幕墙抗震设计

幕墙抗震设计（精选四篇）

幕墙抗震设计 篇1

我们要科学合理地对建筑幕墙的结构抗震进行设计, 首先就必须要充分掌握建筑幕墙的概念特点和分类, 只有充分掌握了这些基本概念后才能进行科学合理的设计。因而, 我们不妨先来探讨一下建筑幕墙的基本概念。建筑幕墙主要指的是建筑物中不承重的外围墙, 这种外围墙像幕布一样挂在建筑物中, 因而被形象地称为建筑幕墙。建筑幕墙是一种不承受主体结构作用的建筑外围护墙。建筑外围墙是建筑物中的重要内容, 它自身的质量对于建筑物整体质量具有重要影响, 同时对于建筑物的整体性能也有直接影响。随着人们对建筑物性能的要求越来越高, 建筑幕墙在现代建筑中的作用显得越来越重要。在建筑幕墙设计中幕墙抗震结构设计是其中的重点, 实现科学地抗震结构设计有助于保证建筑幕墙质量并最终提升建筑幕墙的性能。

建筑幕墙根据其划分方式的不同可以分为多种类型, 通常采用两种方式来对建筑幕墙进行划分:一是按照密封形式来进行划分, 可分为两种, 封闭式幕墙和开放式幕墙。另外一种是按照支撑结构形式的不同来进行划分, 可分为全玻璃式幕墙、单元式幕墙、构件式幕墙和智能呼吸式幕墙 (又叫双层幕墙) 。我们在进行抗震结构设计时, 要根据幕墙种类的不同采用相应的方法进行设计。只有这样才能实现科学的抗震结构设计。

建筑幕墙有其自身优点, 在抗震结构设计前要充分掌握这些特点, 在设计中要合理设计抗震结构以有利于建筑幕墙自身优点的发挥。笔者经过考察发现, 建筑幕墙有三大优点:美观、节能、容易维护。美观是建筑幕墙的基本特点, 建筑幕墙的美观能够提升建筑物自身整体形象;建筑幕墙的节能功能是现代建筑的必然要求, 是现代建筑实现高效节能的关键。建筑能耗是所有能耗中的重要形式, 建筑幕墙的节能有助于实现建筑节能;容易维护是建筑幕墙的另一大优点, 建筑幕墙具有很强的实用性, 现代建筑中的建筑幕墙在设计时要考虑到它的后期维护。

2 建筑幕墙结构抗震设计

玻璃幕墙是建筑物中常见的幕墙结构, 玻璃幕墙结构的抗震性能设计主要是满足两个基本要求。一是满足不同幕墙体系的构造要求;二是满足不同连接位置的构造要求。笔者详细论述这两个要求。

2.1 满足不同幕墙体系的构造要求

上文提到幕墙可以分为多种形式, 对幕墙结构抗震进行设计时要结合不同幕墙体系的构造要求进行设计。笔者通过探讨不同的幕墙体系来探讨抗震结构设计。

(1) 针对铝合金玻璃幕墙的设计。铝合金玻璃幕墙的抗震性能很大程度上取决于自身的抗构造以及主框架的抗震能力。因而在对铝合金玻璃幕墙的结构进行抗震设计时, 要充分考虑这两个要素, 在多发地震地带进行设计时, 一般要保证最大弹性层间位移角不能大于100°。在罕遇地震地带, 设计时要对结构薄弱层进行专门地弹塑变形试验。设计人员在进行抗震设计时要重视两个指标, 抗震能力指标值和主体结构弹性层间位移角控制值, 在设计过程中一般要把抗震能力指标值控制在主体结构弹性层间位移角控制值的3倍左右。对高层钢结构进行设计时, 钢结构的抗震能力一般保持在非钢结构抗震力的2倍左右。这样做是为了更好地适应钢结构的变动能力。

(2) 石材幕墙设计。在石材幕墙之中, 石材面板一般是通过插件和挂件连接在一起。在结构抗震性能设计时重点是要防止插件从插槽中脱离出来。针对挂件与插件的设计, 国家有明确的法规予以规范。GB/T21086专门规定了挂装系统允许偏差, 插件与插槽搭接深度偏差。在进行科学设计时设计人员要严格按照设计规范来对各种偏差进行适当控制, 从而使得幕墙抗震性能最优化。

