玻璃幕墙与门窗结构设计效果讨论

一、前言
　　玻璃幕墙是1985年以来末尾在我国运用的修建幕墒，它是在铝合金门窗的基础上随着高层修建的兴起而开展起来的轻质修建中心护结构。
　　我国2002年末尾实施新修订的{修建结构牢靠度设计一致规范  （GB 50068-2001）和《修建结构荷载规范》（GB50009-2001）及颈修建抗震设计规范》（GB 50011-2001）三项国度规范。幕墒与门窗作为对修建物理功用和人的平安运用有严重影响的修建中心护结构与构件，必需依照这些规范及其强迫性条文的要求停止结构设计计算，以保证其足够的牢靠度。
　　铝合金玻璃幕墙与门窗是世界上运用最为成熟和目前运用最为普遍的金属框架修建幕墒和门窗。我国《玻璃幕墒工程技术规范》（JGJ102-96）目前正在停止修订，《铝合金门窗工程技术规程》于2002年8月末尾编制，尚未有修建门窗工程设计规范。仔细总结国际外技术与阅历，对它们停止结构牢靠度设计研讨，正确编制我国的玻璃幕墒与门窗技术规范规范，以逐渐树立起各种资料及型式的修建幕墒与门窗结构牢靠度设计、评价实际体系，对我国修建幕墒与门窗工程实际和技术开展有着重要的理想意义和深远的历史意义。
　　二、修建结构牢靠度剖析与设计原理
　　1．结构的牢靠性
　　修建结构是组成工业与民用房屋修建包括基础在内的承重骨架体系，具必需满足的基本功用要求是：（1）平安性：在正常施工和正常运用时能接受能够出现的各种髯用：在设计规则的偶然事情发作时（如地震、火灾等）及发作后，仍能保收兵需的全体动摇性：（2）适刚性：在正常运用时具有良好的任务功用：（3）耐久性：在正常维护下具有足够的耐久功用。
　　结构的牢靠性是结构平安性、适用性和耐久性的统称，是结构在规则的时间内和规则的条件下，完成预定功用的才干。
　　2．结构的牢靠度
　　（1）结构的极限形状设计要求
　　影响结构牢靠性的各种随机要素可归结为二个均为随机变量的综合变量
即结构的作用效应S和抗力R，结构的功用函数Z=g（R，5）=R-S也是随机变量。当Z>0时，结构处于牢靠形状：当Z<0时，结构处于失效形状：当Z=R-S=0时。结构处于极限形状。结构的极限形状设计要求为：R- S>=O，即结构的抗力要大于等于其作用效应。
　　（2）结构的概率牢靠度
　　由于影响结构牢靠性的各种要素中荷载与作用的效应是变化不定的，结构的抗力R也是不确定的（构件资料功用不确定性、几何参数不确定性、计算形式不确定性），因此结构设计所要求的Z=R-S>=0的牢靠目的不能够相对保证，只能在一定的概率意义下满足，即P（R>=S）=P，是结构的牢靠概率。所以说，结构的牢靠度是结构牢靠性的定量描画，即结构在规则的时间内，在规则的条件下，完成预定功用的概率。而结构的失效概率Pf=1-PI。由于结构的失效概率普通为小概率事情，失效概率对结构牢靠度的掌握史为直观，所以工程结构牢靠度剖析普通计算结构失效概率。
　　3．结构的牢靠度剖析与设计
　　依据人对不同平安等级的修建结构的基本功用要求，在一定的设计基准期内对结构和构件及其衔接在不同的设计比况（耐久状况、持久状况、偶然状况）下，区分停止正常运用极限形状和承载才干极限形状的概率牢靠度设计，以保证修建结构在具规则的设计运用年限内具有足够的牢靠度。
　　4、幕墙与门窗结构牢靠度设计的必要性和能够性
　　修建幕墒是由各种墙面板与支承体系  （支承装置与支承结构）组成的、不接受主体结构重力的修建中心扩墙体结构。门窗是房屋中心护结构启齿部位的功用性部件（组合构件）。幕墙与门窗是耐久性的修建非结构构件（修建中除承重骨架体系以外的固定构件和部件，主要包括非承重墙体等附着于主体结构的装饰构件和部件等）。因此，虽然《修建结构牢靠度设计一致规范》和《修建结构荷载规范》是适用于各种修建结构及构件的，但是思索到幕墙和门窗是对修建
物理功用、运用者和社会群众的平安有严重影响的中心扩结构和构件，而且其所受荷载作用及力学特点与修建主体结构相似，所以幕墙和门窗应该有必要而且可以依照上述《规范》和《规范》停止结构牢靠度设计及计算，但是要掌握非结构构件与主体结构构件的区别。
　　三、幕墙与门窗结构牢靠度设计剖析
