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玻璃幕墙工程技术规范设计解析

来源:中国幕墙网收集整理  作者:*  日期:2012-10-18
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  [摘 要] 本文介绍了《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)设计部分的修订内容,对修订进行了说明。
  [关键词] 玻璃幕墙 幕墙规范 幕墙设计

  其它透明防火隔断、透明楼板。

  3.支承防火玻璃的设施或支承结构不应采用铝结构,应采用钢结构

  五、结构设计的基本规定
  规范2003版本将原来结构设计一章细分为基本规定、框支承幕墙、全玻幕墙、点支承幕墙的结构设计等四章。

  本章主要叙述各种玻璃幕墙结构设计的共同问题,包括一般规定;材料力学性能;荷载和作用;效应的组合;连接设计;硅酮结构胶设计。

  (一)一般规定
  1.更改了原规范幕墙立柱应悬挂在主体结构上的规定。原规定是根据当时幕墙为框支承的条件制定的。由于现在许多大跨度、复杂类型的支承钢结构是下端支承在主体结构上的,而张拉索杆体系更是张拉在主体结构上,不能一概采用悬挂支承的形式。因此,改为在第6章增加框支承幕墙宜采用悬挂立柱的条文。

  2.原规范要求立柱与主体结构采用弹性活动连接,这一概念不很明确,到底怎样才算弹性活动连接,容易产生争议。本规范规定了幕墙应相对于主体结构有一定的位移能力,这个位移能力可以通过各种胶缝和空隙、各种长圆孔、上下立柱的滑动接头、上下立柱间的留空、左右梁之间的留空等方式实现。大跨度钢结构还可以通过铰接摇臂机构和弹簧机构等充分满足大位移的要求。因此本次修订中不再强调每一处连接都必须采用螺栓连接,也不排除部分连接采用焊接的方式。

  实际建成的玻璃幕墙工程中,许多是采用部分连接为焊接(包括立柱的角码预埋件用焊接的工程),有些已经经历了多次十二级台风的吹袭;焊接连接的幕墙,多次经历9度以上振动台试验仍安全无损。实践表明,在幕墙连接中完全禁止采用焊接是不合理的,有些场合往往也是难以做到的,具体工程要作具体分析。

  3.明确了要考虑的荷载与作用,取消了温度应力计算
  修订后的条文取消了温度应力计算。从几年来工程设计表明,满足装配空隙构造要求和缝宽要求后,温度应力一般不起控制作用,所以不再计算以简化设计。

  4.引入重要性系数和承载力抗震调整系数
  这是结构设计的基本系数,用以调整结构设计的安全度,用于无抗震效应的组合,用于有地震效应的组合。为保持与结构设计规范表达一致,本规范在内力、应力控制总表达式中,引入这两个系数。在玻璃幕墙设计时,这两个系数均可取为1.0,并不增加设计工作量。

  5.采用各个方向分别验算和控制挠度的方法
  玻璃幕墙中风荷载和自重一般情况下作用于不同方向,地震作用力很小,所以对于不影响结构安全的挠度控制,采用风荷载标准值永久荷载标准值分别控制的方法。当横梁双向受力时,水平和竖向两个方向分别控制挠度。作为围护结构和装饰性结构,这种控制可以满足使用要求,也简化了设计工作量。

  6.提示考虑荷载偏心产生的扭转影响
  在框支承幕墙的横梁上,玻璃的重力是偏心施加的,会使梁产生扭转,当采用中空、夹层中空玻璃或偏心距较大时,梁受到的扭矩会较大,设计中要加以考虑。

  (二)材料力学性能
  1.玻璃的强度设计值分为三档
  原规范玻璃的强度设计值按其厚度分为两档,由于级差过大,会出现玻璃加厚后承载力反而降低的不合理现象。现在将强度设计值按厚度分为三档,可以尽量避免这种情况。

  2.明确玻璃侧面强度的概念。侧面是指玻璃切割后所形成的断面,其宽度等于玻璃的厚度。侧面强度低于大面强度,常用于螺栓或其它连接件产生的玻璃平面内受拉承载力计算和玻璃肋的受弯承载力计算等。

  3.给出不锈钢的强度设计值取用方法,即按屈服强度除以系数1.15后得到。

  4.张拉索杆结构中,拉杆和拉索长期处于拉力状态下,宜有较高的安全度。拉杆强度设计值按屈服强度除以系数1.4后取用;拉索的强度设计值按抗拉强度除以系数1.8后取用。

  5.在附录中列出了耐候钢的强度设计值和螺栓、焊缝、铆钉连接的强度设计值。

  (三)荷载与地震作用
  1.风荷载计算按《建筑结构荷载规范》GB50009执行。基本风压按50年重现期采用。200m以上高度的幕墙、体型复杂及风环境复杂的幕墙宜进行风洞试验来决定风荷载取值。

  2.地震作用计算时,动力系数取值为5.0。并增加了两个地面加速度等级的地震系数(对应于7度半和8度半的烈度)。

  (四)荷载和作用效应的组合
  1.重力荷载分项系数,一般情况下取为1.2。当重力荷载效应有利时(如下端支承玻璃肋受弯计算时,自重产生轴压力与风荷载产生受弯的拉应力组合),取为1.0;当重力荷载效应起控制作用时(如下端支承的受压钢柱,自重与风荷载组合),尚应考虑为1.35的组合,相应风荷载的组合系数取为0.6。

  2.地震作用效应的组合系数 取为0.5。

  3.在验算幕墙构件的挠度时,只验算风荷载标准值或重力荷载标准值作用下的挠度值,两者不进行组合(验算雨棚和采光顶构件时,应考虑风荷载和自重两者的共同作用,但这已超出本规范的范围)。

  (五)连接设计
  1.要求采用预埋件连接,预埋钢板和预埋槽应在混凝土浇筑前放入并固定其位置。在附录中列出了预埋钢板的设计方法。

  2.没有条件采用预埋件时,可用后加锚栓固定连接件。后加锚栓应采用机械式锚栓或化学锚栓,在条文中还提出了后加锚栓应用中应遵守的事项。

  3.砌体墙平面外承载力低,且连接件难以固定。所以条文中作出了增设钢或混凝土连接梁、柱的要求。

  (六)密封胶
  1.结构密封胶承载力设计公式采用了强度设计值,与其它部分的设计表达式一致。

  2.在密封胶厚度计算时,对变位承受能力的取值作出规定,采用应力为0.14MPa时的延伸率,这个数值可由厂家提供的应力-应变曲线得到。玻璃面板的位移取为,明确为风荷载作用下的最大层间位移角(此时胶缝的应力不会超过0.14MPa)。必要时还应考虑温度的作用。

  六、框支承幕墙的设计
  (一)玻璃面板设计
  1.增加了玻璃最小厚度和中空玻璃、夹层玻璃前后片玻璃最大厚度差的规定。

  2.在玻璃的应力和挠度计算中,考虑了玻璃大挠度工作状态,对计算值予以折减,引入了折减系数。

  3.挠度限值规定为短边边长的1/60。由于幕墙玻璃的挠度主要为风荷载产生,因此在计算挠度时可采用风荷载标准值进行计算。
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