(3) 明框、半隐框幕墙的结构抗震设计。针对明框、半隐框幕墙的结构抗震设计要高度重视弹性材料的使用。设计人员在设计时, 一般要对明框、半隐框幕墙板块间胶缝宽度进行严格控制, 一般要把胶缝宽度控制在12mm左右。

2.2 满足不同连接部位的构造要求

连接部位的设计是幕墙结构抗震涉及到的又一个重要内容。一般意义上不同部位的设计主要包含三个部位的设计, 一是立柱和横梁之间连接部位的设计;二是立柱与立柱之间伸缩缝的设计;三是对变形缝的处理。

(1) 立柱与横梁之间的连接。立柱与横梁之间主要是通过角码、螺栓进行连接, 在进行设计时重点要控制角码厚度, 角码厚度一般都要在3ram以下, 这样做是为了保证立柱能够承受住横梁的剪力。立柱与横梁之间应保持1mm的距离。

(2) 立柱与立柱之间的连接。立柱与立柱之间连接部位的选择主要是对伸缩缝的设计。在幕墙设计中, 两根立柱之间的缝隙距离一般要保持在15mm左右。两者连接时, 芯柱与立柱要紧密配合。

(3) 对变形缝的处理。变形缝在建筑物抗震中作用非常大, 效果非常显著。变形缝的设计要按照抗震设计规范进行严格设计, 设计过程中要保证龙骨间距离与变形缝一致。

3 结语

近些年来, 我国局部地区地震频繁发生, 地震给这些地区带来严重损失。作为抗震设计的重点, 建筑幕墙结构抗震设计越来越得到人们的重视。严格按照设计规范进行设计, 把握建筑幕墙的特点, 是科学设计的前提。在设计过程中要充分重视两个要求, 一个科学的设计一般都能满足不同幕墙体系的构造要求和不同链接部位的构造要求。加强这两个方面的设计是提升建筑幕墙结构抗震设计水平, 保证建筑幕墙质量, 提升建筑物整体性能的关键。

参考文献

[1]龚文晔.关于建筑幕墙设计的问题与建议[J].河南建材, 2010, (11) .

[2]郭金花.关于我国建筑幕墙设计行业的深化发展[J].科技创新导报, 2010, (24) .

建筑幕墙抗震性能指标探讨 篇2

1 建筑幕墙抗震性能指标的具体内容

建筑幕墙抗震性能指标是通过对大量建筑结构模型模拟地震振动台试验研究成果的整理和分析, 在总结建筑幕墙振动台试验经验的基础上, 提出改进的建筑幕墙抗震性能评价指标, 即加速度放大系数指标和层间位移角指标。分析各指标沿建筑高度的分布规律, 探讨建筑幕墙抗震性能评价方法, 并对评价指标在工程设计和试验研究中的应用进行阐述。对建筑幕墙的抗震设计方法和抗震性能试验研究方法进行深入探讨, 并指出各方法的适用范围和优缺点。最后, 用改进的试验方法对建筑幕墙进行振动台试验, 利用新的指标来评价幕墙的抗震性能, 验证其有效性。

抗震规范是以“小震不坏、中震可修、大震不倒”为原则的, 这就是一个性能指标。由于我国的抗震设计是将小震下的地震力作为荷载参与计算, 使之达到“不坏”的标准。这种设计对于抵抗大地震并无多大益处, 甚至因为刚度太大而在大震情况下出现脆性破坏。但是又不能一下子全盘否定抗震规范, 否则就没有了标准, 在这种情况下, 一些专家提出了“性能设计”这个概念, 作为折中的处理方法。性能设计宜多考虑隔震减震技术。

基于抗震性能设计方法的特点是:使抗震设计从宏观定性目标具体量化, 建设单位或设计者可选择性能目标, 然后对确定的性能目标进行深入的分析论证再通过专家的审查。提出了当建筑结构采用抗震性能化设计时, 应根据抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性, 建筑使用功能和附属设施功能的要求、投资大小、震后损失和修复难易程度等, 对选定的抗震性能目标提出技术和经济可行性综合分析和论证的建筑抗震性能化设计的总原则。同时给出了建筑结构的抗震性能化设计3方面的要求:选定地震动水准、选定性能目标、选定性能设计指标, 建筑结构的抗震性能化设计计算应符合的具体要求。最然仅仅只是开始, 但新“抗规”向着差异化、抗震性能可量化的更加科学的设计方法迈出了可喜的一步。

