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玻璃幕墻結(jié)構(gòu)計算(一)

來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:*  日期:2009-7-24
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  摘要: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(shù)規(guī)范》(JGJ 102-2003)的發(fā)布,標志我國幕墻行業(yè)的技術(shù)標準跨上了新臺階。為助于幕墻行業(yè)工程技術(shù)人員理解、應(yīng)用此規(guī)范,確保幕墻結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性,特撰寫此文。本文包括結(jié)構(gòu)設(shè)計基本規(guī)定、幕墻所受荷載及作用、玻璃計算、結(jié)構(gòu)膠計算、橫梁計算、立柱計算、連接計算等內(nèi)容。

  1.結(jié)構(gòu)設(shè)計基本規(guī)定

  1.1幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

   幕墻的結(jié)構(gòu)計算,采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法,用分項系數(shù)設(shè)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(chǎn)生影響正常使用或外觀的變形


   1.2設(shè)計驗算基本過程
   設(shè)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(gòu)件所受荷載及作用計算荷載效應(yīng)及組合。

   c.根據(jù)驗算公式進行設(shè)計驗算。


   1.3驗算公式
   1.3.1承載力驗算:

   S≤R
   S:荷載效應(yīng)按基本組合的設(shè)計值,可以是內(nèi)力應(yīng)力

   具體到幕墻構(gòu)件:

   S=γgSgk+ψwγwSwk+ψeγeSek
   其中:

   Sgk―――永久荷載效應(yīng)標準值

   Swk―――風(fēng)荷載效應(yīng)標準值;

   Sek―――地震作用效應(yīng)標準值;

   γg―――永久荷載分項系數(shù),取γg=1.2;

   γw―――風(fēng)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(fēng)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(shè)計值,可以是構(gòu)件的承載力設(shè)計值或強度設(shè)計值


   ①如果已知承載力設(shè)計值或強度設(shè)計值,可直接引用。見《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ 102-2003)》P20§5.2“材料力學(xué)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(shè)計值或強度設(shè)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(shè)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(shè)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(xué)關(guān)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(fēng)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。


   1.3.2撓度驗算
   df≤df?lim
   df:構(gòu)件在風(fēng)荷載標準值或永久荷載標準值作用下產(chǎn)生的撓度值。

   df?lim:構(gòu)件撓度限值。


   在鋼結(jié)構(gòu)計算中,撓度驗算應(yīng)考慮不同作用效應(yīng)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(yīng)的組合,僅須分別單獨計算風(fēng)荷載或永久荷載標準值作用下的撓度。

   具體到下列幕墻構(gòu)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(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(shè)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(fēng)荷載
   幕墻的風(fēng)荷載標準值按下式計算,且不應(yīng)小于1.0kPa。

   wk=βgzμsμzw0
   其中:

   wk―――風(fēng)荷載標準值;

   βgz―――陣風(fēng)系數(shù),按幕墻距地面高度、地面粗糙度查表;

   μs―――風(fēng)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(nèi)壓-0.2)
   對于負壓區(qū)墻角邊,取-2.0(外壓-1.8,再考慮內(nèi)壓-0.2)
   對于雨蓬,取-2.0
   μz―――風(fēng)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(fēng)壓,取50年一遇基本風(fēng)壓。

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