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幕墻風荷載與 框架式玻璃幕墻 龍骨用量及 造價分析

2013-04-09 16:10:55 作者: 來源: 我要評論3

第一幕墻網(wǎng)
【摘要】本文以《門窗、幕墻風荷載標準值》和《幕墻設計規(guī)范》為研究的切入點,定性、定量地分析地面粗糙度、基本風壓、幕墻高度對隱框/ 明框玻璃幕墻鋁合金龍骨用量的影響,并做了相應造價分析。

    1. 幕墻現(xiàn)狀及研究目的

    幕墻是將建筑圍護與建筑藝術(shù)相結(jié)合(如圖1),能展現(xiàn)建筑的靈動、活躍或是穩(wěn)健。上世紀80 年代初,幕墻引入我國,20多年來,幕墻已經(jīng)在我國的眾多大型公共、民用建筑中有了廣泛應用。

    1.1 幕墻按照結(jié)構(gòu)支撐體系、幕墻面材分類
    (1)按照結(jié)構(gòu)支撐形式分類,如圖2所示;
    (2)按幕墻面材分類:石材幕墻、金屬板幕墻、玻璃幕墻( 夾膠玻璃、鋼化玻璃、中空玻璃、真空玻璃、LOW-E玻璃等)、人造板材幕墻(瓷板、陶板、微晶板);
    (3)新型幕墻:光電玻璃幕墻、熱通道玻璃幕墻(雙層皮)、智能玻璃幕墻等。

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    1.2 本文研究的目的
    通過框架幕墻為例,研究風荷載(負壓)對幕墻鋁合金龍骨用量的影響。

    2. 隱框幕墻/ 明框幕墻龍骨與風荷載定性分析

    2.1 幕墻與風荷載效應標準值
    計算幕墻構(gòu)件荷載時,其作用效應無地震作用時:
    S= γGSGK+ ψw γw Swk
    式中SGK為永久荷載效應標準值,Swk為風荷載效應標準值?梢娔粔κ芰Τ陨順藴屎奢d影響外,主要受風荷載影響。

    2.2 地面粗糙度分類與部分城市基本風壓分布
    請見設計規(guī)范04J906,門窗、幕墻風荷載標準值。
    (1)地面粗糙度分為4類:
    A 類: 指近海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū);
    B 類: 指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū);
    C 類: 指有密集建筑群的城市市區(qū);
    D 類: 指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。
    (2)我國部分城市的基本風壓分布情況,見相應規(guī)范。
    (3)風荷載標準值與地面粗糙度、建筑高度、基本風壓的關系
    以0.45KN/m2 的基本風壓為例,幕墻高度以20米、50米、100米、150米、200米及不同地面粗糙度對應的風荷載標準值曲線,如圖3所示。我們可以得到如下結(jié)論:
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    地面粗糙度對基本幕墻風荷載標準值的影響從大到小的次序是:A、B、C、D;
    基本風壓越大,幕墻風荷載越大;
    幕墻高度越大,風荷載越大。
    以上僅是定性的分析了地面粗糙度,幕墻高度、基本風壓與幕墻風荷載標準值的定性關系。幕墻風荷載標準值又直接影響幕墻支撐體系的用量。下面以明框(構(gòu)件式)幕墻為例(圖4),定量的研究以上3 種因素另加幕墻分隔因素對幕墻鋁合金龍骨用量的影響。

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    3. 幕墻龍骨與基本風壓、地面粗糙度、幕墻高度、幕墻分隔的定量分析

    3.1  計算基本假設
    (1)立柱計算假設
    本文分析了框架式幕墻的3種常用分隔,即1.5*2米,1.2*1.5米,1.0*3.6米。每種幕墻分隔的立柱用量按照2 根/ 分隔計算。
    (2)橫梁計算假設
    1.5*2分隔,橫梁按照3根考慮。間隔0 .67米;1.2*1.5分隔,橫梁按2根考慮,間隔0.75米,1*3.6分隔,橫梁按5根考慮,間隔0.72米。對于三種幕墻分隔,橫梁用量在2.27kg/m2~2.55 kg/m2。
    計算的基本數(shù)據(jù)見表1。

