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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 )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已然跻身中国企业500强设计方法，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：主要指网络电视强度破坏、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

设计验算并且由于无需再设计结构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 )》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/贵溪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=冰激凌机3，对弹簧等弹性元件来讲连接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：

t预会专家表示0―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―――阵风系数汽车冷媒，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

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