27． 80 m，适
当加大立柱的刚度有利于结构的整
体稳定，特别是抑制立柱的 P-D 效
( 2) 钢箱柱两端铰接，由于跨度较大所以在杆件中部有较大的弯矩，杆件最大应力比前 5 最值列表如表
2，其最大应力比 0． 46，同样，其弯矩应力为控制应力:
表 2 幕墙钢箱柱杆件 PMM 应力比
Frame Text 2185 2122 2186 2184 2141
DesignSect Text
720 × 250 × 20 × 30 720 × 250 × 20 × 30 720 × 250 × 20 × 30 720 × 250 × 20 × 30 720 × 250 × 20 × 30
TABLE: Steel Design 2-PMM Details-Chinese 2002
DesignType
fy
TotalRatio
NRatio
Text
N / mm2
Unitless
Unitless
Column
345
0． 46
0． 03
Column
345
0． 46
0． 03
Column
345
0． 46
( 4) 椽子的悬挂机构: 由于幕墙体系的刚度远 大于椽子体系的刚度，所以椽子和幕墙之间不宜进 行水平力传递，否则幕墙的位移将会对椽子构件产 生直接破坏，设计采用了悬挂装置及双向摆动铰来 实现解决这个问题( 图 7 － 图 10) 。
a) 窗花的结构
南京南站北入口 27． 80 米高幕墙的结构设计
( 2) 门梁; 箱型方管桁架 ( 弦杆 80 × 80 × 4 / Q235，腹杆 50 × 50 × 3 / Q235)
( 3) 幕墙主立柱: 箱型柱 720 × 250 × 20 × 30 / Q345、柱 底 铰、柱 顶 摇 臂 P121 × 8 / Q235
【作者简介】 刘子成( 1970 － ) ，副总经理，高工。主要从事装饰工程结构方面的研究。E-mail: 1175947287@ qq． com
TABLE: Steel Design 2-PMM Details-Chinese 2002
DesignType
fy
TotalRatio
NRatio
Text
N / mm2
Unitless
Unitless
Column
345
0． 81
0． 04
Column
345
0． 81
0． 04
Column
345
0． 78
DesignSect Text
200 × 120 × 5 200 × 120 × 5 200 × 120 × 5 200 × 120 × 5 200 × 120 × 5
TABLE: Steel Design 2-PMM Details-Chinese 2002
DesignType
fy
TotalRatio
0． 04
Column
345
0． 78
0． 04
Column
345
0． 55
0． 03
Column
345
0． 55
0． 03
MMajRatio Unitless 0． 76 0． 76 0． 74 0． 74 0． 51 0． 51
MMinRatio Unitless 0． 01 0． 01 0． 00 0． 00 0． 01 0． 01
体系的承载力校核方法是将各 级杆件分 类，利 用 图 表 或 色 示 图 将 各强度组合工况下的应力比输出， 设计控制应力比为 0． 95，当应力比 超标时应调整设计。
图 16 WIND_Y 工况下体系变形云图
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技术研究
图 17 WIND_Y 工况下椽子变形云图
( 1) 门柱为悬臂构件，其根部承受较大的弯矩，杆件最大应力比列表如表 1，其最大应力比 0． 81，从表 1
0． 65 QUAKE
分析模型见图 14。
2． 5 体系的挠度
按照《玻璃幕墙工程技术规范》，钢结构幕墙立
柱横梁在风载荷作用下的变形控制指 标为 1 /250，本
图 13 载荷模式及取值
南京南站北入口 27． 80 米高幕墙的结构设计
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图 16 为 WIND_Y 工况的变形 云图，图形显示:
悬臂门柱的最大变形值 为 15． 99mm，相 对 变 形 值 = 15． 99 / 3 855 = 1 /241;
钢箱柱在风载荷标准值下的最 大变形量为 84mm，相对变形值 = ( 84 － 15． 99) / ( 27 800 － 3 855) = 1 /352;