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    (3)簡化橫梁用量的處理
    相對于立柱橫梁用量占龍骨的比重小。為簡便計算,橫梁用量假設一樣,統(tǒng)一為2.50kg/m2。以下計算均為立柱的用量。不再附加比較橫梁用量。

    3.2  1*3.6米幕墻分隔,基本風壓0.45KN/m2情況下,不同幕墻高度、不同地面粗糙度的幕墻立柱鋁合金型材用量的分析、比較
    依據(jù)《幕墻設計規(guī)范》,用幕墻設計軟件,計算不同的基本風壓、地面粗糙度、幕墻高度的的立柱型材用量。截取了一部分如表2所示。

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    對于A類粗糙度情況分析:20米高為基準,50米時增加5%,150米時增加13%,200米時,增加仍然為13%。
    幕墻高度20米時分析:B、C、D粗糙度,立柱型材用量相同,為6.57kg/m2,是A類粗糙度情況用量的85%。
    幕墻高度50米時分析:C、D粗糙度,立柱型材用量相同差不多,用量分別是6.83kg/m2 和6.57kg/m2;A、B 類粗糙度情況立柱型材用量為7.64kg/m2。
    高度20米,B、C、D粗糙度;高度50米C、D粗糙度;高度10米0D粗糙度的用量6.83kg/m2~6.57kg/m2之間。
    高度20米,A粗糙度;50米高度A、B粗糙度;100米高度,B、C粗糙度,150米高,C、D粗糙度;200米高,D粗糙度的立柱型材用量差不多,為7.64kg/m2。
    高度100米,A 粗糙度;150米高,A、B粗糙度;200米高,A、B、C粗糙度的立柱型材用量在8.13kg/m2~8.62 kg/m2。

    3.3   C粗糙度下,1*3.6分隔,不同風壓對立柱用量的分析、比較C 粗糙度指有密集建筑群的城市市區(qū),1 * 3.6米的分隔是三種分隔中幕墻龍骨用量最多的,以此比較有代表性。如表3 所示:

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    基本風壓0.3~0.65KN/m2,表中涂灰色的區(qū)域立柱型材用量在6.57kg/m2~8.13Kg/m2,變化不大。
    以0.45KN/m2風壓,高度50米為基準,立柱型材用量6.83Kg/m2,藍色區(qū)域基本風壓0.65KN/m2高度200米;基本風壓1.0KN/m2,高度100米;基本風壓1.4KN/m2,高度50米,用量10.99Kg/m2,較基準增加61%。
    對應基本風壓無立柱型材用量時,表示要改變幕墻分隔尺寸或改變幕墻支撐方式。

    3.4 幕墻分隔情況對立柱型材用量影響分析
    下面分析了假設在A粗糙度,幕墻高度50米及C粗糙度,幕墻高度150米兩種條件,三種幕墻分隔對立柱型材用量的影響。A粗糙度相對于其他B、C、D三種粗糙度影響顯著。高度50米是按一類高層的情況考慮。分析C粗糙度是因為B、C、D三種粗糙度影響差異不顯著,就以中間C為代表研究。建筑超過100米屬超高層,本例以150米分析對立柱型材用量的影響,具有代表性。
    ◆A粗糙度:  幕墻高度50米,幕墻分隔1.5*2米、1.2*1.5米、1*3.6米情況下,不同基本風壓對立柱型材用量影響的對比、分析,如表4所示:

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    (1)1*3.6米幕墻分隔的立柱型材用量較1.2*1.5米分隔、1.5*2米分隔高。以基本風壓0.45KN/m2為例,1*3.6米幕墻分隔較其他兩種分隔多用立柱型材68%。
    (2)當基本風壓到1.00KN/m2時,1*3.6米幕墻分隔的立柱型材用量為10.99Kg/m2,對1.5*2.0米、1.2*1.5米幕墻分隔影響不大。
    (3)對應基本風壓無立柱型材用量時,表示要改變幕墻分隔尺寸或改變幕墻支撐方式。
    ◆ C粗糙度:  幕墻高度150米,幕墻分隔1.5*2米、1.2*1.5米、1*3.6米情況下,不同基本風壓對立柱型材用量影響的對比、分析,如表5 所示:
    圖8 表示立柱型材用量變化規(guī)律:

