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玻璃幕墙与门窗结构可靠度设计问题探讨(二)

来源:中国幕墙网收集整理  作者:石民祥 杨仕超  日期:2005-4-28
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  根据建筑结构可靠度分析与设计原理,对以金属框架为支承体系的破璃幕墙和门窗采用以概率理论为基础的极限状态设计方法进行的结构设计计算及其可靠度问题进行系绝性的分析探讨,提出对我国现行玻璃幕墙工程技术规范中幕墙结构设计有关问题的看法,以及时目前尚无规范依据的建筑门窗结构设计计算问题的看法及建议。

    由于是风荷载控制的基本组合,故连接结构总的安全系数K=丫w丫m,即风荷载分项系数乘以材料性能分项系数,相当于K=K1K2各种连接节点的设计计算此处不再详述,要注意按本文构件材料的结构设计可靠度水平(设计安全度)”所述,掌握各种构件材料的结构设计可靠度水平,即材料性能标准值与荷载作用效应标准值之间的总的设计安全度K。

    6)玻璃面板承载能力设计
    (1)玻璃板弯曲正应力设计计算:应采用我国《建筑玻璃应用技术规程》(JGJ 113-1996)规定的玻璃抗风压强度设计公式:1)四边支承的玻璃计算公式(4.2.1-1)、(4.2.1-2)
     (2)对边支承的玻璃计算公式(4.2.2)。以上公式中风荷载的代表值为标准值Wk,安全系数K为2.5。

    我国建筑玻璃抗风压设计计算公式,是以澳大利亚半经验半理沦公式为主线,参照日本等其它国家的标准,在对我国大板面建筑玻璃抗风压试验研究的基础上,对澳大利亚公式中有关参数讲行调粘而确定的。该计算公式能保证我国建筑玻璃对于风荷载标准值的总安全系数为2.5,玻璃的破坏概率是l/1000。

    国家标准《铝合金门》及《铝合金窗》规定:玻璃厚度、面积计算方法按《建筑玻璃应用技术规程》(JGJ 113)规定执行。我国《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-96)参考日本玻璃强度标准值数据和风荷载、玻璃均按标准值计算的允许应力设计方法,取总安全系数K=2.5。但该规范的玻璃弯曲正应力设计计算是采用了结构力学的小挠踺薄板理沦公式,这样用该小挠度公式计算的结果与实际大挠度情况相差太大,与其按照对风荷载标准值总安全系数2.5、破坏率1/1000的概率可靠度控制目标不一致。

    ②玻璃弯曲挠度设计计算:玻璃在满足弯曲正应力承载条件下,还必须控制其弯曲变形挠度。国际上一般规定框架支承系统的构件最大变形挠度不超过支点跨度的1/180时,玻璃板面的最大挠度为1/60-1/100。相对于幕墙玻璃而言,门窗玻璃尺寸面积一般不太大,玻璃弯曲变形挠度不很大。但幕墙玻璃往往是边长2m-3m的大板面半钢化和钢化玻璃,虽然其抗弯强度可以是普通浮法玻璃(词条“浮法玻璃”由行业大百科提供)的2倍-4倍,但半钢化和钢化玻璃与浮法玻璃弹性模量E是一样的,它们不能改变玻璃的抗弯刚度El。钢化玻璃能承受很大的弯曲应力(词条“弯曲应力”由行业大百科提供)而不会因为强度问题破坏,但它产生过火的变形挠度可能会对玻璃周边约束结构产生一系列作用,如结构胶破坏或镶嵌失效而造成玻璃板支承条件改变,最终造成玻璃破坏。实际上对玻璃弯曲挠度的设计控制是对玻璃与框架连接镶嵌结构承载能力的控制。我国《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-96)未规定玻璃挠度控制要求和计算方法,目前正在修订的征求意见稿拟增加对玻璃挠度的限位要求,但计算方法仍采用小挠度薄板理论公式,与实际幕墙玻璃人挠度的情况偏差太人。文献提出了加拿人标准CAN/CGSB-12.20-M89中根据玻璃的非线性板变形埋论而制订的经验公式,认为该公式的计算结果与实际悄况较为吻合。

    7)隐框幕墙玻璃结构胶粘接承载能力设计
    (1)按风荷载标准值Wk(短期)作用和结构胶短期强度允许值F1计算胶缝的粘接宽度C1的计算公式:《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-96)公式(5.6.4—1)。

    (2)玻璃自重标准值(长期)作用和结构胶长期强度允许值F2计算胶缝的粘接宽度Cs2的计算公式:《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-96)公式95.6.4—2)。

    胶缝粘接宽度选取Cs1与Cs2中数值大者为Cs,再按风荷载应力,与自重荷载剪力T2的矢量之和不大于结构胶短期强度允许值F1=0.14MPa进行校核,确定胶缝粘接宽度设计值。

    (3)按玻璃与铝合金之间由风荷载标准值(高层建筑考虑)造成的层间变位引起的相对位移Us1和结构胶的短期荷载变位承受能力б1计算胶缝的粘接厚度Ts1的计算公式:《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-96)公式(5.6.6—1)。
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