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      玻璃幕墻結構計算(一)

      來源:中國幕墻網收集整理  作者:*  日期:2009-7-24
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        摘要:隨著建筑業的發展,玻璃幕墻得到了廣泛使用,修訂版《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102-2003)的發布,標志我國幕墻行業的技術標準跨上了新臺階。為助于幕墻行業工程技術人員理解、應用此規范,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。

        1.結構設計基本規定

        1.1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設計方法,用分項系數設計表達式進行計算。極限狀態包括兩種:


         a.承載能力極限狀態:主要指強度破壞、喪失穩定。


         b.正常使用極限狀態:主要指產生影響正常使用或外觀的變形


         1.2設計驗算基本過程
         設計驗算基本過程分以下三步:

         a.根據實際情況進行荷載及作用計算。

         b.根據構件所受荷載及作用計算荷載效應及組合。

         c.根據驗算公式進行設計驗算。


         1.3驗算公式
         1.3.1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,取γg=1.2;

         γw―――風荷載分項系數,取γw=1.4;

         γe―――地震作用分項系數,取γe=1.3;

         ψw―――風荷載組合值系數,取ψw=1.0;

         ψe―――地震作用組合值系數,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K1是由其總安全系數K及荷載分項系數K2決定的。其數學關系為K=K1K2。不同材料的總安全系數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K1=1.4。所以可換算得到:石材的材料分項系數K2=K/K1=3/1.4=2.15,連接的材料分項系數K2=K/K1=2.8/1.4=2,玻璃的材料分項系數K2=K/K1=2.5/1.4=1.785。


         1.3.2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:

         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

        2.幕墻所受荷載及作用

         2.1永久荷載

         永久荷載即重力荷載,根據材料的重力密度及具體尺寸計算。

         例如,計算規格為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)

         2.2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,按幕墻距地面高度、地面粗糙度查表;

         μs―――風荷載體形系數;

         對于負壓區墻面,取-1.2(外壓-1.0,再考慮內壓-0.2)
         對于負壓區墻角邊,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,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。

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