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    做如下分析:
    幕墻分隔為1.2*1.5米,在C粗糙度情況下,影響不顯著。基本風壓1.85KN/m2時,立柱型材用量為7.19Kg/m2。
    幕墻分隔為1.5*2米,在C粗糙度情況下,在基本風壓達到1.0 KN/m2時,較顯著,立柱型材用量7.33Kg/m2。
    幕墻分隔為1*3.6米,在C粗糙度情況下,隨風壓變化立柱型材用量變化較前兩種顯著。在基本風壓0.65KN/m2時,立柱型材用量9.37Kg/m2。
    對應基本風壓無立柱型材用量時,表示要改變幕墻分隔尺寸或改變幕墻支撐方式。

    4. 隱框幕墻鋁合金龍骨造價計算

    4.1 直接費
    鋁型材表面可做陽極氧化、粉末噴涂和氟碳噴涂處理,型材的室內(nèi)外表面可在穿條組裝前進行不同顏色的處理。型材單價及表面處理單價參考2011年1月3個廠家報價,見表6。

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    鋁龍骨單價=鋁錠價格+加工費+表面處理費(陽極氧化/ 粉末噴涂/ 氟碳噴涂),其中氟碳噴涂按照型材展開面積(平米)計算。
    鋁型材制作直接費=(立柱型材量+ 橫梁型材量)*鋁龍骨單價+人工費+機械費。
    通常人工費占材料費5~10%,假設按8%計算人工費;機械費占材料費比例5%左右,假設按5%計算機械費;假設經(jīng)幕墻軟件計算需立柱型材用量為9.37Kg/m2,以安裝陽極氧化做鋁型材和廠家1標價為基數(shù),則鋁型材制作直接費=(9.37+2.5)*(16700+4300+500)/1000*(1+8%+5%)=288.38元/m2

    4.2 措施費
    措施費按計取方式可以分為組織措施費、技術(shù)措施費。組織措施費以直接費為基數(shù)按費率計取,費率約3~5%。技術(shù)措施費根據(jù)具體幕墻安裝難度的技術(shù)措施,包含腳手架工程費、吊蘭安裝使用費、支撐鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝及安裝胎架工程費、大型玻璃塊安裝措施費、工程樣板制作確認拆除費、成品保護費、大型機械進場費等,與直接費無關。按通常情況考慮,現(xiàn)假設措施費占直接費的18%。
        288.38*18%=51.90元/m2

    4.3 管理費、利潤、稅金
    管理費和利潤通常以直接費+ 措施費為計算基數(shù),其費率視地方規(guī)定不同,通常有兩種情況:綜合管理費和利潤、差別管理費和利潤。綜合管理費和利潤,不再區(qū)分建筑類別;差別管理費和利潤則區(qū)分建筑的類別。
現(xiàn)假設管理費和利潤費率分別占直接費+措施費的7%、9%。稅金按照3.41%考慮。
    管理費+利潤+稅金=
(288.38+51.90)*((1+7%+9%)*(1+3.41%)-1)=67.90元/m2

    4.4 幕墻龍骨造價
    直接費+措施費+管理費+利潤+稅金=
        288.38+51.90+67.90=408.18元/m2

    5. 結(jié)論
    可以看出,對于明框玻璃幕墻,鋁合金龍骨用量主要分布在6.64~13.49KGg/m2(增加橫梁的用量2.50Kg/m2得到,以下同法)。像北京地區(qū)基本風壓0.45KN/m2,幕墻分格1*3.6的龍骨用量分布在9.07~11.12Kg/m2,高度變化對龍骨用量影響不大;C 粗糙度下,幕墻分格1*3.6,風壓0.3~1.0KN/m2,幕墻龍骨用量分布在9.07~13.49KN/m2;當風壓小于1.0,幕墻分格1.2*1.5 時龍骨用量分布在6.64~8.19Kg/m2,幕墻分格1.5*2.0時龍骨用量分布在6.87~8.75Kg/m2,幕墻分格1*3.6 時龍骨用量分布在9.07~13.49Kg/m2。
    通過研究地面粗糙度、幕墻高度、基本風壓、幕墻分隔與幕墻鋁合金龍骨用量分析,對計算幕墻造價具有一定的實際意義。同時,以上因素對于幕墻支撐體系的影響、分析也具有一定的參考價值。

注:文中所提及價格僅作計算參考.
文/孟繁女
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