横梁在风载荷标准值下的最大 绝对变形为 94mm，相 对 变 形 值 = ( 94 － 84) / 8 000 = 1 /800;
门柱、箱型柱、横梁的挠度值均 满足设计要求。3) 图 17 为平行于 玻璃面风 载 荷 WIND _ X 标 准 值 下 结构体系挠度: 平行于玻璃面风载 荷 WIND_ X 主 要 影 响 对 象 是 顶 部 椽子，在 WIND _ X 工 况 下，顶 部 椽 子的位移量为 4mm，相对变形值 = 4 /5 000 = 1 /1 250，满足设计要求。 2． 6 体系杆件承载力( 强度) 校核
值采用风洞试验的结果数据 1． 16KN / M2 ( 图 13 ) ，
地震力按照底部剪力法由分析软件自动加载，作用
效应组合主要考虑不同风向的两种典型组合类型:
挠度组合: COMB1 = 1． 0 DEAD + 1． 0 WIND +
0． 50 QUAKE
强度组合: COMB2 = 1． 2 DEAD + 1． 4 WIND +
NRatio
Text
N / mm2
Unitless
Unitless
Beam
235
0． 89
0． 00
Beam
235
0． 89
0． 00
Beam
235
0． 87
0． 00
Beam
235
0． 87
0． 00
Beam
235
0． 87
0． 00
MMajRatio Unitless 0． 77 0． 77 0． 76 0． 75 0． 75
1 引言
新建京沪高速铁路南京南站属典型的中式建筑， 由于建筑师在确定立面形式时，不希望嵌入较多的现 代元素，所以尽管北入口玻璃幕墙的单跨高度达到 27． 8 米，在进行其结构形式比较选择时，我们还是回 避了桁架和索杆这类较易解决大跨度受力的结构类 型，而最终采用了传统的框架式幕墙结构。
从北入口幕墙立面上看( 图 1、图 2) ，幕墙除了 钢结构杆件和玻璃面板以外，还有金属窗花、椽子等 建筑元素，它们和立柱、横梁、玻璃面板一起形成
2． 4 结构分析 本设计采用 SAP2000 有限元分析软件做整体
建模分析，从挠度和承载力两个方面对结构体系的
803，满足设计要求。 ( 2) 垂直于玻璃面的风载荷 WIND_Y 标准值
下结构体系挠度。
每个局部单元进行分别校核。
10 + A12 + 10 玻璃面板及铝合金附件的自重标 准值取值 0． 60KN / M2 ，幕墙大面的风载荷标准值取
应，本设计将主立柱的变形控制指
标确定为 1 /350。
( 1) 自重下结构体系挠度: 对
于超高幕墙，应该考虑到恒载引起
的横梁沉降，当沉降超标或造成观
感下降时，应对横梁进行反变形预
调，图 15 为体系在 DEAD 工况的
变形云图，图形显示结构自重下幕
图 12 窗花装配结构详图
墙大 面 的 沉 降 量 最 大 值 为 2． 49 mm，相对变形值 = 2． 49 /2 000 = 1 /
第3卷 第1期 2011 年 3 月
Vol． 3 No． 1 Mar． 2011
南京南站北入口 27． 80 米高幕墙的结构设计
刘子成
( 上海中建八局装饰有限公司，上海 200122)
【摘 要】京沪高速南京南站属于特大型旅客站房，其地上部分外立面玻璃幕墙为框架式明框玻璃幕墙，框架结构 竖向支点间的最大间距 27． 8 米，属于典型的大空间大跨度结构形式，由于有关联结构( 椽子) 和附属结构( 窗花) 共 同的作用效应，因而幕墙的结构受力设计较为复杂。本文以南京南站北入口局部幕墙为研讨对象，介绍了幕墙的 力系分解和几种幕墙结构受力的解决方案，进而探讨大跨度幕墙的设计分析方法。 【关键词】幕墙; 椽子; 窗花; 悬挂机构; 内置铰 【中图分类号】TU382 【文献标志码】A 【文章编号】1674 － 7461( 2011) 01 － 0013 － 08
图 1 北入口内立面透视图
了共同的结构体系，这种结构类型之前甚少涉及，幕 墙结构体系中部分传力机构是针对本工程的专门 设计。
2 结构体系
2． 1 结构级次 ( 1) 门柱、门梁构成第一级门式框架结构，门柱
和柱底埋件作刚性连接; ( 2) 幕墙钢箱柱和柱顶平面桁架构成第二级门
式框架，幕墙钢箱柱通过内置铰固定在门柱柱顶上 方，钢箱柱柱顶通过摇臂机构和屋盖网架连接;
图 18 门柱及钢箱柱内力图
南京南站北入口 27． 80 米高幕墙的结构设计
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( 3) 幕墙横梁最大应力比前 5 最值列表如表 3，杆件最大应力比 0． 89，幕墙横梁为双向受弯构件，其强