2 相关抗震设防设计标准

建筑幕墙抗震性能指标是对建筑幕墙抗震性的进一步细化, 是保障人民生命安全的基本保障, 所以建筑幕墙抗震性能指标十分重要。关于建筑幕墙抗震性能指标的设定标准主要有四种, 下面, 我来向大家简单的介绍一下。

2.1 标准设防类

在幕墙抗震设防设计中, 要根据当地的抗震设防烈度来确定实际的抗震措施以及地震作用, 保证在遭遇到罕见地震影响时而不致于发生倒塌以及其他有可能会危害生命安全的情况。

2.2 重点设防类

在重点设防类中, 幕墙抗震设计要高于当地抗震设防烈度一度的要求, 进一步加强抗震措施。比如抗震烈度为8度, 在设计时应该按照9度以及以上标准来设计。在设计中注意基础的抗震措施设置, 符合相关的规范。

2.3 特殊设防类

同样在幕墙抗震设计时, 要高于当地抗震设防烈度一度的要求进行设置。但当烈度为9度时, 要按照比9度更高的要求采用措施。应该按照高于当地抗震设防烈度要求确定地震作用。

2.4 适度设防类

在幕墙抗震适度设防中, 可以低于当地抗震设防烈度要求采取抗震措施, 最低不得低于6度, 一般还是根据当地抗震设防烈度确定地震作用。

通过2008年汶川地震, 对我国目前的建筑幕墙设计进行了一次最有效考验, 通过实践, 我们要认真总结地震灾害的特点, 对相关设计标准进行重新规定与设计, 在施工过程中严格按照相关规范要求进行。对于灾后重建工作, 这些研究更是具有现实意义。在面临如此严重破坏时, 除了要研究地震本身的发生特点, 还要对建筑结构本身的特点进行反思, 对规范规定中的问题进行科学判断分析, 坚持实事求是的原则, 严格按照正确的规范执行。面对上文介绍的四种指标的制定方法, 我们要多加努力, 争取将这些方法运用到实际中去, 俗话说只有实践才是检验真理的一切, 只有通过实践我们才能找到问题、发现问题、解决问题, 我们要让我们百姓早日的住上安全舒适的房屋, 让我们的愿望早日实现。

我国建筑幕墙抗震性能指标中的问题的解决对于发展我国研究建筑抗震性是十分重要的, 我们要将这些建筑幕墙抗震性能指标探讨的方法运用到实践当中去, 我国建筑建造的质量以及效率才会有所提高, 我国建筑建造才会得到发展, 虽然与国外相比我们国家的建筑幕墙抗震性能指标还存在着许多的缺陷, 甚至是有许多致命的问题还未解决, 而且我们国家的建筑幕墙抗震性能指标的发展还是不够成熟, 不够稳定, 但是总的来说, 与前几年相比, 我们国家的建筑幕墙抗震性能指标发展的还是很迅速的, 并且其的发展前景还是很明朗的, 很光明的。相信, 通过我们工作人员的努力, 我们国家的建筑幕墙抗震性能指标发展的会越来越好的, 建筑幕墙抗震性能指标中的问题一定会得到有效的解决, 这样我国百姓才能住的放心, 住的舒心。

3 结论

建筑幕墙抗震性能检测技术 篇3

关键词：建筑幕墙,抗震性能,变形性能,时程分析法

1 概述

建筑幕墙近年来发展迅猛, 我国已经成为世界第一幕墙生产大国和第一幕墙使用大国, 建筑幕墙不仅可以通过不同的饰面材料及不同的结构满足建筑物的外装独特的艺术视觉效果, 而且具有保护建筑物、遮风、挡雨、隔声隔热、采光、通风、抗震等建筑功能, 与普通填充墙相比, 建筑幕墙具有建设速度快、结构质量轻、易维护的特点。建筑幕墙按照施工方式不同通常分为单元式幕墙和构件式幕墙;按照面板材料类型不同通常分为玻璃幕墙、金属板幕墙、建筑幕墙幕墙、人造板材幕墙、组合面板幕墙。此外, 目前还出现了智能幕墙、双层幕墙、光伏幕墙等新型高科技幕墙产品, 建筑幕墙是由面板与支承结构体系 (支承装置与支承系统) 组成, 可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力, 但不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙。

