玻璃采光頂結(jié)構(gòu)的荷載及組合(共15頁)

1、1、玻璃(b l)采光(cigung)頂結(jié)構(gòu)的定義(dngy)(1)屋蓋(roofsystem)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計術(shù)語和符號標準(GBT5008397)定義如下：在房屋頂部，用以承受各種屋面作用的屋面板、屋面梁或屋架及支撐系統(tǒng)組成的部件或以拱、網(wǎng)架、薄殼和懸索等大跨空間構(gòu)件與支承邊緣構(gòu)件所組成的部件的總稱。(2)屋面板(roofplate；roofboard；roofslab)定義如下：直接承受屋面荷載的面板。(3)玻璃采光頂定義如下：屋面板為玻璃的屋蓋。若以面板對地面傾角來分：幕墻指對地面傾角在75度-105度(90度15度)范圍內(nèi)的墻體；豎直的為一般幕墻，其它為斜幕墻(內(nèi)傾為75度90度，外

2、傾為90度-105度)。在90度15度范圍外均為屋蓋。建筑玻璃采光頂是屋面板為硅酸鹽系玻璃的屋蓋；(4)玻璃雨篷是非封閉式建筑玻璃采光頂；玻璃屋頂是封閉式建筑玻璃采光頂；玻璃采光頂承受的荷載包括自重、風荷載、活荷載、雪荷載。還應(yīng)考慮非對稱荷載的作用和效應(yīng)；必要時還需考慮冰荷載、積雪荷載、積水荷載的作用和效應(yīng)；此外還需考慮地震、溫度變化、地基變形等作用。風荷載是垂直作用于采光頂表面，自重、活荷載、雪荷載及其它荷載是采光頂水平投影面的荷載，荷載作用方向和分布是不同的，不能簡單的將計算結(jié)果相加，而必須轉(zhuǎn)換成同一作用方向與同一種分布的計算值后相加。當屋面平行地面且坡度較小時，風荷載往往不是主要的，承重

3、荷載是主要的；而在其它工況，風荷載與重力荷載大多數(shù)都是同一數(shù)量級，而建筑玻璃幕墻的風荷載往往是主要的，這是建筑玻璃采光頂和建筑玻璃幕墻的重大區(qū)別，這就決定了兩者結(jié)構(gòu)的區(qū)別，一般來說，建筑玻璃采光頂結(jié)構(gòu)比建筑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)更為復雜、種類更多，建筑玻璃采光頂結(jié)構(gòu)應(yīng)歸屬建筑屋蓋系統(tǒng)，不宜歸屬建筑幕墻系統(tǒng)。玻璃采光頂?shù)脑O(shè)計荷載(1)自重。包括玻璃桿件、連接件、附件等自重，自重是按構(gòu)件實際長度均勻分布的垂直作用于水平面的荷載，當缺乏資料時，可采用下列預估參數(shù)：當采用單層玻璃時：400N/m2。當采用中空、夾層玻璃時：500N/m2。(2)風荷載是垂直作用于采光頂表面的荷載，按下述公式計算：1)當重力荷載為

4、控制荷載，風荷載宜按(7111)式計算；(3)雪荷載是指采光頂水平投影面上的雪荷載，按GB50009的規(guī)定設(shè)計。其中第622條：設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)及屋面的承重構(gòu)件時，可按下列規(guī)定采用積雪(j xu)的分布情況：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利(bl)情況采用；屋架和拱殼可分別(fnbi)按積雪全跨均勻分布情況、不均勻分布的情況和半跨的均勻分布的情況采用；框架和柱可按積雪全跨的均勻分布情況采用。其他屋面形式對規(guī)范典型屋面圖形以外的情況，設(shè)計人員可根據(jù)上述說明推斷酌定。(4)活荷載是指采光頂水平投影面上的活荷載，按GB50009的規(guī)定。房屋建筑的屋面；其水平投影面上的屋面均布活荷載，應(yīng)按表1采用。屋

