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玻璃幕墻工程技術規范設計解析

來源:中國幕墻網收集整理  作者:*  日期:2012-10-18
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  [摘 要] 本文介紹了《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ102-2003)設計部分的修訂內容,對修訂進行了說明。
  [關鍵詞] 玻璃幕墻 幕墻規范 幕墻設計

  其它透明防火隔斷、透明樓板。

  3.支承防火玻璃的設施或支承結構不應采用鋁結構,應采用鋼結構

  五、結構設計的基本規定
  規范2003版本將原來結構設計一章細分為基本規定、框支承幕墻、全玻幕墻、點支承幕墻的結構設計等四章。

  本章主要敘述各種玻璃幕墻結構設計的共同問題,包括一般規定;材料力學性能;荷載和作用;效應的組合;連接設計;硅酮結構膠設計。

  (一)一般規定
  1.更改了原規范幕墻立柱應懸掛在主體結構上的規定。原規定是根據當時幕墻為框支承的條件制定的。由于現在許多大跨度、復雜類型的支承鋼結構是下端支承在主體結構上的,而張拉索桿體系更是張拉在主體結構上,不能一概采用懸掛支承的形式。因此,改為在第6章增加框支承幕墻宜采用懸掛立柱的條文。

  2.原規范要求立柱與主體結構采用彈性活動連接,這一概念不很明確,到底怎樣才算彈性活動連接,容易產生爭議。本規范規定了幕墻應相對于主體結構有一定的位移能力,這個位移能力可以通過各種膠縫和空隙、各種長圓孔、上下立柱的滑動接頭、上下立柱間的留空、左右梁之間的留空等方式實現。大跨度鋼結構還可以通過鉸接搖臂機構和彈簧機構等充分滿足大位移的要求。因此本次修訂中不再強調每一處連接都必須采用螺栓連接,也不排除部分連接采用焊接的方式。

  實際建成的玻璃幕墻工程中,許多是采用部分連接為焊接(包括立柱的角碼預埋件用焊接的工程),有些已經經歷了多次十二級臺風的吹襲;焊接連接的幕墻,多次經歷9度以上振動臺試驗仍安全無損。實踐表明,在幕墻連接中完全禁止采用焊接是不合理的,有些場合往往也是難以做到的,具體工程要作具體分析。

  3.明確了要考慮的荷載與作用,取消了溫度應力計算
  修訂后的條文取消了溫度應力計算。從幾年來工程設計表明,滿足裝配空隙構造要求和縫寬要求后,溫度應力一般不起控制作用,所以不再計算以簡化設計。

  4.引入重要性系數和承載力抗震調整系數
  這是結構設計的基本系數,用以調整結構設計的安全度,用于無抗震效應的組合,用于有地震效應的組合。為保持與結構設計規范表達一致,本規范在內力、應力控制總表達式中,引入這兩個系數。在玻璃幕墻設計時,這兩個系數均可取為1.0,并不增加設計工作量。

  5.采用各個方向分別驗算和控制撓度的方法
  玻璃幕墻中風荷載和自重一般情況下作用于不同方向,地震作用力很小,所以對于不影響結構安全的撓度控制,采用風荷載標準值永久荷載標準值分別控制的方法。當橫梁雙向受力時,水平和豎向兩個方向分別控制撓度。作為圍護結構和裝飾性結構,這種控制可以滿足使用要求,也簡化了設計工作量。

  6.提示考慮荷載偏心產生的扭轉影響
  在框支承幕墻的橫梁上,玻璃的重力是偏心施加的,會使梁產生扭轉,當采用中空、夾層中空玻璃或偏心距較大時,梁受到的扭矩會較大,設計中要加以考慮。

  (二)材料力學性能
  1.玻璃的強度設計值分為三檔
  原規范玻璃的強度設計值按其厚度分為兩檔,由于級差過大,會出現玻璃加厚后承載力反而降低的不合理現象。現在將強度設計值按厚度分為三檔,可以盡量避免這種情況。

  2.明確玻璃側面強度的概念。側面是指玻璃切割后所形成的斷面,其寬度等于玻璃的厚度。側面強度低于大面強度,常用于螺栓或其它連接件產生的玻璃平面內受拉承載力計算和玻璃肋的受彎承載力計算等。

  3.給出不銹鋼的強度設計值取用方法,即按屈服強度除以系數1.15后得到。

  4.張拉索桿結構中,拉桿和拉索長期處于拉力狀態下,宜有較高的安全度。拉桿強度設計值按屈服強度除以系數1.4后取用;拉索的強度設計值按抗拉強度除以系數1.8后取用。

  5.在附錄中列出了耐候鋼的強度設計值和螺栓、焊縫、鉚釘連接的強度設計值。

  (三)荷載與地震作用
  1.風荷載計算按《建筑結構荷載規范》GB50009執行。基本風壓按50年重現期采用。200m以上高度的幕墻、體型復雜及風環境復雜的幕墻宜進行風洞試驗來決定風荷載取值。

  2.地震作用計算時,動力系數取值為5.0。并增加了兩個地面加速度等級的地震系數(對應于7度半和8度半的烈度)。

  (四)荷載和作用效應的組合
  1.重力荷載分項系數,一般情況下取為1.2。當重力荷載效應有利時(如下端支承玻璃肋受彎計算時,自重產生軸壓力與風荷載產生受彎的拉應力組合),取為1.0;當重力荷載效應起控制作用時(如下端支承的受壓鋼柱,自重與風荷載組合),尚應考慮為1.35的組合,相應風荷載的組合系數取為0.6。

  2.地震作用效應的組合系數 取為0.5。

  3.在驗算幕墻構件的撓度時,只驗算風荷載標準值或重力荷載標準值作用下的撓度值,兩者不進行組合(驗算雨棚和采光頂構件時,應考慮風荷載和自重兩者的共同作用,但這已超出本規范的范圍)。

  (五)連接設計
  1.要求采用預埋件連接,預埋鋼板和預埋槽應在混凝土澆筑前放入并固定其位置。在附錄中列出了預埋鋼板的設計方法。

  2.沒有條件采用預埋件時,可用后加錨栓固定連接件。后加錨栓應采用機械式錨栓或化學錨栓,在條文中還提出了后加錨栓應用中應遵守的事項。

  3.砌體墻平面外承載力低,且連接件難以固定。所以條文中作出了增設鋼或混凝土連接梁、柱的要求。

  (六)密封膠
  1.結構密封膠承載力設計公式采用了強度設計值,與其它部分的設計表達式一致。

  2.在密封膠厚度計算時,對變位承受能力的取值作出規定,采用應力為0.14MPa時的延伸率,這個數值可由廠家提供的應力-應變曲線得到。玻璃面板的位移取為,明確為風荷載作用下的最大層間位移角(此時膠縫的應力不會超過0.14MPa)。必要時還應考慮溫度的作用。

  六、框支承幕墻的設計
  (一)玻璃面板設計
  1.增加了玻璃最小厚度和中空玻璃、夾層玻璃前后片玻璃最大厚度差的規定。

  2.在玻璃的應力和撓度計算中,考慮了玻璃大撓度工作狀態,對計算值予以折減,引入了折減系數。

  3.撓度限值規定為短邊邊長的1/60。由于幕墻玻璃的撓度主要為風荷載產生,因此在計算撓度時可采用風荷載標準值進行計算。
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