建筑幕墙设计时需要考虑建筑造型和建筑结构多方面的性能要求, 譬如力学 (强度、刚度及稳定性) 、防水、隔热、气密、防火、抗震和避雷等性能, 这些性能与使用功能和人身安全都有着密切关系, 建筑幕墙作为建筑物的外围护构件, 主要承受风荷载、自重及地震荷载。相比而言, 地震荷载较小, 但地震作用是动力作用, 对幕墙与主体结构的连接节点有较大的影响, 而连接点的破坏有可能引起幕墙的脱落、倒塌。因此, 对幕墙的抗震性能进行试验, 了解在地震作用下幕墙结构的变化情况很有必要。地震作用和结构抗震验算是建筑抗震设计的重要环节, 是确定所设计的结构是否满足最低抗震设防安全要求的关键环节。

由于地震作用的复杂性和地震作用发生的强度的不确定性, 以及结构和体形的差异等, 地震作用对建筑幕墙结构影响的计算方法也是不同的, 一个世纪以来, 幕墙结构地震反应计算方法也经历了一个由简到繁, 由片面到全面的发展过程, 1920年, 由日本大森房吉提出的静力法。即假设建筑物为绝对刚体, 结构所受的水平地震作用, 可以简化为作用于结构上的等效水平静力, 但这种方法的缺点就是没有考虑结构的动力特性, 认为地震时结构上任一点的振动加速度均等于地面运动的加速度, 这意味着结构刚度是无限大的, 即结构是刚性的。这是一种理想状态, 与实际情况有很大的差距, 所以这种方法就显得的比较片面;1943年美国皮奥特 (M.A.Biot) 发表了以实际地震记录求得的加速度反应谱, 提出的“弹性反应谱理论”, 由于反应谱理论正确而简单地反映了地震特性以及结构的动力特性, 从而得到了国际上广泛的承认。实际上到50年代, 反应谱理论已基本取代了静力法。目前, 世界上普遍采用此方法。大量的震害分析表明, 反应谱理论虽考虑了振幅和频谱两个要素, 但只解决了大部分问题, 地震持续时间对震害的影响始终在设计理论中没有得到反映。这是反应谱理论的局限性。时程分析法将实际地震加速度时程记录作为动荷载输入, 进行幕墙结构的地震响应分析。不仅可以全面考虑地震强度、频谱特性、地震持续时间等强震三要素, 还进一步考虑了反应谱所不能概括的其它特性。

我们目前研制的幕墙抗震模拟测试台就是在时程分析法的理论基础上, 开发研制的一套幕墙抗震模拟测试台, 该测试台在水平或垂直方向都可以灵活的布置执行机构, 采用SIEMENS的振动控制器和伺服控制器, 针对不同的地震等级, 产生不同的模拟测试效果。该模拟测试台具有推力大, 行程长, 能模拟极低频率的地震波, 从而可以客观的评价建筑幕墙的抗震能力。地震模拟试验台满足《建筑抗震试验方法规程》JGJ101的设备要求, 能够准确的复现各种地震波 (例如EI-Centro地震波, 人工合成的地震波等) , 用户只需根据试验要求及结构特点等因素, 在建筑物结构模型上布置数量不等的加速度和应力测点, 通过采集这些测点的地震反应 (加速度, 位移, 动应力) 来研究整体结构和主要构件在地震作用下的变形规律和受力状态。同时, 该地震模拟模拟试验台可按照客户的需求灵活定制, 并参考国内外地震模拟试验标准完成相应的地震模拟试验。例如GR-63-CORE ISSUE3、《高压开关设备和控制设备的抗震要求》GB/T 13540、《电工电子产品环境试验第3部分:试验导则地震实验方法》GB/T 2424.25等。

2 理论依据

2.1 样品要求

测试样品种类:一类采用铝板+玻璃 (方向为试验时的X方向) , 铝板采用3mm厚单层成型铝板, 玻璃采用6mm厚钢化玻璃;另一为建筑幕墙+玻璃 (方向为试验时的Y方向) , 建筑幕墙采用30mm厚花岗岩, 玻璃采用8mm厚钢化玻璃;为便于试验幕墙下部部分没有安装面板, 面板安装后的缝隙未注密封胶。试验框架的单个面安装幕墙。