　　1．幕墙与门窗设计运用年限与设计基准期
　　1）设计运用年限
　　GB 50068-2001对修建结构的设计运用年限规则分为4类
　　参照以上结构及构件的设计运用年限规则，思索幕墙及门窗是重要的耐久性非结构构件，  因此幕墙的设计运用年限应为25a，门窗设计运用年限应为10a。新修订的国度规范《铝合金门》和《铝合金窗》规则门窗重复启闭功用，门为10万次，窗为 1万次，就是参照日本工业规范JISA4706-1996《金属窗》的异样规则，依照门每天开启30次、窗每天开启3次的10a设计运用寿命确定的。
　　2）设计基准期
　　设计基准期是为确定结构所受的可变荷载及作用和与时间有关的资料功用取值而选用的时间参数，它不同等于结构的设计运用年限。玻璃幕墙与门窗是轻质、薄壁的修建中心护结构与构件，易受瞬间风的破坏，为确保其平安运用，均应按设计基准期为50a确定，即能接受50a重现期可变荷载及作用的最大值。我国《修建外窗抗风压功用分级及其检测方法》（GB7106-86）制定时，就是参照英国门窗设计风荷载规范规则，采用50a一遇瞬时风速风压为平安设计风荷载和相应的平安检测压力差值，并以此作为窗的抗风压功用分级值。
　　2．幕墙与门窗所受的荷载与作用
　　1）直接作用（施加在结构上的一组集中力或散布力）
　　①自重荷载：由地球引力发生的组成幕墙与门窗结构的构件资料重力，其规范值按设计谋寸与资料重力密度规范值计算。它是一种在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可疏忽不计的永世作用。工程设计时是将自重转化为按面积分
布的平均面积恒载N／M2）规范值。
　　②风荷载：是垂直作用于修建幕墙、门窗外表的水平方向风的速度压力，在设计基准期内量值随时间变化，或其变化与平均值相比不可疏忽不计的可变作用。幕墙与门窗的风荷载代表值有二种：1）规范值Wk2按 《健筑荷载规范》GB 50009）计算的围扩结构风荷载规范值，它是幕墙、门窗在其设计运用时期内能够出现的最微风荷载，其按设计基准期50a一遇出现的概率为2％，即风荷载不超越该最大值的概率（保证率）为98%o  2）频遇值Wd2是幕墙、门窗在其设计运用时期内时而出现的较微风荷载值Wd=0。4Wk，风荷载逾越频遇值的总继续时间T1与设计基准期T的比值为 Tl／T≤0．1，即概率为10％，相当于lOa一遇。
　　2）直接作用惹起结构外加变形或约束变形的缘由
　　①地震作用：是由地震动惹起的结构静态作用，依据《修建抗震设计规范》GB 50011-2001）规则，非结构构件的地震作用只思索由其自身重力发生的水平方向地震作用和支座间相对位移发生的附加作用。  a）常遇地震：属于可变作用，其地震烈度50a内逾越概率约为63％，重现期为50a。  b）设防烈度地震：其地震烈度50a内逾越概率约为10％，重现期为475a。C）罕遇地震：属于偶然作用，其地震烈度50a内逾越概率2％-3％，重现期约2 000a。
　　2温度作用：环境温度的变化使构件发生热胀冷缩的长度变化，当这种变化遭到约束时会发生应力。对这种可变作刚，工程中依据阅历采用结构方法处置时应按其最大值思索。《高层民用修建钢结构技术规程》GJ 99-98）对幕墙构件的温度作用按其最大作用计入，即组合值系数和分项系数均取1。0，温度作用效应的规范他按外地一年内的最大温差计算。
　　3．幕墙与门窗的作用效应与抗力
　　1）结构抗力与构件承载才干
　　①抗力是结构或构件及其资料接受作用效应的才干，如承载才干、刚度、抗裂度、强度等。抗力与作
用效应相对应，结构抵抗变形的才干即刚度也是一种结构的抗力。
　　②承载才干是构件所能接受的最大内力，或到达不适于继续承载的变形时的内力。
　　③强度是资料抵抗破坏的才干，即资料截面所能接受的最大应力。
　　2）结构抗力的层次
　　①全体结构抗力：如门窗幕墙全体结构接受风荷载的才干：
　　②构件抗力：如竖框构件在自重轴力和风压弯矩作用下的承载才干；
　　③构件截面抗力：构件截面抗弯、抗剪的才干；
　　4．幕墙与门窗结构体系的牢靠度与构件的牢靠度。