參照以上結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的設(shè)計使用年限規(guī)定,考慮幕墻及門窗是重要的持久性非結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 因此幕墻的設(shè)計使用年限應(yīng)為25a,門窗設(shè)計使用年限應(yīng)為10a。新修訂的國家標準《
鋁合金門》和《
鋁合金窗》規(guī)定門窗反復(fù)啟閉性能,門為10萬次,窗為1萬次,就是參照日本工業(yè)標準
JISA4706-1996《金屬窗》的同樣規(guī)定,按照門每天開啟30次、窗每天開啟3次的10a設(shè)計使用壽命確定的。
2)設(shè)計基準期
設(shè)計基準期是為確定結(jié)構(gòu)所受的
可變荷載及作用和與時間有關(guān)的材料性能取值而選用的時間參數(shù),它不等同于結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限。玻璃幕墻與門窗是輕質(zhì)、薄壁的建筑外圍護結(jié)構(gòu)與構(gòu)件,易受瞬間風(fēng)的破壞,為確保其安全使用,均應(yīng)按設(shè)計基準期為50a確定,即能承受50a重現(xiàn)期可變荷載及作用的最大值。我國《建筑外窗抗
風(fēng)壓性能分級及其檢測方法》(GB7106-86)制定時,就是參照英國門窗設(shè)計
風(fēng)荷載標準規(guī)定,采用50a一遇瞬時風(fēng)速風(fēng)壓為安全設(shè)計風(fēng)荷載和相應(yīng)的安全檢測壓力差值,并以此作為窗的抗風(fēng)壓性能分級值。
2.幕墻與門窗所受的荷載與作用
1)直接作用(施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力)
①自重荷載:由地球引力產(chǎn)生的組成幕墻與門窗結(jié)構(gòu)的構(gòu)件材料重力,其
標準值(詞條“標準值”由行業(yè)大百科提供)按設(shè)計尺寸與材料重力
密度標準值計算。它是一種在設(shè)計基準期內(nèi)量值不隨時間變化,或其變化與平均值相比可忽略不計的永久作用。工程設(shè)計時是將自重轉(zhuǎn)化為按面積分布的平均面積
恒載N/M2)標準值。
②風(fēng)荷載:是垂直作用于
建筑幕墻、門窗表面的水平方向風(fēng)的速度壓力,在設(shè)計基準期內(nèi)量值隨時間變化,或其變化與平均值相比不可忽略不計的可變作用。幕墻與門窗的風(fēng)荷載代表值有二種:1)標準值Wk2按 《健筑荷載規(guī)范》GB 50009)計算的圍擴結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載標準值,它是幕墻、門窗在其設(shè)計使用期間內(nèi)可能出現(xiàn)的最大風(fēng)荷載,其按設(shè)計基準期50a一遇出現(xiàn)的概率為2%,即風(fēng)荷載不超過該最大值的概率(保證率)為98%o 2)
頻遇值Wd2是幕墻、門窗在其設(shè)計使用期間內(nèi)時而出現(xiàn)的較大風(fēng)荷載值Wd=0.4Wk,風(fēng)荷載超越頻遇值的總持續(xù)時間T1與設(shè)計基準期T的比值為Tl/T≤0.1,即概率為10%,相當(dāng)于lOa一遇。
2)間接作用引起結(jié)構(gòu)外加
變形(詞條“變形”由行業(yè)大百科提供)或約束變形的原因
①
地震作用(詞條“地震作用”由行業(yè)大百科提供):是由地震動引起的結(jié)構(gòu)動態(tài)作用,根據(jù)《建筑
抗震設(shè)計規(guī)范》
GB 50011-2001)規(guī)定,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震作用只考慮由其自身重力產(chǎn)生的水平方向地震作用和
支座間相對位移產(chǎn)生的附加作用。 a)常遇地震:屬于可變作用,其
地震烈度50a內(nèi)超越概率約為63%,重現(xiàn)期為50a。 b)
