幕墻風荷載與 框架式玻璃幕墻 龍骨用量及 造價分析

    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(yīng)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。

    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(yīng)標準值

    計算幕墻構(gòu)件荷載時，其作用效應(yīng)無地震作用時：

    S= γGSGK+ ψw γw Swk

    式中SGK為永久荷載效應(yīng)標準值，Swk為風荷載效應(yīng)標準值�？梢娔粔κ芰Τ�自身標準荷載影響外，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(shè)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(yīng)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(guān)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(yīng)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：

    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(guān)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。

    3.1  計算基本假設(shè)

    （1）立柱計算假設(shè)

    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(shè)

    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。

    （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(shè)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(shè)計規(guī)范》，用幕墻設(shè)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。

    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：

    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(yīng)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(shè)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：

    （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(yīng)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：

    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(yīng)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。

    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(shè)按8%計算人工費；機械費占材料費比例5%左右，假設(shè)按5%計算機械費；假設(shè)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(guān)。按通常情況考慮，現(xiàn)假設(shè)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(shè)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

    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。