摘要：隨著建筑業(yè)的發(fā)展，玻璃幕墻得到了廣泛使用，修訂版《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ 102-2003)的發(fā)布，標(biāo)志我國(guó)幕墻行業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)跨上了新臺(tái)階。為助于幕墻行業(yè)工程技術(shù)人員理解、應(yīng)用此規(guī)范，確保幕墻結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性，特撰寫此文。本文包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本規(guī)定、幕墻所受荷載及作用、玻璃計(jì)算、結(jié)構(gòu)膠計(jì)算、橫梁計(jì)算、立柱計(jì)算、連接計(jì)算等內(nèi)容。
1．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本規(guī)定
1.1幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
幕墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算，采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。極限狀態(tài)包括兩種：
a．承載能力極限狀態(tài)：主要指強(qiáng)度破壞、喪失穩(wěn)定。
b．正常使用極限狀態(tài)：主要指產(chǎn)生影響正常使用或外觀的變形。
1.2設(shè)計(jì)驗(yàn)算基本過(guò)程
設(shè)計(jì)驗(yàn)算基本過(guò)程分以下三步：
a．根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行荷載及作用計(jì)算。
b．根據(jù)構(gòu)件所受荷載及作用計(jì)算荷載效應(yīng)及組合。
c．根據(jù)驗(yàn)算公式進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。
1.3驗(yàn)算公式
1.3.1承載力驗(yàn)算：
S≤R
S：荷載效應(yīng)按基本組合的設(shè)計(jì)值，可以是內(nèi)力或應(yīng)力。
具體到幕墻構(gòu)件：
S=γgSgk+ψwγwSwk+ψeγeSek
其中：
Sgk―――永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；
Swk―――風(fēng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；
Sek―――地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；
γg―――永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，取γg=1.2；
γw―――風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，取γw=1.4；
γe―――地震作用分項(xiàng)系數(shù)，取γe=1.3；
ψw―――風(fēng)荷載組合值系數(shù)，取ψw=1.0；
ψe―――地震作用組合值系數(shù)，取ψe=0.5。
R：抗力設(shè)計(jì)值，可以是構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值或強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
①如果已知承載力設(shè)計(jì)值或強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，可直接引用。見(jiàn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ 102-2003)》P20§5.2“材料力學(xué)性能”。
②如果已知承載力標(biāo)準(zhǔn)值或強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，則需除以材料分項(xiàng)系數(shù)K2，得到承載力設(shè)計(jì)值或強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，舉例如下：
石材，已知其彎曲強(qiáng)度平均值fgm= 8MPa，則其抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值F=50/K2=50/2=50/2=25(kN)。
不同材料的材料分項(xiàng)系數(shù)K1是由其總安全系數(shù)K及荷載分項(xiàng)系數(shù)K2決定的。其數(shù)學(xué)關(guān)系為K=K1K2。不同材料的總安全系數(shù)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(fēng)荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)K1=1.4。所以可換算得到：石材的材料分項(xiàng)系數(shù)K2=K/K1=3/1.4=2.15，連接的材料分項(xiàng)系數(shù)K2=K/K1=2.8/1.4=2，玻璃的材料分項(xiàng)系數(shù)K2=K/K1=2.5/1.4=1.785。
1.3.2撓度驗(yàn)算
df≤dflim
df：構(gòu)件在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值或永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下產(chǎn)生的撓度值。
dflim：構(gòu)件撓度限值。
在鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算中，撓度驗(yàn)算應(yīng)考慮不同作用效應(yīng)的組合。但在幕墻計(jì)算中，出于簡(jiǎn)化考慮，不考慮不同作用效應(yīng)的組合，僅須分別單獨(dú)計(jì)算風(fēng)荷載或永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的撓度。
具體到下列幕墻構(gòu)件：
鋁橫梁、立柱：df?lim=l/180，l為支點(diǎn)間距離。
