單元式系統之耐風結構設計

壹、 構件組成及相關圖形

圖 5- 4 為單元式系統之示意圖，施工上分為繫件與預組單元，每一單元間四 邊皆採用公母式鋁擠型嵌接，嵌接後水平向鋁擠型在分析時視為橫料，其中預組 單元上方水平向鋁擠型稱為水槽料，下方水平向鋁擠型稱為下橫料，垂直向鋁擠 型在分析時視為直料；面材包括預組單元中鑲嵌玻璃或鋁板。

圖 5- 4 單元式系統構件位置 (資料來源：圖形修改自 AAMA CW-DG-1-96)

貳、 面板、直料及橫料所受設計風壓(風力)之決定

各構件設計風壓之決定請參照第四章帷幕牆系統各構件設計風壓之決定，詳 細計算可參照第六、七及八章帷幕牆計算例。

1.

2.

32

參、直料之耐風設計(含檢核)

直料分析時將繫件處視為鉸支承(Hinge)；而一般將垂直向鋁擠型下端洗出插 槽，以和部分下方橫料以及下方垂直向鋁擠型相連，為了滿足此施工需求，假設 此處無法傳遞彎矩，將其視為銷釘(Pin)。本文後續分析直料時將採用三層樓直料 進行分析， 圖 5- 5 為單元式系統直料結構分析示意圖。

圖 5- 5 單元式系統直料結構分析示意圖 (資料來源：圖形修改自 AAMA CW-DG-1-96)

直料構件檢核中，必須滿足變形需求目前收集到之直料變形檢核標準已列於 表 5- 1，其中不論直料分析時橫跨幾層樓，檢核表中的 L 皆視為兩個繫件之間的 長度，本研究將採用中華民國國家標準。

另需檢核直料因風力造成之撓曲應力、扭轉效應應力以及側向扭轉挫曲。其 中由風力而產生之撓曲應力應由強軸向抵抗，應力檢核標準可參照 Aluminum

33

Design Manual(AA，2005)。

肆、 橫料之耐風設計(含檢核)

橫料分析上，可視為單一簡支梁。其結構圖如圖 5- 6。橫料不僅受風壓影響，

亦需承載上方玻璃以及自身重量，其中由下橫料承受上方玻璃重量。

圖 5- 6 單元式系統橫料結構分析示意圖 (資料來源：圖形修改自 AAMA CW-DG-1-96)

橫料構件檢核中，除了須滿足變形需求外，亦需檢核撓曲應力。其中撓曲應 力分為強軸撓曲應力以及弱軸撓曲應力，強軸為風載方向，弱軸為自重方向。現 今已有一些建築規範及標準來檢核橫料之變形量列於表 5- 2，本研究中橫料設計 風壓檢核將採用 AAMA 之標準；靜載重檢核將採用金屬帷幕牆手冊之標準；應 力檢核標準可參照 Aluminum Design Manual(AA，2005)。

伍、 繫件之耐風設計(含檢核)

分析繫件時，外力來源包括正負風壓及帷幕牆的自重，正負風壓作用於直橫 料及面板上，再經由繫件傳入結構體，故在繫件檢核時，需了解外力傳遞路徑。

滾支承(Roller) 鉸支承(Hinge) 下橫料

水槽料

34

雖然負風壓通常大於正風壓，但正負風壓之方向可能使得彎矩形成互相抵銷 或是疊合增長的情況，故在分析時，正負風壓皆須納入考慮。

繫件之螺栓需要計算因外力造成的剪力與拉拔力，再檢核所使用之螺栓強度 是否足夠。另需檢核連接用鋼(鋁)板之抗彎強度。

陸、 結構矽膠與蓋板

結構膠填充於鋁擠型和面材間的空隙，蓋板固定於鋁擠型和面材交接處表面，

其目的皆在於防止玻璃脫離鋁擠型，故需檢核負風壓作用下，結構矽膠之容許拉 應力是否大於矽膠斷面應力。

柒、 面材之耐風設計(含檢核)

若面材採用玻璃，在設計風壓作用下，需檢核其強度及變形。首先參閱 ASTM E1300(2016)，依照玻璃厚度、長、寬及束制條件對應出未係數化載重，再乘上 玻璃種類之係數可得容許強度，其值需大於面材設計風壓。其次使用有限元素軟 體分析，或參閱 ASTM E1300(2016)，依照設計風壓、玻璃面積及長短邊比對應 出玻璃變形，其值需小於容許變形。其中變形檢核標準列於表 5- 3，本研究中面 材變形檢核將採用 35 毫米的容許變形(金屬帷幕牆手冊，2003)。

35