浅谈玻璃幕墙结构的计算方法论文_刘媛丽

摘要：玻璃幕墙的结构计算在整个工程中占有非常重要的作用，一旦在结构计算过程中出现一点纰漏，将会酿成很严重的后果。本文主要结合隐框玻璃幕墙的工程实例，对玻璃幕墙的结构计算方法进行分析。

关键词：隐框玻璃幕墙；结构；计算方法

1工程概况

某地段幕墙的层间高度为H=3.6m，幕墙的分格宽度为B=1.5m，每个层间高度方向有三块玻璃，从下到上玻璃的高度依次为H1=1.1m，H2=1.6m，H3=0.9m。透明部分采用浅灰色中空钢化玻璃，层间阴影盒位置采用钢化单玻璃。基本风压按照50年一遇考虑，ω0=0.45kN/m2，地面粗超度为C类，8度抗震设防烈度，地震加速度为0.2g，最危险点标高为He=100.0m。

2单片玻璃的计算

2.1玻璃强度计算

依据JGJ102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》第6.1节的规定。

风荷载标准值为

WK=βgz×μs1×μz×W0=1.602×1.2×1.697×0.45=1.468kN/m2

水平分布地震作用标准值为：

qEk=βe×αmax×γ玻×t×10-3=5×0.16×25.6×6×10-3=0.123kN/m2

2.2玻璃挠度计算

风荷载标准值为Wk=1.468kN/m。

玻璃跨中最大挠度为

μ=η×ψ2×WK×a4/D

式中：

μ——玻璃跨中最大挠度，mm；ψ2——跨中最大挠度系数，由a/b 查表1；a——玻璃短边长，mm；b——玻璃长边长，mm。

玻璃板的弯曲刚度：

D=Et3/[12（1-v2）]=0.72×105×63/（[12(1-0.22)]=1350000N·mm

式中：

V——泊松比，取v=0.2；

E——玻璃弹性模量，取0.72×105N/mm2；

t——玻璃等效厚度，mm。

θ=WK·a4/Et4=1.468×10-3×9004/（0.72×105×64）=10.3，查表取η=0.9588。

则玻璃的挠度：

μ=η·ψ2·WK·a4/D=0.9588×0.0087×1.468×10-3×9004/1350000=6mm

μ/a=1/150＜1/60，所以玻璃挠度满足要求。

因此，层间援用6mm的钢化单玻璃能够满足规范要求。

表1 四边支撑玻璃板的弯矩系数ψ

表2玻璃折减系数η

3幕墙竖龙骨的计算

3.1荷载计算

风荷载标准值的计算；

WK=βgz×μs1×μz×W0=1.602×1.2×1.697×0.45=1.468kN/m2

y轴方向(垂直于幕墙表面)的地震作用为；

qEy=βe×αmax×G/A

式中：

qEy——作用于幕墙平面外水平分布地震作用，kN/m2

G——幕墙构件的重量，kN：

A——幕墙构件的面积，m2；

αmax——水平地震影响系数最大值，取0.16；

βe——动力放大系数，取5。

其中，G=L×B×t×γ玻×1.1=3.6×1.5×12×25.6×1.1/1000=1.825kN。

式中：L——计算层间高，m；B——分格宽度，m；t——玻璃厚度，mm；γ玻——玻璃的密度取25.6kN/m3。

A=L×B×3.6×1.5=5.4m2

则qEy=βe×αmax×G/A=5×0.16×1.825/5.4=0.27kN/m2

3.2刚度计算

在矩形荷载作用下竖龙骨所受线荷载和作用组合值为；

q刚度=Wk×B=1.468×1.5=2.202kN/m

按单跨简支梁计算，竖龙骨产生的挠度按下式计算；

F=5q刚度·L4/384EI·[f]=5×2.202×3.64×108/384×70000×20=343.9839＜IX=367.35cm4，因此刚度满足规范要求，刚度的利用率为94%，可见利率用非常好。

