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玻璃幕墙结构计算(一)

发表时间:2020-03-23 16:26

玻璃幕墙结构计算(一)


.前言

   随着建筑业的发展,玻璃幕墙得到了广泛使用,修订版《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-2003)的发布,标志我国幕墙行业的技术标准跨上了新台阶。为助于幕墙行业工程技术人员理解、应用此规范,确保幕墙结构的安全性、可靠性,特撰写此文。本文包括结构设计基本规定、幕墙所受荷载及作用、玻璃计算、结构胶计算、横梁计算、立柱计算、连接计算等内容。

2.结构设计基本规定

    2.1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。

   2.2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。

   2.3验算公式

   2.3.1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。

   2.3.2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

3.幕墙所受荷载及作用

   3.1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)

   3.2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。

   例如,已知w0=0.75kPa,地面粗糙度为C类,幕墙最高80m,求墙面风荷载标准值:

   wk=βgzμsμzw0=1.64×1.2×1.538×0.75=2.27(kPa)

  3.3地震作用

  垂直于玻璃幕墙平面的分布水平地震作用标准值按下式计算:

  qek=βeαmaxGk/A


文章分类: 玻璃知识
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