5、面均布活荷載，不應(yīng)與雪荷載同時組合。表1屋面(wmin)均布活荷載注：1)不上人的層面，當施工或維修荷載較大時應(yīng)按實際(shj)情況采用；對不同結(jié)構(gòu)應(yīng)按有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，將標準值作02kN/m2的增減。2)上人的屋面，當兼作其他用途(yngt)時，應(yīng)按相應(yīng)樓面活荷載采用。3)對于因屋面排水不暢、堵塞等引起的積水荷載，應(yīng)采取構(gòu)造措施加以防，必要時，應(yīng)按積水的可能深度確定屋面活荷載。(5)對承受活荷載的屋面玻璃活荷載的設(shè)計應(yīng)符合下列規(guī)定：對上人的屋面玻璃，應(yīng)按分布荷載和集中荷載最不利情況，分別計算點直徑為150mm的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)能承受垂直于玻璃為18kN的活荷載。對不上人的屋面玻璃，設(shè)計應(yīng)符合下列

6、規(guī)定：玻璃板中心1)與水平面夾角小于30的屋面玻璃，在玻璃板中心點直徑為150mm的區(qū)域內(nèi)，應(yīng)能承受垂直于玻璃為11kN的活荷載。2)與水平面夾角不小于30“的屋面玻璃在玻璃板中心直徑為150mm的區(qū)域內(nèi)應(yīng)能承受垂直于玻璃為05kN的活荷載。(6)屋面積灰荷載、施工和檢修荷載按GB50009第44和第45條選用。地區(qū)如何考慮沙荷載按專用工程技術(shù)規(guī)范設(shè)計。(7)冰荷載或其它特殊作用和荷載按專用工程技術(shù)規(guī)范設(shè)計。(8)應(yīng)按建筑抗震設(shè)計規(guī)范(GB50011)作抗震設(shè)計。有地震作用時，尚需考慮水平地震和豎向地震作用。根據(jù)對玻璃采光頂震害分析，在地震作用下玻璃采光頂震害有兩種類型：平面結(jié)構(gòu)型式的單坡、雙

7、坡、半圓采光頂，在橫向水平地震作用下，玻璃采光頂與柱頭連接破壞，玻璃采光頂?shù)撞渴軘D壓，跨度方向變形，雙坡、半圓屋脊處開裂，單坡跨中過度彎曲而破壞；在縱向水平地震作用下，玻璃錯動而掉落，桿件傾倒，支撐破壞，采光頂傾覆?？臻g結(jié)構(gòu)形式的錐體，在地震作用下玻璃采光頂與主支承體系的連接破壞，或主支承體系水平變形過大而使玻璃頂擠壓變形過大而破壞。這就是說，玻璃采光頂受地震作用的破壞情況是多種多樣的，有地震作用時，尚需考慮水平地震和豎向地震作用。(9)玻璃采光頂結(jié)構(gòu)與建筑物主體結(jié)構(gòu)密切相連，有些甚至與主體結(jié)構(gòu)不可分割或很難分割，結(jié)構(gòu)類型多且受力特性不同，其地震作用及其它作用的反應(yīng)各異，根據(jù)國家已頒布的標準和

8、規(guī)范，研究制定專用的規(guī)定。(10)剛性結(jié)構(gòu)體系可按一階彈性分析；柔性結(jié)構(gòu)體系宜按二階彈性分析；半柔性結(jié)構(gòu)按專用工程規(guī)范規(guī)定。一階彈性分析：不考慮結(jié)構(gòu)二階變形對內(nèi)力產(chǎn)生的影響，根據(jù)未變形的結(jié)構(gòu)建立平衡條件，按彈性階段分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移。二階彈性分析：考慮結(jié)構(gòu)二階變形對內(nèi)力產(chǎn)生的影響，根據(jù)位移后的結(jié)構(gòu)建立平衡條件，按彈性階段分析結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移。所謂彈性，是指假定結(jié)構(gòu)在彈性階段工作，以桿件為例，所謂一階分析，是指分析時力的平衡條件按變形前的桿件軸線建立，而二階分析中則按發(fā)生變形后的桿件軸線建立。圖(a)為一對稱單層框架及其荷載，圖(b)為由此框架柱脫離出來的半根柱及其荷載及按一階分析時的簡圖，圖(c