3.3强度计算

强度荷载组合如下；

q=1.4×Wk×1+1.3×0.5×qEy=1.4×1.468×1+1.3×0.5×0.27=2.231kN/m2

竖龙骨所受线荷载为；

q强度=q×B=2.231×1.5=3.347kN/m

则按单跨简支梁计算竖龙骨所受最大弯矩为

M=q强度·L2/8=3.347×3.62/8=5.422kN/m

式中：M——竖龙骨承受的最大弯矩kN·m；L——计算层间高，m。

竖龙骨所受轴向拉力为N=1.2×G=9kN，竖龙骨承载力应满足下式要求(本工程设计的竖龙骨不承压，为只拉构件)：

N/A0+M(γ·W）≤fa

式中：N——竖龙骨所受拉力设计值kN；M——竖龙骨所受弯矩设计值kN·m；A0——竖龙骨净截面面积mm2；W——在弯矩作用方向的净截面抵抗矩cm3；γ——塑性发展系数，取1.05

fa——竖龙骨材料的强度设计值，取150N/mm2。

则N/A0+M/(γ·W）=103×2.19/1221+1035.422/（1.05×46.71）=112.344N/mm2。

由于刚度的利用率已经达到了94%，因此选择这个断面的竖龙骨是准确合理的。

4幕墙横龙骨的计算

4.1荷载计算

横龙骨受重力作用时，横龙骨所承受的重力线荷载标准值为：

qxk=γ玻·t·H1×1.1=25.6×12×1.6×1.1/1000=0.541kN/m

式中：γ玻——玻璃的密度，取25.66kN/m3；t——玻璃的总厚度，m；H1——自重方向分格高度m，横龙骨所承受的重力线荷载设计值为qx=1.2×qxk=0.649kN/m。

4.2刚度计算

横龙骨的许用挠度为[f]=B/500=1500/500=3mm，则按简支梁计算，横龙骨所需的最小惯性矩为：Iymin=FXK×a×B2×[3-4×(a2/B2）]/24×E×[f]=0.406×0.375×1.52×[3-4×(0.3752/1.52）]×108/(24×70000×3)=18.691cm4≤Iy=39.5cm4

Iymin=[(25-10×H2/B2+H4/B4）×qxk1×B4/1920E·[f]+[qxk2×B4/120E·[f]]=[(25-10×1.12/1.52+1.14/1.54）×0.807×1.54×108/（1920×70000×3]+[1.101×1.54×108/12070000×3）]=42.294cm4≤Ix=43.09cm4

式中：B——玻璃分格宽度，m；E——弹性模量N/mm2；Fxk——重力作用下的集中力标准值，kN；a——受力点到横龙骨端距离m。

4.3强度计算

横龙骨最大弯矩按下式计算My=Fx×a=0.487×0.375=0.183kN·m

Mx=[qy1×（3×B2-H2）/24]+[qy2×B2/12]=[1.227×（3×1.52-1.12）/24][+1.6731.52/12]=0.597kN·m

横龙骨的抗弯承载力应满足下式要求：

Mx/γWx+My/γWy≤fa

则Mx/γWx+My/γWy=103×0.597/(1.05×11.31)+103×0.183/(1.05×10.96)=66.174N/mm2≤fa=150N/mm2

通过上面的计算可知，横、竖龙骨的选择均是科学合理的。

5结束语

本文以上内容为典型的玻璃幕墙的玻璃和立柱龙骨的计算过程，通过这样的案例，做一个示范，让所有从事幕墙设计的同仁们设计出的幕墙产品既要安全可靠，又要经济实惠，从而为了我们国家能够持续发展做出自己的一份贡献。

参考文献：

[1]JGJ102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》

[2]GB50009—2001《建筑结构荷载规范》

[3]GB/T21086—2007《建筑幕墙》

论文作者:刘媛丽

论文发表刊物:《基层建设》2016年21期

论文发表时间:2016/12/5

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