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6.1 玻璃


6.1.1 框支承玻璃幕墙单片玻璃的厚度不应小于6mm,夹层玻璃的单片厚度不宜小于5mm。夹层玻璃和中空玻璃的单片玻璃厚度相差不宜大于3mm。
6.1.2 单片玻璃在垂直于玻璃幕墙平面的风荷载和地震力作用下,玻璃截面最大应力应符合下列规定:
    1 最大应力标准值可按考虑几何非线性的有限元方法计算,也可按下列公式计算:
 最大应力标准值
系数
    2 最大应力设计值应按本规范第5.4.1条的规定进行组合;
    3 最大应力设计值不应超过玻璃大面强度设计值fg。
6.1.3 单片玻璃在风荷载作用下的跨中挠度,应符合下列规定:
    1 单片玻璃的刚度D可按下式计算:
 单片玻璃的刚度D
    2 玻璃跨中挠度可按考虑几何非线性的有限元方法计算,也可按下式计算:
 挠度
 挠度系数
    3 在风荷载标准值作用下,四边支承玻璃的挠度限值df,lim宜按其短边边长的1/60采用。
6.1.4 夹层玻璃可按下列规定进行计算:
    1 作用于夹层玻璃上的风荷载和地震作用可按下列公式分配到两片玻璃上:
 夹层玻璃
    2 两片玻璃可分别按本规范第6.1.2条的规定进行应力计算;
    3 夹层玻璃的挠度可按本规范第6.1.3条的规定进行计算,但在计算玻璃刚度D时,应采用等效厚度te,te可按下式计算:
 等效厚度
6.1.5 中空玻璃可按下列规定进行计算:
    1 作用于中空玻璃上的风荷载标准值可按下列公式分配到两片玻璃上:
        1)直接承受风荷载作用的单片玻璃:
 单片玻璃
    2 作用于中空玻璃上的地震作用标准值qEK1、qEK2,可根据各单片玻璃的自重,按照本规范第5.3.4条的规定计算;
    3 两片玻璃可分别按本规范第6.1.2条的规定进行应力计算;
    4 中空玻璃的挠度可按本规范第6.1.3条的规定进行计算,但计算玻璃刚度D时,应采用等效厚度te,te可按下式计算:
 璃刚度D
6.1.6 斜玻璃幕墙计算承载力时,应计入永久荷载、雪荷载、雨水荷载等重力荷载及施工荷载在垂直于玻璃平面方向作用所产生的弯曲应力。
    施工荷载应根据施工情况决定,但不应小于2.0KN的集中荷载作用,施工荷载作用点应按最不利位置考虑。
条文说明
6.1.1 幕墙玻璃面积较大,不仅承受较大的风荷载作用,且运输安装过程的工序较多,其厚度不宜过小,以保证安全。从近几年幕墙工程设计和施工经验来看,6mm的最小厚度是合适的。夹层玻璃和中空玻璃的两片玻璃是共同受力的,如果厚度相差过大,则两片玻璃受力大小会过于悬殊,容易因受力不均匀而破裂。
6.1.2-6.1.3 框支承幕墙玻璃在风荷载作用下,受力状态类同四边支承板,可按四边支承板计算其跨中最大弯矩和最大应力。此应力与其他作用产生的应力考虑分项系数进行组合后,不应大于玻璃强度设计值fg。
    玻璃板材的内力和变形采用弹性力学方法计算较为妥当,目前也有相应的有限元计算软件可供选择使用。但作为规范,为方便使用,也应提供简单、易行且计算精度可满足工程设计要求的简化设计方法。因此,本条对四边支承玻璃面板采用了弹性小挠度计算公式,并考虑与大挠度分析方法计算结果的差异,将应力与挠度计算值予以折减。
    原规范JGJ102-96中,在风荷载作用下玻璃面板的应力计算公式为:
 风荷载作用下玻璃面板的应力计算公式
    公式(6.1)是在弹性小挠度情况下推导出来的,它假定玻璃扳只产生弯曲变形和弯曲应力,而面内薄膜应力则忽略不计。弹性小变形理论的适用范围是:挠度df不大于玻璃板厚度t。
    当玻璃板的挠度df大于板厚时,按(6.1)式计算的应力比实际的大,而且随着挠度与板厚之比加大,计算的应力和挠度偏大较多。由于计算的应力比实际大得多,计算结果不能反映玻璃面板的实际受力和变形状态,也会增加材料用量,而且规范规定的应力控制条件也失去了意义。
