玻璃幕墻結構計算（一）

玻璃幕墻結構計算（一）

．前言

　　 隨著建筑業(yè)的發(fā)展，玻璃幕墻得到了廣泛使用，修訂版《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(JGJ 102-2003)的發(fā)布，標志我國幕墻行業(yè)的技術標準跨上了新臺階。為助于幕墻行業(yè)工程技術人員理解、應用此規(guī)范，確保幕墻結構的安全性、可靠性，特撰寫此文。本文包括結構設計基本規(guī)定、幕墻所受荷載及作用、玻璃計算、結構膠計算、橫梁計算、立柱計算、連接計算等內容。

2．結構設計基本規(guī)定

    2.1幕墻結構設計方法

　　 幕墻的結構計算，采用以概率論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，用分項系數(shù)設計表達式進行計算。極限狀態(tài)包括兩種：

　　 a．承載能力極限狀態(tài)：主要指強度破壞、喪失穩(wěn)定。

　　 b．正常使用極限狀態(tài)：主要指產生影響正常使用或外觀的變形。

　　 2.2設計驗算基本過程

　　 設計驗算基本過程分以下三步：

　　 a．根據(jù)實際情況進行荷載及作用計算。

　　 b．根據(jù)構件所受荷載及作用計算荷載效應及組合。

　　 c．根據(jù)驗算公式進行設計驗算。

　　 2.3驗算公式

　　 2.3.1承載力驗算：

　　 S≤R

　　 S：荷載效應按基本組合的設計值，可以是內力或應力。

　　 具體到幕墻構件：

　　 S=γgSgk+ψwγwSwk+ψeγeSek

　　 其中：

　　 Sgk―――永久荷載效應標準值；

　　 Swk―――風荷載效應標準值；

　　 Sek―――地震作用效應標準值；

　　 γg―――永久荷載分項系數(shù)，取γg=1.2；

　　 γw―――風荷載分項系數(shù)，取γw=1.4；

　　 γe―――地震作用分項系數(shù)，取γe=1.3；

　　 ψw―――風荷載組合值系數(shù)，取ψw=1.0；

　　 ψe―――地震作用組合值系數(shù)，取ψe=0.5。

　　 R：抗力設計值，可以是構件的承載力設計值或強度設計值。

　　 ①如果已知承載力設計值或強度設計值，可直接引用。見《玻璃幕墻工程技術規(guī)范(JGJ 102-2003)》P20§5.2“材料力學性能”。

　　 ②如果已知承載力標準值或強度標準值，則需除以材料分項系數(shù)K2，得到承載力設計值或強度設計值，舉例如下：

　　   石材，已知其彎曲強度平均值fgm= 8MPa，則其抗彎強度設計值fg1=fgm/K2=fgm/2.15=3.72(MPa)；錨栓，已知其極限抗拉力為50kN，則其抗拉力設計值F=50/K2=50/2=50/2=25(kN)。

　　   不同材料的材料分項系數(shù)K1是由其總安全系數(shù)K及荷載分項系數(shù)K2決定的。其數(shù)學關系為K=K1K2。不同材料的總安全系數(shù)K舉例如下：石材K=3，連接K=2.8，玻璃K=2.5。而起主要控制作用的風荷載的荷載分項系數(shù)K1=1.4。所以可換算得到：石材的材料分項系數(shù)K2=K/K1=3/1.4=2.15，連接的材料分項系數(shù)K2=K/K1=2.8/1.4=2，玻璃的材料分項系數(shù)K2=K/K1=2.5/1.4=1.785。

　　 2.3.2撓度驗算

　　 df≤df?lim

　　 df：構件在風荷載標準值或永久荷載標準值作用下產生的撓度值。

　　 df?lim：構件撓度限值。

　　 在鋼結構計算中，撓度驗算應考慮不同作用效應的組合。但在幕墻計算中，出于簡化考慮，不考慮不同作用效應的組合，僅須分別單獨計算風荷載或永久荷載標準值作用下的撓度。

　　 具體到下列幕墻構件：

　　 鋁橫梁、立柱：df?lim=l/180，l為支點間距離。

　　 鋼橫梁、立柱：df?lim=l/250，l為支點間距離。

　　 四邊支承玻璃：df?lim=短邊邊長/60

　　 四點支承玻璃：df?lim=支承點間長邊邊長/60

　　 玻璃肋對邊支承玻璃：df?lim =跨度/60

　　 玻璃肋：df?lim=計算跨度/200

3．幕墻所受荷載及作用

　　 3.1永久荷載

　　 永久荷載即重力荷載，根據(jù)材料的重力密度及具體尺寸計算。

　　 例如，計算規(guī)格為6+0.76PVB+6(mm)鋼化夾膠玻璃的永久荷載標準值：

　　 qgk0=t0×γg/1000=12×25.6/1000=0.307(kPa)

　　 其中：

　　 t0―玻璃片總厚度，t0=12(mm)；

　　 γg―玻璃重力密度，γg=25.6(kN/m3)。

　　 如考慮玻璃上鋁粘接框重量，假設鋁粘接框重量為玻璃重量的20%，則玻璃與鋁框永久荷載標準值：

　　 qgk=(1+20%)qgk0=(1+20%)×0.307=0.368(kPa)

　　 3.2風荷載

　　 幕墻的風荷載標準值按下式計算，且不應小于1.0kPa。

　　 wk=βgzμsμzw0

　　 其中：

　　 wk―――風荷載標準值；

　　 βgz―――陣風系數(shù)，按幕墻距地面高度、地面粗糙度查表；

　　 μs―――風荷載體形系數(shù)；

　　 對于負壓區(qū)墻面，取-1.2(外壓-1.0，再考慮內壓-0.2)

　　 對于負壓區(qū)墻角邊，取-2.0(外壓-1.8，再考慮內壓-0.2)

　　 對于雨蓬，取-2.0

　　 μz―――風壓高度變化系數(shù)，按幕墻距地面高度、地面粗糙度查表；

　　 w0―――基本風壓，取50年一遇基本風壓。

　　 例如，已知w0=0.75kPa，地面粗糙度為C類，幕墻最高80m，求墻面風荷載標準值：

　　 wk=βgzμsμzw0=1.64×1.2×1.538×0.75=2.27(kPa)

　　3.3地震作用

　　垂直于玻璃幕墻平面的分布水平地震作用標準值按下式計算：

　　qek=βeαmaxGk/A