玻璃幕墙结构计算(一)

　　1．结构设计基本规定

　　1.1幕墙结构设计方法
　　 幕墙的结构计算，采用以概率论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算。极限状态包括两种：


　　 a．承载能力极限状态：主要指强度破坏、丧失稳定。


　　 b．正常使用极限状态：主要指产生影响正常使用或外观的变形。


　　 1.2设计验算基本过程
　　 设计验算基本过程分以下三步：

　　 a．根据实际情况进行荷载及作用计算。

　　 b．根据构件所受荷载及作用计算荷载效应及组合。

　　 c．根据验算公式进行设计验算。


　　 1.3验算公式
　　 1.3.1承载力验算：

　　 S≤R
　　 S：荷载效应按基本组合的设计值，可以是内力或应力。

　　 具体到幕墙构件：

　　 S=γgSgk+ψwγwSwk+ψeγeSek
　　 其中：

　　 Sgk―――永久荷载效应标准值；

　　 Swk―――风荷载效应标准值；

　　 Sek―――地震作用效应标准值；

　　 γg―――永久荷载分项系数，取γg=1.2；

　　 γw―――风荷载分项系数，取γw=1.4；

　　 γe―――地震作用分项系数，取γe=1.3；

　　 ψw―――风荷载组合值系数，取ψw=1.0；

　　 ψe―――地震作用组合值系数，取ψe=0.5。

　　 R：抗力设计值，可以是构件的承载力设计值或强度设计值。


　　 ①如果已知承载力设计值或强度设计值，可直接引用。见《玻璃幕墙工程技术规范(JGJ 102-2003)》P20§5.2“材料力学性能”。


　　 ②如果已知承载力标准值或强度标准值，则需除以材料分项系数K2，得到承载力设计值或强度设计值，举例如下：


　　 石材，已知其弯曲强度平均值fgm= 8MPa，则其抗弯强度设计值fg1=fgm/K2=fgm/2.15=3.72(MPa)；锚栓，已知其极限抗拉力为50kN，则其抗拉力设计值F=50/K2=50/2=50/2=25(kN)。

　　 不同材料的材料分项系数K1是由其总安全系数K及荷载分项系数K2决定的。其数学关系为K=K1K2。不同材料的总安全系数K举例如下：石材K=3，连接K=2.8，玻璃K=2.5。而起主要控制作用的风荷载的荷载分项系数K1=1.4。所以可换算得到：石材的材料分项系数K2=K/K1=3/1.4=2.15，连接的材料分项系数K2=K/K1=2.8/1.4=2，玻璃的材料分项系数K2=K/K1=2.5/1.4=1.785。


　　 1.3.2挠度验算
　　 df≤df?lim
　　 df：构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值。

　　 df?lim：构件挠度限值。


　　 在钢结构计算中，挠度验算应考虑不同作用效应的组合。但在幕墙计算中，出于简化考虑，不考虑不同作用效应的组合，仅须分别单独计算风荷载或永久荷载标准值作用下的挠度。

　　 具体到下列幕墙构件：

　　 铝横梁、立柱：df?lim=l/180，l为支点间距离。

　　 钢横梁、立柱：df?lim=l/250，l为支点间距离。

　　 四边支承玻璃：df?lim=短边边长/60
　　 四点支承玻璃：df?lim=支承点间长边边长/60
　　 玻璃肋对边支承玻璃：df?lim =跨度/60
　　 玻璃肋：df?lim=计算跨度/200

　　2．幕墙所受荷载及作用

　　 2.1永久荷载
　　 永久荷载即重力荷载，根据材料的重力密度及具体尺寸计算。

　　 例如，计算规格为6+0.76PVB+6(mm)钢化夹胶玻璃的永久荷载标准值：

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

　　 t0―玻璃片总厚度，t0=12(mm)；

　　 γg―玻璃重力密度，γg=25.6(kN/m3)。

　　 如考虑玻璃上铝粘接框重量，假设铝粘接框重量为玻璃重量的20%，则玻璃与铝框永久荷载标准值：

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

　　 2.2风荷载
　　 幕墙的风荷载标准值按下式计算，且不应小于1.0kPa。

　　 wk=βgzμsμzw0
　　 其中：

　　 wk―――风荷载标准值；

　　 βgz―――阵风系数，按幕墙距地面高度、地面粗糙度查表；

　　 μs―――风荷载体形系数；

　　 对于负压区墙面，取-1.2(外压-1.0，再考虑内压-0.2)
　　 对于负压区墙角边，取-2.0(外压-1.8，再考虑内压-0.2)
　　 对于雨蓬，取-2.0
　　 μz―――风压高度变化系数，按幕墙距地面高度、地面粗糙度查表；

　　 w0―――基本风压，取50年一遇基本风压。

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