2.2 幕墙与框架的连接

幕墙通过钢连接件、锚栓与主体结构 (试验框架的梁、柱) 相连接。连接点的设置为幕墙主龙骨与结构梁水平线相交的地方, 每一连接点由四个锚栓与主体联接。在结构柱处的转角部位, 考虑到锚栓安装的合理间隙, 连接点略作错位处理。锚栓选用的是进口产品, 梁部位的锚栓为M10, 柱部位的锚栓为M12, 施工时严格按照其产品的施工要求进行。

2.3 测点布置

试验时在模型框架梁及相应位置的幕墙外表面, 沿水平X向和Y向分别布置有10个加速度计, 共20个。

2.4 理论公式

惯性力:

弹性恢复力:

阻尼力:

运动方程:

采用结构动力学中的振型分解法, 多自由度线性体系的振动位移x (t) 可以表示为各振型下位移反应的叠加 (线性组合) 。

多自由度弹性体系在地震时质点所受到的惯性力就是质点的地震作用。质点上的地震作用为:

根据上式做成Fi (t) 随着时间变化的曲线, 即时程曲线。曲线上Fi (t) 的最大值就是设计用的最大地震作用。由于计算繁琐, 一般采用先求出每一个振型的最大地震作用及其的地震作用效应, 然后组合这些效应, 以求结构的最大地震作用效应。

最大地震作用在第j振型第i质点的水平地震作用绝对最大标准值:

求出j振型i质点上的最大地震作用后, 就可计算结构的地震作用效应Sj (弯矩, 剪力, 轴力, 变形) , 这里的Sj也是最大值。但任一时刻当某一振型的地震作用 (使其相应的效应) 达最大值时, 其他各振型的地震作用及效应并不一定也达到最大值。则结构总的地震作用效应近似采用“平方和开方”的方法确定, 即:

2.5 测试幕墙的抗震性能步骤

试验时, 在每一级地震波输入后, 输入白噪声随机波测定模型自振特性与动力反应。位移确定是通过对加速度测点的响应时程处理并进行积分变换对应加速度测点, 获得相对振动台台面运动的相对位移响应过程。

试验过程:分别沿X向、Y向输入人工波及EL-Centro地震波, 加速度分别为0.035g (7度小震) 、0.07g (8度小震) 、0.10g (7度中震) 、0.22g (7度大震) 、0.40g (8度大震) 、0.62g (9度大震) , EL-Centro波输入时, 加速度最大达到0.70g (9度大震强) 。共输入八级。模型加速度反应:X向人工波实测台面加速度最大值为0.612g, Y向人工波实测台面加速度最大值为0.675g, 相当于9度大震。X向EL-Centro波实测台面加速度最大值为0.707g, Y向EL-Centro波实测台面加速度最大值为0.696g, 相当于9度大震的加速度输入。在此阶段, 当Y向输入台面加速度0.67g人工波时, 框架模型加速度反应达到最大值为1.5g, 加速度放大2.24倍, 幕墙面内最大加速度反应达到2.02g, 加速度放大3.02倍。

模型现象:在第六级输入0.40g EL-Centro波后, 建筑幕墙有滑动现象;第七级输入0.62g人工波、EL-Centro波后, 建筑幕墙有滑动现象。通过观察模型结构变形情况及锚栓连接情况, 未发现幕墙连接节点有松动现象。

模型相对位移:在X向输入台面加速度0.708g EL-Centro波时, 框架模型顶部相对位移反应达到最大值2.97cm, 顶点位移与高度比值为1/168。幕墙最大相对位移反应达到3.006cm。

模型层间位移反应:在X向输入台面加速度0.708g EL-Centro波时, 框架模型顶部最大层间位移反应达到最大值2.457cm, 层间位移角为1/102。幕墙最大层间位移达到2.529cm。

2.6 数据处理

P-MA数据采集与分析仪将PXI总线和千兆以太网技术紧密结合, 构建出一个性能卓越的输入高达64通道的测试分析平台。PXI总线和千兆网相结合的数据传输与管理功能保证了64通道数据采集与传输的同步性, 实现多输入单输出 (MISO) 振动控制、多点多轴 (MIMO) 振动控制, 使系统具有优良的扩展性和可靠性。P-MA利用QX实时操作系统和机载板卡DSP, 构成了数据的实时分析处理和多种分析功能。通过控制系统对数值进行分析从而测出在该位移下的力, 并采集试验中结构的应变、位移数据, 进行数据对比演算处理。

