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玻璃幕墙工程技术规范(7)

时间:2011-01-25 09:29 来源:未知 作者:admin 点击量
            

  5.1.6 玻璃幕墙承受永久荷载(自重荷载)、风荷载、地震作用和温度作用,会产生多种内力(应力)和变形,情况比较复杂。本规范要求分别进行永久荷载、风荷载、地震作用效应计算;温度作用的影响,通过构造设计考虑。承载能力极限状态设计时,应考虑作用效应的基本组合;正常使用极限状态设计时,作用的分项系数均取1.0。本条给出的承载力设计表达式具有通用意义,作用效应设计值S或SE可以是内力或应力,抗力设计值R可以是构件的承载力设计值或材料强度设计值。

  幕墙构件的结构重要性系数γ0,与设计使用年限和安全等级有关。除预埋件之外,其余幕墙构件的安全等级一般不会超过二级,设计使用年限一般可考虑为不低于25年。同时,幕墙大多用于大型公共建筑,正常使用中不允许发生破坏。因此,结构重要性系数γ0取不小于1.0。

  幕墙结构计算中,地震效应相对风荷载效应是比较小的,通常不会超过风荷载效应的20%,如果采用小于1.0的系数γRE对构件抗力设计值予以放大,对幕墙结构设计是偏于不安全的。所以,幕墙构件承载力抗震调整系数γRE取1.0。

  幕墙面板玻璃及金属构件(如横梁、立柱)不便于采用内力设计表达式,在本规范的相关条文中直接采用与钢结构相似的应力表达形式;预埋件设计时,则采用内力表达形式。采用应力设计表达式时,计算应力所采用的内力设计值(如弯矩、轴力、剪力等),应采用作用效应的基本组合。

  5.1.7 当玻璃面板偏离横梁截面形心时,面板的重力偏心会使横粱产生扭转变形。当采用中空玻璃、夹层玻璃等自重较大的面板和偏心距较大时,要考虑其不利影响,必要时进行横梁的抗扭承载力验算。

  5.2 材料力学性能

  5.2.1 目前,国内有关玻璃强度试验的工作不多,强度取值的方法也不统一。玻璃是最有代表性的脆性材料,其破坏特征是:几乎所有的玻璃都是由于拉应力产生表面裂缝而破碎。一直到破坏为止,玻璃的应力、应变都几乎呈线性关系,其弹性模量约为7.2×104N/mm2。但是,其破坏强度有非常大的离散性。

  如图5.1(a)所示,同一批、同尺寸玻璃受弯试件测得的弯曲抗拉强度,其范围为70~160N/mm2,十分分散。实测的强度值与构件尺寸、试验方法、玻璃的热处理和化学处理方式、测试条件(加载速度、持荷时间、周围环境等)都有关系,而且变化很大。图5.1(b)为尺寸改变时玻璃强度的变化情况。

  60 80 100 120 140 160 180 试件的厚度(mm)

  强度(N/mm2) (b)

  (a)

  图5.1 玻璃强度特性

  (a)强度分布;(b)强度与尺寸关系

  因此,玻璃的实际强度设计值一般由生产厂家根据试验资料提供给设计人员,作为幕墙玻璃的设计依据。

  日本建筑学会提供的实用设计方法中,给出了玻璃的强度(相当于标准值),如表5.1。日本是按容许应力方法设计的,荷载、强度均采用标准值,设计安全系数K=2.5~3.0。在国内缺乏足够试验数据的情况下,可参考日本的玻璃强度取值为基本数据,再根据国内的安全度要求和多系数表达方法予以调整。

  在日本的玻璃承载力设计方法中,总安全系数K=K1 K2,见表5.2。其中,K1为作用分项安全系数,取1.2~1.3;K2为玻璃材料分项系数,可由总安全系数进行换算。

  表5.1 玻璃的强度标准值fgk(N/mm2)

  玻璃类型厚度(mm)fgk

  普通玻璃2~650.0

  浮法玻璃3~8

  10

  12~1950.0

  45.0

  35.0

  磨砂玻璃1535.0

  夹网玻璃7~1037.0

  夹网吸热磨砂玻璃730.0

  表5.2 玻璃安全系数K

  破坏概率0.010.0010.0001

  K2.02.53.0

  由此可见,玻璃的安全系数K在2.5~3.0之间。结合我国国情,玻璃的安全系数K取2.5,由于起主要控制作用的风荷载分项系数采用1.4,经换算可得出玻璃材料分项系数K2=1.785。

  因此,本规范中,玻璃的强度设计值人取为标准值fgk除以K2,即玻璃大面上的强度设计值。

  玻璃的侧面经过切割、打磨打工,产生应力集中,强度有所降低。一般情况下,侧面强度可按大面强度的70%取用。侧面强度对玻璃受弯不起控制作用。在验算玻璃局部强度、连接强度以及玻璃肋的承载力时,会用到侧面强度设计值。

  玻璃大部分是平面外受弯控制其承载力设计,受剪起控制作用的机会较少,因此目前没有区分玻璃的抗拉、抗剪强度。

  5.2.2 铝合金型材的强度设计值取决于其总安全系数,一般取为K=1.8。若K1=1.4,则K2=1.286。所以,相应的强度设计值为:

  铝型材的强度标准值fak,一般取为σp0.2。σp0.2指铝材有

  0.2%残余变形时所对应的应力值,即铝型材的条件屈服强度。σp0.2可按现行国家标准《铝合金建筑型材》GB/T 5237的规定取用。

  各国铝合金结构设计的安全系数有所不同,一般为1.60~1.8。

  按意大利D.M.Mazzolani《铝合金结构》一书所载:

  英国BSCPll8规范,容许应力为:

  [σ]=0.44σp0.2+0.09σu(轴向荷载作用)

  [σ]=0.44σp0.2+0.14σu (弯曲荷载作用)

  若极限强度σu =1.3σp0.2,则安全系数K相当于1.6(弯曲作用)~1.77(轴向作用)。

  德国规范DIN4113,对于主要荷载,安全系数为1.70~1.80。

  美国铝业协会规定建筑物的安全系数为1.65,对于桥梁为1.85。

  鉴于幕墙构件以承受风荷载为主,铝型材强度离散性也较大,所以总安全系数取1.8是合适的。

  5.2.3 幕墙中钢材主要用于连接件(如钢板、螺栓等)和支承钢结构,其计算和设计要求应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定进行。

  5.2.4 不锈钢材料(管材、棒材、型材)主要用于幕墙的连接件和支承结构,其强度设计值比照钢结构的安全度略有增大,总安全系数约为1.6。

  5.2.5 点支承玻璃幕墙所用的张拉杆、索截面尺寸较小,对各种作用比较敏感,宜具有较高的安全度。按照目前国内工程的经验,张拉杆的安全系数可取为2.0,拉索的安全系数可取为2.5。本条的强度设计值换算系数就是按照这一要求得出的。

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