設(shè)防烈度地震:其地震烈度50a內(nèi)超越概率約為10%,重現(xiàn)期為475a。C)罕遇地震:屬于偶然作用,其地震烈度50a內(nèi)超越概率2%-3%,重現(xiàn)期約2 000a。
2
溫度作用:環(huán)境溫度的變化使構(gòu)件產(chǎn)生
熱脹冷縮(詞條“熱脹冷縮”由行業(yè)大百科提供)的長度變化,當(dāng)這種變化受到約束時會產(chǎn)生
應(yīng)力。對這種可變作剛,工程中根據(jù)經(jīng)驗采用構(gòu)造方法處理時應(yīng)按其最大值考慮。《
高層民用建筑(詞條“高層民用建筑”由行業(yè)大百科提供)鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》GJ 99-98)對幕墻構(gòu)件的溫度作用按其最大作用計入,即
組合值系數(shù)和
分項系數(shù)均取1.0,溫度作用效應(yīng)的標準他按當(dāng)?shù)匾荒陜?nèi)的最大溫差計算。
3.幕墻與門窗的作用效應(yīng)與抗力
1)結(jié)構(gòu)抗力與構(gòu)件承載能力
①抗力是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件及其材料承受作用效應(yīng)的能力,如承載能力、
剛度、
抗裂度、
強度等。抗力與作用效應(yīng)相對應(yīng),結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力即剛度也是一種結(jié)構(gòu)的抗力。
②承載能力是構(gòu)件所能承受的最大
內(nèi)力,或達到不適于繼續(xù)承載的變形時的內(nèi)力。
③強度是材料抵抗破壞的能力,即材料
截面所能承受的最大應(yīng)力。
2)結(jié)構(gòu)抗力的層次
①整體結(jié)構(gòu)抗力:如門窗幕墻整體結(jié)構(gòu)承受風(fēng)荷載的能力:
②構(gòu)件抗力:如豎框構(gòu)件在自重軸力和風(fēng)壓
彎矩作用下的承載能力;
③構(gòu)件截面抗力:構(gòu)件截面抗彎、抗剪的能力;
4.幕墻與門窗結(jié)構(gòu)體系的可靠度與構(gòu)件的可靠度
結(jié)構(gòu)體系是由多個構(gòu)件組成的,整體結(jié)構(gòu)的失效是由單個構(gòu)件的失效引起的,由各個構(gòu)件的失效概率估算整體結(jié)構(gòu)的失效概率是結(jié)構(gòu)體系可靠度分析的主要內(nèi)容。然而,
承載力的驗算一般是針對構(gòu)件的,一般所說的結(jié)構(gòu)可靠度主要是指構(gòu)件截面的可靠度,它不等同于結(jié)構(gòu)體系的可靠度。應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的傳力路徑和失效路徑,分析各個構(gòu)件的各種失效模式中失效概率大而又對結(jié)構(gòu)體系的失效概率有明顯影響的主要失效模式,是掌握體系可靠度的關(guān)鍵。
5.幕墻與門窗的結(jié)構(gòu)特點與可靠度分析要點
1)幕墻與門窗的結(jié)構(gòu)特點
幕墻與門窗分別是懸掛和鑲嵌在建筑主體結(jié)構(gòu)框架上的連續(xù)性的墻體結(jié)構(gòu)和局部性的啟閉部件,都是由
脆性的
玻璃面板和延性的金屬構(gòu)件組成的完整的非承重結(jié)構(gòu)體系。幕墻與門窗傳遞自重及外部荷載作用的路徑基本是一樣的:玻璃面板——橫框架——豎框架——主體結(jié)構(gòu)。所不同的是幕墻的荷載作用最終是由豎框架的
錨固點以點傳遞方式傳至主體結(jié)構(gòu),而門窗的荷載作用最終是由四周邊框錨固點近似以線傳遞方式傳至洞口結(jié)構(gòu)。因而,幕墻的豎框(
立柱)和門窗的中橫框或中豎框就是幕墻和門窗結(jié)構(gòu)體系的主要受力構(gòu)件。如果主要受力構(gòu)件抵抗風(fēng)壓等作用變形的抗力不足則會造成玻璃面板的脆性破壞失效。
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