玻璃幕墙的设计与计算.ppt

6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 一、玻璃幕墙的类型与构成 1 组成：玻璃面板、连接件、支承结构 2 分类：全玻璃幕墙 - 玻璃肋 框式玻璃幕墙 - 铝合金框架 点支式玻璃幕墙 - 刚性、柔性支承体系 3 连接方式 化学方式：指通过结构胶将玻璃面板直接胶结或通过连接 件胶结于支承体系。 机械方式：指将玻璃面板嵌固或钻孔后通过爪件连接于支 承体系。,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 二、全玻璃幕墙 1 定义 2 特点：通透性好、构造简单，结构无锈蚀问题， 适用于大堂、大厅及共享空间。 3 截面构成： （1）全玻璃幕墙连接方法：胶结和爪件连接 胶结是玻璃面板与玻璃肋通过结构胶垂直粘结在一起， 玻璃肋与玻璃面板可平齐连接，也可后置连接。 爪件连接通过金属连接件连接玻璃肋和玻璃面板 （2）玻璃要求单片玻璃面板10-19mm，夹层单片8mm 玻璃肋：截面高度hr100mm，厚度t12,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 二 全玻璃幕墙 4 与主体结构的连接方式 悬挂在主体结构上-面板、玻璃肋受拉 下端支承于主体结构-面板、玻璃肋受压力 下端支承全玻璃幕墙最大高度,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 1 定义 2 分类 明框玻璃幕墙 隐框玻璃幕墙 单元式幕墙 称为隐框幕墙的原因？ 因为框架在玻璃的内侧，隐框幕墙一般采用镀膜玻璃，由于镀膜玻璃是单向透像性，从而从外侧看不到框架，看到的全是玻璃，达到隐框的效果,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 3 材料和型材 （1）玻璃 （2）立柱 （3）横梁 （4）组合截面,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 4 连接构造 构件式框式幕墙，横梁一般通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接，立柱连接于主体结构中。 （1）横梁与立柱的连接构造 （2）立柱与主体结构的构造连接,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 （2）立柱与主体结构的构造连接 a幕墙与主体结构连接设计考虑的基本要求 对重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用有足够抵抗力 在以上荷载作用下，不应使幕墙构件产生有害变形。 当主体结构和幕墙产生相对位移时，不影响幕墙性能。 b荷载传递路线 c预埋件设计要求,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 （2）立柱与主体结构的构造连接 d连接件要求 连接件与主体结构的锚固力应大于连接件本身的承载力 r幕墙 r连接件r锚固r主体结构 旧建筑物加装幕墙，向主体结构打入膨胀螺栓做锚固件。 新建建筑，幕墙通过预埋件与主体结构连接，预埋件在混 凝土施工时预先埋入。,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 三 框式玻璃幕墙 （2）立柱与主体结构的构造连接 e立柱施工安装方式 从下至上-立柱悬挂受拉，较为经济 从上至下-立柱受压，需考虑稳定 为什么通常立柱安装采用从下至上？ 从上至下方式安装时，由于稳定性的要求，必定截面尺 寸过大，材料消耗过多。 从下而上方式，可以缩短工期,6 玻璃幕墙计算与设计,第一节 概述 四 点支式玻璃幕墙 1 定义 2 优点 3 连接件 连接件支承头采用 爪件形式（浮头式、沉头式） 夹板形式 4 支承结构形式 5 与主体结构的连接,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 一、胶缝标准设计 1 胶层、界面区与基材表面共同组成了胶缝。 2 胶缝连接方式分为搭接和对接。 （1）玻璃与铝框的连接属搭接胶缝，搭接胶缝要承受自重效应、风荷载效应、地震作用效应、温度变化效应。 （2）两个结构玻璃装配组件间的胶缝属对接胶缝，对接胶缝主要承受结构玻璃装配组件因温度变化伸缩产生的效应及各种变位产生的效应，用于幕墙表面填缝。