2.7 试验数据对幕墙设计的理论指导

该试验环节是幕墙设计中十分重要的工作, 因作用在幕墙上的荷载有重力荷载、风荷载、雪荷载等, 此外还有使结构产生变形和内力的作用, 有地震作用、温度作用。如果取值过大, 所设计的结构尺寸会会偏大, 造成浪费;如果过小, 则所设计的结构不够安全。通过试验数据与幕墙标准要求的对比, 可以指导我们的设计人员在设计时选择一个切实可行的结构型式和结构体系, 加强薄弱部位的设计, 特别注意结构连接节点是否设计可靠, 尤其是不要遗漏结构焊缝、耳板、销轴、连接板的设计计算, 各种结构型式的受力特点, 必要时需考虑温度应力的影响。除此之外, 还应注意综合考虑多道防线设计, 尽量避免薄弱点的出现, 以及正常使用极限状态的验算等。幕墙是悬挂在主体建筑上的外围结构, 幕墙结构仅承受幕墙本身受到的荷载, 不能承受主体建筑传来的荷载。而幕墙结构所承受的荷载必须通过连接传给主体建筑, 并且应该适应主体建筑的变形。重视钢结构连接节点可靠性 (耳板、销轴、焊缝的计算等) ;有框幕墙及石材是挂在主体结构上, 其连接非常重要 (预埋件、螺栓、角码) ;隐框幕墙设计要谨慎, 玻璃下设托条, 结构胶设计计算及质量能得到可靠保证, 另因为钢结构的稳定计算要考虑φ值、长细比及平面外稳定, 通过改试验可以明确各种荷载传递路径与结构体系中各杆件所担负功能。尽量使荷载传递路径简捷。

3 小结

面对近年频发的地震灾害, 建筑结构安全越发引起高度重视, 幕墙作为建筑物的外围护结构, 其安全性更不容忽视, 我们一定要贯彻国家抗震规范, 做好幕墙抗震设计, 确保其完整和安全的使用功能。

参考文献

[1]建筑幕墙抗震性能振动台试验方法. (GB/T18575-2001) .

[2]吕西林, 周定松.考虑场地类别与设计分组的延性需求谱和弹塑性位移反应谱[J].地震工程与工程振动, 2004.

[3]胡晓, 禹莹, 王济, 张伯艳.装饰石材及其支撑结构抗震性能试验研究[J].工程抗震, 1999, (04) .

[4]马彩霞, 颜德姮.隐框玻璃幕墙反复荷载和振动台试验研究[J].建筑结构, 1998, (03) .

某大厦玻璃幕墙抗震性能动力试验 篇4

关键词：玻璃幕墙,抗震性能,动力试验,位移

1 工程简介

特立尼达和多巴哥社会发展大厦,位于特立尼达和多巴哥西班牙港,处于热带潮湿地震多发地带,属于地震设防区(Seismic Zone 3)。该工程共包括地上的2栋高层建筑,即A楼和B楼。其中A楼共16层,有4层裙楼,塔楼为16层,建筑高度约75 m;B楼共5层,建筑高度为30 m。该工程的外墙为上海美特幕墙有限公司生产的横明竖隐单元式玻璃幕墙,采用上海美特幕墙有限公司制造的单元式玻璃幕墙。这种单元式玻璃幕墙,是在工厂加工竖框,横框等部件,把这些部件拼装成单元组件框,再安装玻璃,形成单元组件。将单元组件运到工地后,可以直接安装固定在主体结构上;各个单元组件的上、下框(左、右框)与相邻单元组件通过对插组合,完成单元组件间接缝,形成整幅幕墙。

为满足当地关于玻璃幕墙抗震设防的要求(按照UBC 1997年),上海美特幕墙有限公司委托同济大学土木工程防灾国家重点实验室振动台实验室进行玻璃幕墙抗震性能试验。抗震试验按照美国建筑制造商协会的标准AAMA 501.6-01的规定进行水平推拉试验,以确定玻璃幕墙在地震极限状态的反应。

