玻璃幕墻結構計算(一)

　　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，可以是內力或應力。

　　 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：

　　 鋁橫梁、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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