,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 一、胶缝标准设计 3 结构胶缝对各种荷载产生的效应和计算简图 隐框玻璃幕墙结构玻璃装配胶缝属搭接胶缝，它要承受风荷载、自重、温度变化、地震作用产生的效应，为适应这些效应，胶缝的宽度、厚度均要有相对的尺寸， 一般按风荷载和自重效应，计算胶缝宽度; 按温度变化和地震作用效应计算胶缝厚度， 再根据两者之间的构造宽、厚比确定采用的宽度和厚度.,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 一、胶缝标准设计 3 结构胶缝对各种荷载产生的效应和计算简图 风荷载效应 在风压力作用下，胶缝受压产生压应力，胶缝失效； 在风吸力作用下，胶缝受拉伸长胶缝产生拉应力，它的破坏有4种可能 a密封胶抗拉强度超过它的极限承受能力而拉断 b密封胶与铝框的粘接失效导致玻璃掉落 c密封胶与玻璃粘接失效而破坏 d镀膜玻璃的镀膜层与玻璃粘接失效而使玻璃掉落,一般密封胶受风吸力破坏的危险率大于风压力，这就要求镀膜层与玻璃有牢固的粘接力，要求结构密封胶有很好的抗拉强度与粘附强度，同时要有足够的宽度， 胶缝的风荷载效应宽度计算如下,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 风荷载效应 （1）当矩形结构玻璃装配组件长宽比大于等于2:1时，按单向板考虑，这时玻璃承受的风荷载全部传给长边，由胶缝传给组件框架，可取一单位长度1m来进行分析。此时玻璃镶板上的风荷载等于wk x 1m x s/2,需要胶缝的承载能力为f1 x 1m x b1, 即wk x 1m x s/2= f1 x 1m x b1， b1= （wk x s/2）/ f1 f1结构密封胶短期荷载强度设计值,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 风荷载效应 (2)当矩形结构玻璃装配组件长宽比小于2;1时，按双向板考虑，这时玻璃上承受的风荷载，梯形面积分布传给长边，三角形面积分布传给短边，这时ab段和c点胶缝的应力最大，在ab段上取单位长度(1m)进行计算，如果在ad(be)段上取一单位长度，实际荷载分布可能是梯形或三角形，但为了留有余地，仍按矩形面积计算。如果在短边取一单位长度，也为留有余地，取矩形受荷面积，由于为等角直角三角形，两直角边相等，矩形的另一边也等于s/2，这样也可按单向板条件计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 风荷载效应 (3)从圆上截取a角扇形面积为计算单元， 弧长为1的圆面积为a=1/2 rx1，圆面积上的风荷载为1/2 rx1 xwk，胶缝面积为1xb1 即1/2 rx1 x wk= 1xb1xf1 b1= 1/2 r x wk/ f1,6 玻璃幕墙计算与设计,风荷载效应 (4)规则四边形，即四条边中有二条对边平行的四边形，作每一角的角平分线，并作平分线交点的连线，平分线交点到边的垂高y相等，矩形的原理取单位长度1m的面积， 其面积为y x 1m，其所承受风荷载为1 m x y x wk,胶缝能承受力为1m x b1 x f1, 即1 m x y x wk= 1m x b1 x f1， b1= y x wk/ f1,6 玻璃幕墙计算与设计,风荷载效应 (5)三角形，作每个角的平分线，得角平分线的交点，这个点到每边垂线的距离y相等，取单位长度1m计算，按留有余地的原则取矩形受荷面积，则1m x y x wk=1m x b1 x f1， b1= y x wk / f1,6 玻璃幕墙计算与设计,风荷载效应 (6)不规则四边形，即四条边均不平行的四边形，可展开为三角形后求出b1与y进行计算,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 风荷载效应 按jgj102规范的规定，取cs=b1，a=s，风荷载的胶缝宽度cs 矩形cs1=wk x a / 2f1 圆形cs1=wk x r / 2f1 梯形cs1=wk x2y / 2f1 三角形cs1=wk x2y / 2f1,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 一、胶缝标准设计 3 结构胶缝对各种荷载产生的效应和计算简图 自重效应,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 一、胶缝标准设计 温差效应 在温度发生变化时，玻璃和铝框同时发生伸缩由于它们的 线胀系数不同(铝框约为玻璃的2.4倍)，它们的伸缩量就不 一样，就有一个差，这使胶缝由原来的矩形变成菱形，它 的一条边伸长为斜边,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 一、胶缝标准设计 温差效应,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 一、胶缝标准设计 地震作用效应 在地震作用下，建筑物主框架发生层间变位，强制幕墙同 步变位，这时胶缝由矩形变形为菱形。