2 试验方法

2.1 试验依据

根据AAMA 501.6-01的有关规定,将幕墙试件安装在一个可产生水平相对平行运动的试验架上,用电液伺服作动器推拉下面(或上面)的滑动梁发生相对水平位移(模拟地震时幕墙受到主体结构的层间位移作用),对幕墙试件进行水平推拉动力试验。试验加载以层间位移为控制值,加载位移曲线由一系列幅值逐步增加的正弦波和稳定幅值的正弦波交替排列组成;开始时位移幅值为0,以0.8 Hz～0.9 Hz的频率加载至幅值为±75 mm,然后以0.4 Hz～0.5 Hz的频率加载至幅值为±150 mm。通过这样的水平推拉动力试验,来确定玻璃幕墙发生玻璃脱落时的地震层间位移值。

当幕墙试件在加载过程中发生玻璃脱落,相应玻璃脱落时的位移值就是所需确定的地震层间位移值;如加载过程中,未发生玻璃脱落,可以认为所需确定的地震层间位移值大于加载过程中的最大位移值。

2.2 试验装置

试验装置的示意图见图1,包括加载机构、Instron Schenck加载系统、反力墙和台座等。

该加载机构由两根钢柱和若干支撑,上、下滑动梁,摆动臂和调节支杆,导轨1,导轨2等组成;两根钢柱用螺栓固定在台座上,并用水平支撑和斜撑加强;导轨固定在钢柱上,上面的导轨1是用以确保上滑动梁只能沿一水平线(导轨1的中心线)做往复运动,下面的导轨2是用以确保下滑动梁只能在垂直面(导轨1,2形成的垂直面)内做往复运动,下滑动梁的位移大小可以由调节支杆的竖向位置来调整。

Instron Schenck加载系统包括电液伺服作动器、控制器和油泵等。本次试验所用的电液伺服作动器的最大推力为±630 kN,最大位移为±250 mm。

反力墙为钢筋混凝土墙,8 m高,2.2 m厚,承载能力为24 000 kN·m,用于安装电液伺服作动器,并提供反力。台座为钢筋混凝土厚板,用于固定加载机构等。

2.3 幕墙试件

实际工程的楼层高度为4 m,标准幕墙单元的尺寸为4 000 mm×1 450 mm(高×宽)。幕墙试件由委托方(上海美特幕墙有限公司)提供,数量为3个。

3 试验结果

3.1 试验过程和现象

在试验过程中,试件1、试件2和试件3均没有发生玻璃开裂等损坏现象,也没有发生玻璃脱落。

3个试件在位移作用下的变形情况相同。因为下面的插槽处对上面幕墙单元的上下运动、在垂直平面内的转动没有约束力,幕墙单元的框架刚度很大、它与上滑动梁的连接件刚度较小,所以试件可以通过固定在上滑动梁上的幕墙单元的整体转动(或摆动)来适应上、下滑动梁之间的相对位移。当位移很大时,幕墙单元框架的变形仍然很小,框架的节点处只有很小的拉开现象,安装在框架上的玻璃仍然保持完好。

3.2 试验结果分析

在试验过程中,试件1、试件2和试件3均没有发生玻璃开裂、玻璃脱落等现象。

由试验得到的3个试件的位移—时间曲线(以试件1为例)见图2,图3,图中的横坐标为时间(s),纵坐标为位移(mm)或位移比(%),位移或位移比的值为上、下滑动梁的位移测量结果的代数和。由于试件没有发生玻璃开裂、玻璃脱落等现象,各个试件发生玻璃脱落时的地震层间位移值大于上述最大位移值,它们的最小值为153 mm和4.14%,可以认为该组试件的玻璃脱落位移大于153 mm、位移比大于4.14%。

4 与国内有关幕墙规范标准的比较

对于国内规范《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》:

1)与本试验类似的都是采用拟静力法,检测原理是:安装上试件的横架在幕墙平面内沿水平方向进行低周反复运动,模拟受地震或风荷载时幕墙产生平面内变形的作用。

2)有区别的是试验的评判标准。此规范采用的是试件开始损坏时的变形值以及保持不损坏时的位移层间角,并以此给出了平面内变形性能分级表。此规范的加载周期略长,为3 s～10 s。

5 结语

由试验结果分析可知,如果对现实中一栋大厦的玻璃幕墙进行抗震安全性能分析,此试验的设计是否能更加符合实际情况,需要我们进一步的研究探讨。

参考文献

[1]GB 50011-2001,建筑抗震设计规范[S].

[2]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].

[3]JGJ 102-2003,玻璃幕墙工程技术规范[S].

[4]GB/T 18250-2000,建筑幕墙平面内变形性能检测方法[S].