[发明专利]用玻璃板作钢结构的蒙皮受力构件

说明书

技术领域

本发明属于一种建筑结构构件，特别涉及钢结构框架筒体与玻璃板的组合，是属于发展建筑与结构的发明专利。

背景技术

美国匹次堡市于1983年建成的梅隆银行大厦(one mellon bank center)是属于承力幕墙体系，采用密柱浅梁的弱框筒与钢板蒙皮组合而成的。

主楼地面以上54层，高222m。这个大厦有以下几个特点：

●经过多方案的比较，最后选定了“承力幕墙体系”，围护结构与受力结构融为一体。

●钢墙板的开洞率为25％，钢墙板厚度38层以上为6mm，38层以下为8mm。

●主楼单位建筑面积的结构钢量为115kg/m²

●结构分析结果：在风荷载作用下：

A、不考虑幕墙钢板受力时结构的顶点侧移角Δ/H＝1/290

B、幕墙钢板参与时减为1/590。

这个工程实例给我们很大的启发，认识到承力幕墙体系是一种高效而经济的抗侧力结构。但从工程经验出发，钢板受力好，但暴露在大气中的防锈防腐难度大，价格昂贵；另外钢板防火能力差，采光要在钢板上开洞才能解决。这就促使我们联系到玻璃幕墙，玻璃面板和幕墙支撑件组成了玻璃幕墙，要求支撑件在受力过程中不能有很大的变形，要求变形Δ＜L/180，其中L为支撑件的跨度，在这样的条件下，玻璃面板能承受一定的风荷和地震力。显而易见，钢结构的框架筒体的密柱浅梁是玻璃面板最好的支撑体系。因此产生了用玻璃板作钢结构的蒙皮受力构件的思想，但玻璃板是脆性材料，作受力蒙皮构件是否是禁区，一直困扰着我，直到重新学习由清华大学力学系1988年翻译的前苏联Г·C·皮萨连科著的“材料力学手册”有这么一段话吸引了我：“应当强调指出，材料的脆性或塑性状态不只取决于材料的性质，而且与其所处的应力状态类型，温度与加载速度等都有一定的关系，实验表明，塑性材料在一定的加载条件与温度下，会表现为脆性，而脆性材料在一定的应力状态下，也可以表现为塑性”。

这个理论将使我受益匪浅。我又学习近来大连理工大学出版社出版的“glsss construction manual(玻璃结构手册)是史蒂西(SCHITTICH)等著的，他们是世界级的玻璃工程设计大师，他们明确地指出：“玻璃也越来越多作为一种承重材料被结构工程师所使用”而且告诉工程师“玻璃应用的发展要与结构体系结合发展，相得益彰”。这给我的研究增强了信心。由于我经常作国外设计的优化设计，因此对刘大海，杨翠茹编著的高楼钢结构设计中结构概念设计是下了苦功的，因此温故而知新用了近八个月的时间进行了集中研究和计算，较系统地写出了《用玻璃板作钢结构蒙皮受力构件的研究》使我对玻璃板作结构的受力蒙皮构件不仅充满了信心而且有浓厚的兴趣，这次正式向贵局申请国家发明专利是由于了解到国际动态：二十世纪初期美国出现了玻璃幕墙的概念，美国以高科技和创新的精神在战后大力发展超高层建筑，玻璃摩天大楼已成为当时美国的一项重要的建筑使命，有名望的公司都在城市建造玻璃幕墙摩天大楼，并逐渐形成一股国际风格向全世界传布，到二十世纪七十年代初期，写字楼成了建筑行业的主要任务，网格玻璃幕墙就是一个标志。上个世纪九十年代开始以欧洲为首出现了批评的声音：阳光污染，耗能源，不安全等，但是世界一直在追求玻璃摩天大楼，并且越演越烈，因此中国要有一种创新的面目出现，我申请的发明专利肯定是很有用的。

另外研究过程中了解到玻璃的光学性质有信息功能，玻璃板作建筑的墙面不仅能充分地发挥玻璃透光、保温、密闭等优点，而且可以用光学仪器有效地监视大楼蒙皮受力构件的受力安全情况，因此这样的大厦是相当安全的，监视的研究要在这次申请成功后再进行系统的研究。

发明内容

用玻璃板与钢结构的密柱浅梁筒体组合成为玻璃板作受力蒙皮构件的高效而经济的抗侧力结构。这样不仅玻璃板在密柱浅梁筒体的应力状态下，脆性材料也可以表现为塑性，成为受力构件来加强密柱浅梁的弱筒体，成为密柱深梁的强筒体。不言而喻使钢结构的含钢量明显地降低，又由于玻璃板不再需要专门的玻璃幕墙的钢结构支撑体系，只需要与主体钢结构的密柱浅梁筒体组合，其组合使密柱浅梁的弱框筒成为密柱深梁的强框筒，因此结构的整体刚度大增，所以说这是一个高效而经济的抗侧力结构。

1、工程依据

美国匹次堡市于1983年建成的梅隆银行大厦(one mellon bank center)是属于承力幕墙体系，采用密柱浅梁的弱框筒与钢板蒙皮组合而成的，其结构平面见图1钢板与梁柱关系见图2主楼地面以上54层，高222m。这个大厦有以下几个特点：