,6 玻璃幕墙计算与设计,第二节 硅酮结构密封胶设计计算 二、胶缝设计计算 1 玻璃与铝合金框架粘结，结构胶胶缝宽度cs （1）水平风荷载作用下 cs=wa/2f1 （2）水平风荷载和地震作用下cs=（w+0.5qe）a/2f1 （3）自重荷载 cs=qgab/2（a+b）f2 （4）水平作用与竖向作用结合时 非抗震设计 取wa/2f1和cs=qgab/2（a+b）f2 较大者 抗震设计取（w+0.5qe）a/2f1和 qgab/2（a+b）f2大者 2 结构胶胶缝厚度ts,6 玻璃幕墙计算与设计,第三节 玻璃结构的单元和体系 结构系统中包含若干具有独自结构的建筑功能的子结构，子结构由各个结构单元组成。 玻璃结构中，玻璃结构单元起着最基本的承受荷载和传递荷载作用。,6 玻璃幕墙计算与设计,第三节 玻璃结构的单元和体系 一、玻璃单元 1 线单元 杆：端部铰接-线单元承受轴力 柱：端部刚接-线单元是压弯构件 2 单片直玻璃构件：不做受压构件 3 组合直玻璃构件：由数个单片玻璃组合，构成具 有较大抗压承载力的受压构件。 采用直接粘接或连接件组合,6 玻璃幕墙计算与设计,第三节 玻璃结构的单元和体系 一、玻璃单元 4 承受弯曲作用的玻璃面板：荷载垂直板面，弯曲应力起 控制作用。 （1）单层板：（退火、钢化、半钢化） 板的支承边界可采用（四边、两边、点支承） 点支承的弯矩、剪应力、位移较大。 点支承玻璃厚度四边支承玻璃厚度,（2）多层板:两块以上单层板通过简单叠置、表面粘贴、 边缘密封构成多层板。 a 简单叠置：荷载作用下各单层板位移相等，各单层板所 受弯曲荷载跟据弯曲刚度ei按比例分配。板的弯曲刚度与其厚度的立方成正比，荷载可按厚度的立方进行分配。 b 表面粘贴：采用具有抗剪刚度的胶粘贴两个单层板的表面形成夹层板，荷载不能按照各单层板刚度进行简单分配，各夹层板以一整体承受荷载。 c 边缘密封：两块单层板边缘密封后形成了中空板。中空板的空间降低了板件的抗扭刚度，但中部不可压缩的空气也能起结构作用。中空板和中部空气的共同作用效应产生导管效应，它与加载时间和速度无关。,6 玻璃幕墙计算与设计,（3）带肋或加劲板的玻璃 采用加劲肋可以使承受弯曲的玻璃板跨越更大的跨度。加 劲肋增加了板截面的高度，弯曲应力减小，位移减小。 但是，只有肋与板的连接有效传递剪力，带肋板才能起到 整体作用，否则无作用。（工厂中生产槽形截面理想） （4）桁架加劲板： 桁架下弦通过撑杆或玻璃肋连接于玻璃面板上受拉。 如果在玻璃面板两侧布置桁架，可以承受两个方向的弯曲 荷载。玻璃面板本身因桁架的整体作用而承受附加压应 力，由于作用在面板本身的荷载产生弯曲拉应力，所以桁 架加肋板对玻璃有利。,6 玻璃幕墙计算与设计,5 玻璃壳 单向弯曲的曲面玻璃，可构成柱壳结构，承受压力。 双向弯曲的曲面玻璃构成双曲面，承受垂直于壳的压力。 二、玻璃结构的子结构 主结构 次结构 围护结构 三、子结构构成复杂结构的方式 分层构成（有主次） 离散构成（无主次、各子结构独立）,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 一、计算理论 1 强度校核：它要满足的是截面最大应力设计值不应超 过玻璃大面强度设计值。 无地震效应组合 有地震效应组合 2 挠度校核 玻璃最大挠度不应超过限值,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 一、计算理论 3 玻璃面板设计考虑因素 能够抵抗构件中的所有应力 限制位移 破坏玻璃本身应有剩余承载力 部分玻璃破坏后，结构应有剩余稳定性 考虑了玻璃面板的几何非线性效应，在计算时应先进行各种荷载的组合，然后对最不利荷载组合进行最大应力的计算。,6 玻璃幕墙计算与设计,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 二、单片玻璃 1 框式玻璃幕墙：框式玻璃幕墙的受力状态同四边支承 板，可按四边简支板计算其跨中最大弯矩和最大应力。,6 玻璃幕墙计算与设计,(1) 强度校核：（规范经验公式）,(2) 挠度校核：,(3) 玻璃要求：框式玻璃幕墙单片玻璃厚度6mm,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 二、单片玻璃 2 点支式玻璃幕墙：点支式玻璃幕墙的受力状态为四点支 承板。,6 玻璃幕墙计算与设计,(1) 强度校核：（规范经验公式）,(2) 挠度校核：,(3) 玻璃要求：玻璃面板支承孔与板边距离不宜小70mm 浮头式连接件的玻璃不小于6mm，沉头式不小于8mm,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 二、单片玻璃 3 全玻璃幕墙：全玻璃幕墙的受力状态为玻璃肋支承板。,6 玻璃幕墙计算与设计,(1) 强度校核：（规范经验公式）,(2) 挠度校核：,第四节 玻璃幕墙面板的计算和设计 三、中空玻璃 1