9、)為此半根柱按二階分析時的簡圖，圖(d)為圖(C)柱的隔離體。今擬用圖(b)和圖(C)來說明一階彈性分析和二階彈性分析結(jié)果的差別。按一階彈性分析時(b)的結(jié)果由材料力學得出：固定端A的最大彎矩：M1=Hh自由端的最大位移：6l=Hh3/(3EI)6l與H呈線性關(guān)系，與荷載P無關(guān)。求解此方程(fngchng)得柱的彎曲曲線方程y=y(x),可得6l1與荷載(hzi)呈非線性關(guān)系。固端彎矩與柱的軸力P有關(guān)。(11)建筑玻璃采光頂必要時還需進行剩余強度設(shè)計驗算(yn sun)和試驗?！笆Ｓ鄰姸取钡母拍钣腥龑右馑迹阂皇菍φ麄€結(jié)構(gòu)而言，當組成該結(jié)構(gòu)的一個或數(shù)個部件發(fā)生破壞時，盡管整個結(jié)構(gòu)沒有原來設(shè)計的最

10、大承載能力，但不會發(fā)生結(jié)構(gòu)的整體破壞，整體結(jié)構(gòu)仍然具有可以接受的最低安全水平。二是最低安全水平維持的時間，要能夠滿足恢復整體結(jié)構(gòu)達到正常安全水平的要求。三是結(jié)構(gòu)承受疲勞荷載的情況下，裂紋擴展后的剩余強度能否承受規(guī)定的使用荷載。3、玻璃采光頂荷載組合依照GB50009323條、325條及說明建議如下：(1)對于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計值s應(yīng)從下列組合值中取最不利值確定：1)由可變荷載效應(yīng)控制的組合(3231)效應(yīng)組合。3)當考慮以豎向的永久荷載效應(yīng)控制的組合，參與(cny)組合有可變荷載僅限于豎向荷載。在承載能力極限狀態(tài)的基本組合中，公式（3.2.3-1）和(3.2.3-2)給出了荷載效應(yīng)組

11、合設(shè)計值的表達式，建立表達式的目的是在于保證在各種可能出現(xiàn)的荷載組合情況下，通過設(shè)計都能使結(jié)構(gòu)維持在相同的可靠度水平上。由公式（3.2.3-2）給出的由永久荷載效應(yīng)控制的組合設(shè)計值，當結(jié)構(gòu)的自重占主要時，考慮這個條件就能避免可靠度偏低的后果；雖然過去在有些結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中，也曾為此專門給出某些補充規(guī)定，例如對某些以自重為主的構(gòu)件采用提高重要性系數(shù)、提高屋面(wmin)活荷載的設(shè)計規(guī)定，但在實際應(yīng)用中，總不免有掛一漏萬的顧慮。采用公式（3.2.3-2）后，在撤消這些補漏規(guī)定的同時，也避免不安全度可能不足之后果。(2)基本組合的荷載分項系數(shù)(325條)，應(yīng)按下列規(guī)定采用：永久荷載的分項系數(shù)：a當其效

12、應(yīng)對結(jié)構(gòu)不利時對由可變荷載效應(yīng)控制(kngzh)的組合，應(yīng)取12；對由永久荷載效應(yīng)控制的組合，應(yīng)取135；b當其效應(yīng)對結(jié)構(gòu)有利時一般情況下應(yīng)取1.0；對結(jié)構(gòu)的傾覆、滑移或漂浮驗算，應(yīng)取09可變荷載的分項系數(shù)，一般情況下：SQlk應(yīng)取1.4；雪荷載可取0.7，風荷載可取0.6，活荷載可取0.7，其它及各種作用的分項系數(shù)按專用工程規(guī)范確定。分析表明，當永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)相比很大時，若仍采用yc二12，則結(jié)構(gòu)的可靠度遠不能達到目標值的要求，因此，在式(3232)中給出由永久荷載效應(yīng)控制的設(shè)計組合值中，相應(yīng)取G=1.35。分析表明，當永久荷載效應(yīng)與可變荷載效應(yīng)異號時，若仍采用yc=12，則結(jié)構(gòu)