鋼橫梁、立柱：df?lim=l/250，l為支點(diǎn)間距離。
四邊支承玻璃：df?lim=短邊邊長(zhǎng)/60
四點(diǎn)支承玻璃：df?lim=支承點(diǎn)間長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)/60
玻璃肋對(duì)邊支承玻璃：df?lim =跨度/60
玻璃肋：dflim=計(jì)算跨度/200
1．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本規(guī)定
1.1幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
幕墻的結(jié)構(gòu)計(jì)算，采用以概率論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，用分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。極限狀態(tài)包括兩種：
a．承載能力極限狀態(tài)：主要指強(qiáng)度破壞、喪失穩(wěn)定。
b．正常使用極限狀態(tài)：主要指產(chǎn)生影響正常使用或外觀的變形。
1.2設(shè)計(jì)驗(yàn)算基本過(guò)程
設(shè)計(jì)驗(yàn)算基本過(guò)程分以下三步：
a．根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行荷載及作用計(jì)算。
b．根據(jù)構(gòu)件所受荷載及作用計(jì)算荷載效應(yīng)及組合。
c．根據(jù)驗(yàn)算公式進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。
1.3驗(yàn)算公式
1.3.1承載力驗(yàn)算：
S≤R
S：荷載效應(yīng)按基本組合的設(shè)計(jì)值，可以是內(nèi)力或應(yīng)力。
具體到幕墻構(gòu)件：
S=γgSgk+ψwγwSwk+ψeγeSek
其中：
Sgk―――永久荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；
Swk―――風(fēng)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；
Sek―――地震作用效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；
γg―――永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，取γg=1.2；
γw―――風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，取γw=1.4；
γe―――地震作用分項(xiàng)系數(shù)，取γe=1.3；
ψw―――風(fēng)荷載組合值系數(shù)，取ψw=1.0；
ψe―――地震作用組合值系數(shù)，取ψe=0.5。
R：抗力設(shè)計(jì)值，可以是構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值或強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
①如果已知承載力設(shè)計(jì)值或強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，可直接引用。見(jiàn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ 102-2003)》P20§5.2“材料力學(xué)性能”。
②如果已知承載力標(biāo)準(zhǔn)值或強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，則需除以材料分項(xiàng)系數(shù)K2，得到承載力設(shè)計(jì)值或強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，舉例如下：
石材，已知其彎曲強(qiáng)度平均值fgm= 8MPa，則其抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值F=50/K2=50/2=50/2=25(kN)。
不同材料的材料分項(xiàng)系數(shù)K1是由其總安全系數(shù)K及荷載分項(xiàng)系數(shù)K2決定的。其數(shù)學(xué)關(guān)系為K=K1K2。不同材料的總安全系數(shù)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(fēng)荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)K1=1.4。所以可換算得到：石材的材料分項(xiàng)系數(shù)K2=K/K1=3/1.4=2.15，連接的材料分項(xiàng)系數(shù)K2=K/K1=2.8/1.4=2，玻璃的材料分項(xiàng)系數(shù)K2=K/K1=2.5/1.4=1.785。
1.3.2撓度驗(yàn)算
df≤dflim
df：構(gòu)件在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值或永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下產(chǎn)生的撓度值。
dflim：構(gòu)件撓度限值。
在鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算中，撓度驗(yàn)算應(yīng)考慮不同作用效應(yīng)的組合。但在幕墻計(jì)算中，出于簡(jiǎn)化考慮，不考慮不同作用效應(yīng)的組合，僅須分別單獨(dú)計(jì)算風(fēng)荷載或永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下的撓度。
具體到下列幕墻構(gòu)件：
鋁橫梁、立柱：df?lim=l/180，l為支點(diǎn)間距離。
鋼橫梁、立柱：df?lim=l/250，l為支點(diǎn)間距離。
四邊支承玻璃：df?lim=短邊邊長(zhǎng)/60
四點(diǎn)支承玻璃：df?lim=支承點(diǎn)間長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)/60
玻璃肋對(duì)邊支承玻璃：df?lim =跨度/60
玻璃肋：dflim=計(jì)算跨度/200