技術領域

本發明屬于一種建筑結構構件，特別涉及鋼結構框架筒體與玻璃板的組合，是屬于發展建筑與結構的發明專利。

背景技術

美國匹次堡市于1983年建成的梅隆銀行大廈(one?mellon?bank?center)是屬于承力幕墻體系，采用密柱淺梁的弱框筒與鋼板蒙皮組合而成的。

主樓地面以上54層，高222m。這個大廈有以下幾個特點：

●經過多方案的比較，最后選定了“承力幕墻體系”，圍護結構與受力結構融為一體。

●鋼墻板的開洞率為25％，鋼墻板厚度38層以上為6mm，38層以下為8mm。

●主樓單位建筑面積的結構鋼量為115kg/m²

●結構分析結果：在風荷載作用下：

A、不考慮幕墻鋼板受力時結構的頂點側移角Δ/H＝1/290

B、幕墻鋼板參與時減為1/590。

這個工程實例給我們很大的啟發，認識到承力幕墻體系是一種高效而經濟的抗側力結構。但從工程經驗出發，鋼板受力好，但暴露在大氣中的防銹防腐難度大，價格昂貴；另外鋼板防火能力差，采光要在鋼板上開洞才能解決。這就促使我們聯系到玻璃幕墻，玻璃面板和幕墻支撐件組成了玻璃幕墻，要求支撐件在受力過程中不能有很大的變形，要求變形Δ＜L/180，其中L為支撐件的跨度，在這樣的條件下，玻璃面板能承受一定的風荷和地震力。顯而易見，鋼結構的框架筒體的密柱淺梁是玻璃面板最好的支撐體系。因此產生了用玻璃板作鋼結構的蒙皮受力構件的思想，但玻璃板是脆性材料，作受力蒙皮構件是否是禁區，一直困擾著我，直到重新學習由清華大學力學系1988年翻譯的前蘇聯Г·C·皮薩連科著的“材料力學手冊”有這么一段話吸引了我：“應當強調指出，材料的脆性或塑性狀態不只取決于材料的性質，而且與其所處的應力狀態類型，溫度與加載速度等都有一定的關系，實驗表明，塑性材料在一定的加載條件與溫度下，會表現為脆性，而脆性材料在一定的應力狀態下，也可以表現為塑性”。

這個理論將使我受益匪淺。我又學習近來大連理工大學出版社出版的“glsss?construction?manual(玻璃結構手冊)是史蒂西(SCHITTICH)等著的，他們是世界級的玻璃工程設計大師，他們明確地指出：“玻璃也越來越多作為一種承重材料被結構工程師所使用”而且告訴工程師“玻璃應用的發展要與結構體系結合發展，相得益彰”。這給我的研究增強了信心。由于我經常作國外設計的優化設計，因此對劉大海，楊翠茹編著的高樓鋼結構設計中結構概念設計是下了苦功的，因此溫故而知新用了近八個月的時間進行了集中研究和計算，較系統地寫出了《用玻璃板作鋼結構蒙皮受力構件的研究》使我對玻璃板作結構的受力蒙皮構件不僅充滿了信心而且有濃厚的興趣，這次正式向貴局申請國家發明專利是由于了解到國際動態：二十世紀初期美國出現了玻璃幕墻的概念，美國以高科技和創新的精神在戰后大力發展超高層建筑，玻璃摩天大樓已成為當時美國的一項重要的建筑使命，有名望的公司都在城市建造玻璃幕墻摩天大樓，并逐漸形成一股國際風格向全世界傳布，到二十世紀七十年代初期，寫字樓成了建筑行業的主要任務，網格玻璃幕墻就是一個標志。上個世紀九十年代開始以歐洲為首出現了批評的聲音：陽光污染，耗能源，不安全等，但是世界一直在追求玻璃摩天大樓，并且越演越烈，因此中國要有一種創新的面目出現，我申請的發明專利肯定是很有用的。

另外研究過程中了解到玻璃的光學性質有信息功能，玻璃板作建筑的墻面不僅能充分地發揮玻璃透光、保溫、密閉等優點，而且可以用光學儀器有效地監視大樓蒙皮受力構件的受力安全情況，因此這樣的大廈是相當安全的，監視的研究要在這次申請成功后再進行系統的研究。

發明內容

用玻璃板與鋼結構的密柱淺梁筒體組合成為玻璃板作受力蒙皮構件的高效而經濟的抗側力結構。這樣不僅玻璃板在密柱淺梁筒體的應力狀態下，脆性材料也可以表現為塑性，成為受力構件來加強密柱淺梁的弱筒體，成為密柱深梁的強筒體。不言而喻使鋼結構的含鋼量明顯地降低，又由于玻璃板不再需要專門的玻璃幕墻的鋼結構支撐體系，只需要與主體鋼結構的密柱淺梁筒體組合，其組合使密柱淺梁的弱框筒成為密柱深梁的強框筒，因此結構的整體剛度大增，所以說這是一個高效而經濟的抗側力結構。

1、工程依據

美國匹次堡市于1983年建成的梅隆銀行大廈(one?mellon?bank?center)是屬于承力幕墻體系，采用密柱淺梁的弱框筒與鋼板蒙皮組合而成的，其結構平面見圖1鋼板與梁柱關系見圖2主樓地面以上54層，高222m。這個大廈有以下幾個特點：