13、的可靠度會隨永久荷載效應(yīng)所占比重的增大而嚴重降低，此時，yc宜取小于1的系數(shù)。但考慮到經(jīng)濟效果和應(yīng)用方便的因素，建議取G=1。而在驗算結(jié)構(gòu)傾覆滑移或漂浮時，一部分永久荷載實際上起著抵抗傾覆、滑移或漂浮的作用，對于這部分永久荷載，其荷載分項系數(shù)顯然也應(yīng)取用小于1的系數(shù)，規(guī)范對此建議采用G=09，而實際上在不同材料的結(jié)構(gòu)中，出于歷史經(jīng)驗的不同，對此也有采用更小的系數(shù)，以提高結(jié)構(gòu)抗傾覆、滑移或漂浮的可靠性。例如南嶺、武夷山脈以南及其它雪壓小的地區(qū)的玻璃采頂很有可能永久荷載效應(yīng)成為控制組合，則按由(3232)確定；而對高雪值區(qū)或風荷載大的地區(qū)玻璃采光頂，有可能可變荷載效應(yīng)成為控制組合，就要由(3231

14、)確定；(3)必須注意，給出的表達式都是以荷載與荷載效應(yīng)有線性關(guān)系為前提，對于明顯不符合該條件的情況，應(yīng)在各自結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中對此作出相應(yīng)的補充規(guī)定。這個原則同樣適用于正常使用極限狀態(tài)的各個組合的表達式中。(4)對于雪荷載敏感結(jié)構(gòu)，(例如(lr)輕型屋蓋，雪荷載遠遠大于結(jié)構(gòu)自重的結(jié)構(gòu))風荷載敏感結(jié)構(gòu)(例如剛度不大的結(jié)構(gòu)或柔性結(jié)構(gòu))應(yīng)在各自結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中作出相應(yīng)的補充規(guī)定。四撓度設(shè)計限制及材料強度設(shè)計值撓度的限值撓度限值的主要目的是防止支承結(jié)構(gòu)(jigu)過大變形引起面板玻璃的法向彎曲而導致破裂。而這種彎曲最終還是由每一分格的玻璃來承受。因此建議撓度雙控限值采用德國哈特曼公司的設(shè)計計算改進后的模式

15、(參考文獻三)。如下圖示意：玻璃(b l)采光頂?shù)牟Ａ屏训氖鹿瘦^多，有時把破裂玻璃換以新玻璃，照樣發(fā)生破裂，有些事故很有可能是設(shè)計組合不當、可靠度不夠所致。理論和實踐都說明：玻璃采光頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)有其自身的規(guī)律和特點，我們還了解不夠。本文是對目前正在編制建筑(jinzh)玻璃采光頂行業(yè)標準的初淺建議，拋磚引玉，僅供參考，不妥之處，請批評指正。參考文獻1建筑結(jié)構(gòu)(jigu)荷載規(guī)范GB5000920012建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJll320033(SYSTHERM FASSADENWHARTMANN&CO Statik一、采光(cigung)頂荷載計算1.玻璃采光頂?shù)暮奢d作用說明：玻璃采光頂承受的荷

16、載包括：自重、風荷載、雪荷載以及活荷載。(1)自重。包括玻璃、桿件、連接件、附件等的自重，可以按照以下值估算： 當采用單層玻璃（陽光板）時： 取400N/m2； 當采用中空及夾層玻璃時： 取500N/m2；(2)風荷載。是垂直作用于采光頂表面的荷載，按GB50009采用；(3)雪荷載。是指采光頂水平投影面上的雪荷載，按GB50009采用；(4)活荷載。是指采光頂水平投影面上的活荷載，按GB50009，對不上人屋面可按500N/m2采用； 在實際工程中，對上面的幾種荷載，考慮最不利組合，且雪荷載與活荷載不同時考慮。分項系數(shù)按以下參數(shù)取值： 永久荷載分項系數(shù)?。篻：1.2 風荷載的分項系數(shù)?。簑：

17、1.4 雪荷載的分項系數(shù)取：s：1.4 活荷載的分項系數(shù)?。篽：1.4 組合值系數(shù)為： 永久荷載組合值系數(shù)?。篻：1.0 風荷載的組合值系數(shù)取：w：0.6 雪荷載的組合值系數(shù)?。簊：0.7 活荷載的組合值系數(shù)取：h：0.72.風荷載標準值計算：按建筑(jinzh)結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001)計算： wk=gzzsw0 7.1.1-2GB50009-2001上式中： wk：作用在采光頂上的風荷載標準值( kN/m2)； Z：計算點標高：6m； gz：瞬時風壓的陣風系數(shù)； 根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算: gz=K(1+2f) 其中K為地區(qū)粗糙度調(diào)整系數(shù)，f為脈動系數(shù) A類場地: g

