浅谈玻璃幕墙结构设计计算

2022-09-11

正文:

1、前言

随着我国建筑技术的不断提高, 针对不同材质建造而成的幕墙不仅种类繁多, 而且其特性都有所偏重。不过, 所有的幕墙都有几种特性就是, 透明度、折射度以及隔音程度等。玻璃幕墙的结构设计综合其中几项特性, 并将其的特点最大化。文章从玻璃幕墙结构设计的特点出发, 就其的计算方法等方面进行设计研究, 并得出相关结论和相应对策。

2、玻璃幕墙结构设计

2.1 构造原则

由于玻璃功能的多样化, 在其充当结构材料和外围护结构时, 需要注意不同的地方。其一, 在玻璃结构用于外围的维护时, 可以单独使用或者通过次结构直接依附在主体结构上进行建造。当玻璃结构依附在主体结构上时, 节点结构必须能够承载主体结构由于各种各样原因发生移动时所产生的力, 玻璃结构与主体结构之间的连接必须紧密, 而且能够确保在三个方向上都能移动。

其二, 当玻璃结构作为施工材料使用时, 要注意当其与支撑结构协同进行工作, 同时, 还要考虑连接玻璃的铝合金或其他外框材料对于玻璃的挤压变形。更重要的是, 确保玻璃与连接件之间存在一定的空间距离, 避免发生形变时产生的挤压力使玻璃破损, 因此, 要注意玻璃边缘附加力的均匀性。

其三, 无论是作为外围护结构的玻璃结构还是作为建筑材料的玻璃材料, 在使用过程中, 都要注意材料的耐久性和相容性。在玻璃结构中存在大量不同性能, 可能相互之间起作用、起反应的有机材料, 因此, 在进行建造之前必须认真挑选有机材料, 必要时还要向生产厂家询问相容性, 尤其是在需要使用玻璃结构的密封胶的过程中, 更要注意这一点。

2.2 结构连接

在隐框玻璃幕墙中, 玻璃直接粘在周围的框架上, 并通过幕墙支撑点与横梁组成铝合金次框架连接于主体结构上。因此, 必须确保粘合剂的质量, 使其具有抗潮湿、耐光线、温度和微生物的特性。玻璃与周围框架粘合形成的次框架一般建议采用铝合金材质, 若采用钢材进行组装要注意与铝合金之间的腐蚀问题。

3、玻璃幕墙结构设计计算

在玻璃幕墙的结构设计过程中, 可以采用多种方式对玻璃进行计算。

3.1 容许应力设计

容许应力设计是将建筑过程中的多种不稳定因素视为稳定不变的数值加以计算, 如荷载、材料性能、截面特性、施工质量等。利用容许应力设计比较简单, 不用考虑具体施工过程发生的各种不稳定情况。但是, 在实际操作过程中, 它只能作为一个衡量标准, 不能恰当的反映玻璃的性能的, 同时用以与具体实际的数据进行对比的理想数据。因此, 为了考虑所有可能发生的情况安全系数通常为2.5-3。

3.2 极限状态设计

理想状态下对于玻璃结构设计计算是针对玻璃内的单个构件进行设计测量, 而在实际操作中, 由于玻璃强度的分布状况, 以及目前来说, 并没有容许单个构件破坏的设计理论, 很难将理想状态与实施情况相连接, 这给发展玻璃结构的设计方法带来极大的困难。因此这就要求破坏的玻璃单元构件具有一定的承载力, 不会从整体的结构中脱落。

极限状态设计法以概率理论为基础, 引进可靠度的概念, 并且用综合考虑荷载与抗力变异性对结构影响的数值来代表可靠度, 取代之前对于可靠度等于安全系数的误区。在理论结构设计中, 在以材料强度的数据为基础数据之上, 考虑在不同组合下的极限状态, 即用来测量单个构件对于整体结构稳定性的影响。其中, 需要考虑的方面包括, 能够抵制抗构件中的所有应力、限制位移、破坏玻璃本身的剩余承载力等。

3.3 根据断裂概率设计

根据断裂概率设计的方法综合了用于断裂力学评价和描述玻璃的强度, 以及荷载时间、荷载作用与范围等。通过进行试验比对可知, 由于这种测量方法考虑到长期的荷载作用下玻璃各面的应力的变化, 较容许应力设计法更加准确, 但在实际的操作过程中过于复杂, 不便操作。

4、玻璃幕墙结构设计计算的意义

进行幕墙建设过程大致可以分为三个阶段, 投标阶段、设计阶段以及施工阶段。无论在任何一个阶段, 进行结构设计计算都是非常有必要的, 它关系投资方的资金投入和施工方的基本成本。

其一, 在投标过程中, 需要施工方针对施工地点进行全面考察, 在考虑到幕墙建设过程中的各种问题之后, 进行结构构件截面、玻璃及金属板材厚度、转接件大小等的计算, 并填写相关投标书。

其二, 在设计阶段, 严格控制使用的材料, 避免与玻璃幕墙之间发生反应或腐蚀作用, 在对于结构构件截面、玻璃及金属板材厚度、转接件大小等进行认真的计算、设计的同时, 控制支出成本。这就需要考验每一个结构计算员的基本素质, 严格控制企业项目的支出成本, 提高企业的实际竞争力。

其三, 在进行实际的施工过程中, 要对设计过程中的图纸进行核实, 对于不完善之处要及时纠正。从运输用的钢支撑架、安装所需的吊装系统、卸料平台还是需要人工操作的工作平台, 都必须进行严格的安全检查之后才能进行使用, 对于没有合格证书的设备器材, 要及时退还厂家。施工过程中, 幕墙的具体施工如果不按照图纸上的计算方案进行施工, 就会在后期造成质量问题。

5、结束语

玻璃幕墙结构设计计算贯穿与项目建设施工的全过程, 在初期的实地考察投标过程到中期的设计过程再到后期的施工过程, 都需要严格参照前期的玻璃幕墙的结构计算数据。在进行实际的计算过程中, 大致可以采用容许应力设计、极限状态设计、根据断裂概率设计三种, 由于测量方法彼此之间存在较大差异, 因此在进行实际的操作过程中, 应该将三种方法结合起来进行测量, 确保测量数据的准确性, 保证施工的整体质量。

摘要：玻璃作为施工材料, 从装饰建筑设计脱离原本作为使用价值的窗户等, 开始成为一种装饰设计, 其中尤为突出的就是玻璃幕墙结构。利用玻璃本身的通透性建造幕墙, 使得建筑物具有美观性和安全性。除此之外, 由于玻璃本身的隔声性能、采光性能、抗风压性能等高性能特点, 玻璃幕墙在与其他材质制成的幕墙结构相比之下, 采用玻璃材质制成的幕墙更多。

关键词：玻璃幕墙,结构设计,计算方法