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5.1 一般规定


5.1.1 玻璃幕墙应按围护结构设计。
5.1.2 玻璃幕墙应具有足够的承载能力、刚度、稳定性和相对于主体结构的位移能力。采用螺栓连接的幕墙构件,应有可靠的防松、防滑措施;采用挂接或插接的幕墙构件,应有可靠的防脱、防滑措施。
5.1.3 玻璃幕墙结构设计应计算下列作用效应:
    1 非抗震设计时,应计算重力荷载和风荷载效应;
    2 抗震设计时,应计算重力荷载、风荷载和地震作用效应。
5.1.4 玻璃幕墙结构,可按弹性方法分别计算施工阶段和正常使用阶段的作用效应,并应按本规范第5.4节的规定进行作用效应的组合。
5.1.5 玻璃幕墙构件应按各效应组合中的最不利组合进行设计。
5.1.6 幕墙结构构件应按下列规定验算承载力和挠度:
    1 无地震作用效应组合时,承载力应符合下式要求:

     
    
    4 双向受弯的杆件,两个方向的挠度应分别符合本条第3款的规定。
5.1.7 框支承玻璃幕墙中,当面板相对于横梁有偏心时,框架设计时应考虑重力荷载偏心产生的不利影响。
条文说明
5.1.1 幕墙是建筑物的外围护结构,主要承受自重以及直接作用于其上的风荷载、地震作用、温度作用等,不分担主体结构承受的荷载或地震作用。幕墙的支承结构、玻璃与框架之间,须有一定变形能力,以适应主体结构的位移;当主体结构在外荷载作用下产生位移时,不应使幕墙构件产生过大内力和不能承受的变形。 
    幕墙结构的安全系数k与作用的取值和材料强度的取值有关。因此,采用某一规范进行设计时,必须按该规范的规定计算各种作用,同时采用该规范的计算方法和材料强度指标。不允许荷载按某一规范计算,强度又采用另一规范的方法,以免产生设计安全度过低或过高的情况。
5.1.2 玻璃幕墙由面板和金属框架等组成,其变形能力是较小的。在水平地震或风荷载作用下,结构将会产生侧移。由于幕墙构件不能承受过大的位移,只能通过弹性连接件来避免主体结构过大侧移的影响。例如当层高为3.5m,若弹塑性层间位移角限值△up/h为1/70,则层间最大位移可达50mm。显然,如果幕墙构件本身承受这样的大的剪切变形,则幕墙构件可能会破坏。
    幕墙构件与立柱、横梁的连接要能可靠地传递风荷载作用、地震作用,能承受幕墙构件的自重。为防止主体结构水平位移使幕墙构件损坏,连接必须具有一定的适应位移能力,使幕墙构件与立柱、横粱之间有活动的余地。
5.1.3 幕墙设计应区分是否抗震。对非抗震设防的地区,只需考虑风荷载、重力荷载以及温度作用;对抗震设防的地区,尚应考虑地震作用。
    经验表明,对于竖直的建筑幕墙,风荷载是主要的作用,其数值可达2.0~5.0kN/㎡ 。因为建筑幕墙自重较轻,即使按最大地震作用系数考虑,一般电只有0.1~0.8kN/㎡,远小于风荷载作用。因此,对幕墙构件本身而言,抗风设计是主要的考虑因素。但是,地震是动力作用,对连接节点会产生较大的影响,使连接发生震害甚至使建筑幕墙脱落、倒坍。所以,除计算地震作用外,还必须加强构造措施。
    在幕墙工程中,温度变化引起的对玻璃面板、胶缝和支承结构的作用效应是存在的,问题是如何计算或考虑其作用效应。幕墙设计中,温度作用的影响一般通过建筑或结构构造措施解决,而不一一进行计算,实践证明是简单、可行的办法。理论计算上,过去一般仅考虑对玻璃面板的影响,如原规范JGJ 102-96第5.4.3和5.4.4条,分别考虑了年温度变化下的玻璃挤压应力计算和玻璃边缘与中央温度差引起的应力计算。
    当温度升高时,玻璃膨胀、尺寸增大,与金属边框的间隙减小。当膨胀变形大于预留间隙时,玻璃受到挤压,产生温度挤压应力。实际工程中,玻璃与铝合金框之间必须留有一定的空隙(本规范第9章第9.5.2条及第9.5.3条已规定),因此玻璃因温度变化膨胀后一般不会与金属边框发生挤压。例如对边长为3000mm的玻璃面板,在80℃的年温差下,其膨胀量为:
△b=1.0 × 10-5 × 80 × 3000=2.4mm
而玻璃与边框的两侧空隙量之和一般不小于10mm。由此可知:挤压温度应力的计算往往无实际意义,这在原规范JGJ 102-96的应用中已得到普遍反映。因此这次规范修订,不再列入有关挤压温度应力的计算内容。
    另外,大面积玻璃在温度变化时,中央部分与边缘部分存在温度差,从而使玻璃产生温度应力,当玻璃中央部分与边缘部分温度差比较大时,有可能因温度应力超过玻璃的强度设计值而造成幕墙玻璃碎裂。原规范JGJ 102-96第5.4.4条关于温差应力的计算公式如下:
温差应力的计算公式
    因此,按照原规范JGJ 102-96的计算方法,当温差不超过15℃时,温度作用不起控制作用。鉴于以上原因,本规范取消了温差应力的计算。
    对于温度变化剧烈的玻璃幕墙工程,应在设计计算和构造处理上采取必要的措施,避免因温度应力造成玻璃幕墙破坏。
5.1.4 目前,结构抗震设计的标准是小震下保持弹性,基本不产生损坏。在这种情况下,幕墙也应基本处于弹性工作状态。因此,本规范中有关内力和变形计算均可采用弹性方法进行。对变形较大的场合(如索结构),宜考虑几何非线性的影响。
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梁产生扭转变形。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。
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玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003
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