18、z=0.92(1+2f) 其中：f=0.387(Z/10)-0.12 B類場地: gz=0.89(1+2f) 其中：f=0.5(Z/10)-0.16 C類場地: gz=0.85(1+2f) 其中：f=0.734(Z/10)-0.22 D類場地: gz=0.80(1+2f) 其中：f=1.2248(Z/10)-0.3對于B類地區(qū)，6m高度處瞬時風壓的陣風系數(shù)： gz=0.89(1+2(0.5(Z/10)-0.22)= 1.857 z：風壓高度變化系數(shù)； 根據(jù)不同場地類型,按以下公式計算: A類場地: z=1.379(Z/10)0.24 當Z300m時，取Z=300m，當Z350m時，取Z=350

19、m，當Z400m時，取Z=400m，當Z450m時，取Z=450m，當Z30m時，取Z=30m；對于B類地區(qū)，6 m高度處風壓高度變化系數(shù)： B類：zB=1.000(Z/10)0.32= 0.849 s：風荷載體型系數(shù)，根據(jù)計算點體型位置取0.267； w0：基本風壓值( kN/m2)，根據(jù)現(xiàn)行GB50009-2001附表D.4(全國基本風壓分布圖)中數(shù)值(shz)采用，按重現(xiàn)期50年，洛陽地區(qū)取0.4 kN/m2； wk=gzzsw0 =1.8570.8490.2670.4 =0.168 kN/m22.風荷載設(shè)計值計算： w：作用在采光頂上的風荷載設(shè)計值( kN/m2)； wk：作用在采光頂

20、上的風荷載標準值( kN/m2)； w=1.4wk =1.40.168 =0.235 kN/m23.雪荷載標準值計算： Sk：作用在采光頂上的雪荷載標準值( kN/m2) S0：基本雪壓，根據(jù)現(xiàn)行GB50009-2001取值，洛陽地區(qū)50年一遇最大積雪的自重: 0.35kN/m2. r：屋面積雪分布系數(shù)，按表6.2.1GB50009-2001，為0.4。 根據(jù)GB50009-2001公式6.1.1屋面雪荷載標準值為： Sk=rS0 =0.40.35 =0.14 kN/m24.雪荷載設(shè)計值計算： S：雪荷載設(shè)計值( kN/m2)； S=1.4Sk =1.40.14 =0.196kN/m25.采光

21、頂構(gòu)件自重荷載設(shè)計值： G：采光頂構(gòu)件自重荷載設(shè)計值( kN/m2)； Gk：采光頂結(jié)構(gòu)平均自重取0. 4 kN/m2； G=1.2Gk =1.20. 4 =0.48 kN/m26.采光頂坡面活荷載設(shè)計值： Q：采光頂坡面活荷載設(shè)計值( kN/m2)； Qk：采光頂坡面活荷載標準值?。?00N/m2 Q=1.4Qk =1.4400/1000000 =0.56 kN/m27.選取計算荷載組合： 雪荷載與活荷載不同時考慮，按上面的計算結(jié)果，在本工程中取自重、活荷載和風荷載組合： 第一可變荷載為：活荷載 第二可變荷載為：風荷載所以，組合值系數(shù)依次為： 永久荷載組合值系數(shù)?。篻：1.0 風荷載的組合值

22、系數(shù)?。簑：0.6 雪荷載的組合值系數(shù)取：s：0 活荷載的組合值系數(shù)?。篽：1二、拋物線形采光頂桿件計算基本參數(shù)： 1：采光頂跨度：L=8100mm； 2：采光頂拱高：h=3800mm； 3：采光頂分格寬度：B=1200mm；拋物線形采光頂?shù)臈U件設(shè)計計算，應(yīng)采用雙鉸拱分析內(nèi)力（可近似采用三鉸拱分析），并按壓彎構(gòu)件驗算截面強度。計算模型如下：1.桿件荷載計算：(1)參數(shù)計算： ：計算截面處桿件與水平面的夾角： L：采光頂跨度(mm)； h：采光頂拱高(mm)； tan=4h/L =61.957 Ls：拋物線的弧長； Ls=(L2+3h2)0.5 =14535mm(2)荷載計算：計算取自重和風荷載設(shè)計值組合。 qA