    在原规范JGJ 102-96中,没有规定玻璃面板的挠度要求。实际上,与承载力设计一样,幕墙玻璃的变形设计也是幕墙设计的一个重要方面,因此,本次修订增加了该项内容。通常玻璃板的挠度允许值可达到跨度的1/60,对于跨度为1000mm、厚度为8mm的玻璃板,挠度允许值可达16mm,已为玻璃厚度的2倍,此时,按弹性小变形薄板理论计算的应力、挠度值会比实际值约大30%~50%。依此计算结果控制承载力和挠度,比实际情况偏严较多。
    为此,对玻璃板进行计算时,应对原规范JGJ 102-96的弹性小变形理论的计算公式,考虑一个折减系数η予以修正,即本规范表6.1.2-2。
    大挠度玻璃板的计算是比较复杂的非线性弹性力学问题,难以用简单公式表达,一般要用到专门的计算软件,针对具体问题进行具体计算分析。显然这对于常规幕墙设计是不方便的。
    英国B.Aalami和D.G.Williams对不同边界的矩形板进行了系统计算,发表于《Thin Plate Design For Transverse Loading》一书中。根据其大量计算结果,适当简化、归并以利于实际应用,选择了与挠度直接相关的参量θ为主要参数,编制了表6.1。表中,参数θ的量纲就是挠度与厚度之比:
 挠度与厚度公式
    按计算结果,η数值随θ下降很快,即按小挠度公式计算的应力和挠度可以折减较多,为安全稳妥,在编制规范表6.1.2-2时,取了较计算结果偏安全的数值,留有充分的余地。按表6.1.2-2对小挠度公式应力计算结果进行折减,不仅减小了板材厚度、节省了材料,而且还有一定的安全余地。同样在计算板的挠度df时,也应考虑此折减系数η(表6.2)。
 折减系数η
    上海市建筑科学研究院分别进行了玻璃板在均布荷载作用下的试验研究,得到了与表6.1.2-2取值相似的结果。
    从试验结果来看,玻璃破损是由强度控制的,钢化玻璃破坏时,其挠度甚至可达到跨度的1/30~1/40。因此,在满足基本构造要求的前提下,玻璃挠度控制条件不宜过严,以免限制了其承载力的发挥。对于四边支承的玻璃板,采用其短边边长(挠度)的1/60作为控制条件是合适的。由于在计算挠度时,采用风荷载标准值,同时又考虑大挠度影响对计算值加以折减,所以只要合理选用玻璃种类和厚度,应当是可以满足挠度限值要求的。
6.1.4 夹层玻璃由两片玻璃夹胶合片而成,在垂直于板面的风荷载和地震作用下,两片玻璃的挠度是相等的,即:
 夹层玻璃挠度公式
    因此,两片玻璃分配的荷载按其厚度立方的比例分配。
    由于夹层玻璃的等效刚度可近似表示为两片玻璃弯曲刚度之和:
D=D1+D2                  (6.6)
    所以计算夹层玻璃的挠度时,其等效厚度te。可按两片玻璃厚度的立方和的立方根取用。当然,也可分别按单片玻璃分配的荷载及相应的单片玻璃弯曲刚度计算挠度,所得结果是相同的。
    本条规定与美国ASTM E1300标准有关规定相同,并和上海市建筑科学研究院的试验结果比较一致。
6.1.5 中空玻璃的两片玻璃之间有气体层,直接承受荷载的正面玻璃的挠度一般略大于间接承受荷载的背面玻璃的挠度,分配的荷载相应也略大一些。为保证安全和简化设计,将正面玻璃分配的荷载加大10%,这与本规范编制组关于中空玻璃的试验结果相近,也与美国ASTM E1300标准的计算原则相接近。
    考虑到直接承受荷载的玻璃挠度大于按两片玻璃等挠度原则计算的挠度值,所以中空玻璃的等效厚度te考虑折减系数0.95。
6.1.6 斜玻璃幕墙还受到面外重力荷载的作用(自重、雪荷载、雨水荷载、检修荷载等),这些荷载也在玻璃中产生弯曲应力。通常这些荷载可作为均布荷载作用在玻璃上,按板理论计算其跨中最大应力σc。σc与风荷载应力σw进行组合后,其设计值不应大于玻璃的强度设计值fg。 
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玻璃幕墙工程技术规范 JGJ102-2003
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