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玻璃幕墻與門窗結構可靠度設計問題探討(二)

來源:中國幕墻網收集整理  作者:石民祥 楊仕超  日期:2005-4-28
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  根據建筑結構可靠度分析與設計原理,對以金屬框架為支承體系的破璃幕墻和門窗采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法進行的結構設計計算及其可靠度問題進行系絕性的分析探討,提出對我國現行玻璃幕墻工程技術規范中幕墻結構設計有關問題的看法,以及時目前尚無規范依據的建筑門窗結構設計計算問題的看法及建議。

    由于是風荷載控制的基本組合,故連接結構總的安全系數K=丫w丫m,即風荷載分項系數乘以材料性能分項系數,相當于K=K1K2各種連接節點的設計計算此處不再詳述,要注意按本文構件材料的結構設計可靠度水平(設計安全度)”所述,掌握各種構件材料的結構設計可靠度水平,即材料性能標準值與荷載作用效應標準值之間的總的設計安全度K。

    6)玻璃面板承載能力設計
    (1)玻璃板彎曲正應力設計計算:應采用我國《建筑玻璃應用技術規程》(JGJ 113-1996)規定的玻璃抗風壓強度設計公式:1)四邊支承的玻璃計算公式(4.2.1-1)、(4.2.1-2)
     (2)對邊支承的玻璃計算公式(4.2.2)。以上公式中風荷載的代表值為標準值Wk,安全系數K為2.5。

    我國建筑玻璃抗風壓設計計算公式,是以澳大利亞半經驗半理淪公式為主線,參照日本等其它國家的標準,在對我國大板面建筑玻璃抗風壓試驗研究的基礎上,對澳大利亞公式中有關參數講行調粘而確定的。該計算公式能保證我國建筑玻璃對于風荷載標準值的總安全系數為2.5,玻璃的破壞概率是l/1000。

    國家標準《鋁合金門》及《鋁合金窗》規定:玻璃厚度、面積計算方法按《建筑玻璃應用技術規程》(JGJ 113)規定執行。我國《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102-96)參考日本玻璃強度標準值數據和風荷載、玻璃均按標準值計算的允許應力設計方法,取總安全系數K=2.5。但該規范的玻璃彎曲正應力設計計算是采用了結構力學的小撓踺薄板理淪公式,這樣用該小撓度公式計算的結果與實際大撓度情況相差太大,與其按照對風荷載標準值總安全系數2.5、破壞率1/1000的概率可靠度控制目標不一致。

    ②玻璃彎曲撓度設計計算:玻璃在滿足彎曲正應力承載條件下,還必須控制其彎曲變形撓度。國際上一般規定框架支承系統的構件最大變形撓度不超過支點跨度的1/180時,玻璃板面的最大撓度為1/60-1/100。相對于幕墻玻璃而言,門窗玻璃尺寸面積一般不太大,玻璃彎曲變形撓度不很大。但幕墻玻璃往往是邊長2m-3m的大板面半鋼化和鋼化玻璃,雖然其抗彎強度可以是普通浮法玻璃(詞條“浮法玻璃”由行業大百科提供)的2倍-4倍,但半鋼化和鋼化玻璃與浮法玻璃彈性模量E是一樣的,它們不能改變玻璃的抗彎剛度El。鋼化玻璃能承受很大的彎曲應力(詞條“彎曲應力”由行業大百科提供)而不會因為強度問題破壞,但它產生過火的變形撓度可能會對玻璃周邊約束結構產生一系列作用,如結構膠破壞或鑲嵌失效而造成玻璃板支承條件改變,最終造成玻璃破壞。實際上對玻璃彎曲撓度的設計控制是對玻璃與框架連接鑲嵌結構承載能力的控制。我國《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102-96)未規定玻璃撓度控制要求和計算方法,目前正在修訂的征求意見稿擬增加對玻璃撓度的限位要求,但計算方法仍采用小撓度薄板理論公式,與實際幕墻玻璃人撓度的情況偏差太人。文獻提出了加拿人標準CAN/CGSB-12.20-M89中根據玻璃的非線性板變形埋論而制訂的經驗公式,認為該公式的計算結果與實際悄況較為吻合。

    7)隱框幕墻玻璃結構膠粘接承載能力設計
    (1)按風荷載標準值Wk(短期)作用和結構膠短期強度允許值F1計算膠縫的粘接寬度C1的計算公式:《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102-96)公式(5.6.4—1)。

    (2)玻璃自重標準值(長期)作用和結構膠長期強度允許值F2計算膠縫的粘接寬度Cs2的計算公式:《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102-96)公式95.6.4—2)。

    膠縫粘接寬度選取Cs1與Cs2中數值大者為Cs,再按風荷載應力,與自重荷載剪力T2的矢量之和不大于結構膠短期強度允許值F1=0.14MPa進行校核,確定膠縫粘接寬度設計值。

    (3)按玻璃與鋁合金之間由風荷載標準值(高層建筑考慮)造成的層間變位引起的相對位移Us1和結構膠的短期荷載變位承受能力б1計算膠縫的粘接厚度Ts1的計算公式:《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102-96)公式(5.6.6—1)。
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