建筑幕墙玻璃面材的计算方法分析

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1、囹建筑幕墙玻璃面材的计算方法分析田炯何勇刘钧沈阳远大铝业工程有限公司摘要：玻璃幕墙之所以受到建筑师的青睐，成为现代化建筑的标志，最重要的原因是它的光学装饰性能。玻璃幕墙充分应用了玻璃的透光性、透明性、半透明性、折射性、反射性、多色性、光亮性、形状的多样性、安装结构的多样性等，目前还没有哪种围护材料具有如此丰富的装饰性能。本文从结构计算方法的角度对玻璃选用的经济性和合理性进行了初步讨论。关键词：玻璃；解析法：有限元Abstract：Whyisglasscurtailwallwelcomedbyarchite

2、ctsandcanbecomemodernconstructionsign?Thekeypointisitsopticdecorativeperformance．Theglasscurtainwallhasfullyappliedglass’Slighttransmission，transparency，translucence，refractiveness，reflectivity，pleochroism，brightnessperformance，aswellasglass’Svariousappea

3、rancesandinstallationstructure．Therehasnootherenclosurematerialthathassuchabundantperformance．Sowewilldiscusshowtochooserightglassmaterialfromstructuralcalculationmethods．Keywords：glass，analysismethod，finiteelement1前言20世纪80年代以前我国大陆还没有玻璃幕墙建筑，1984年建成的北京长城饭店

4、是我国大陆第一个采用玻璃幕墙的建筑。长城饭店采用银灰色镀膜玻璃，单元式组装明框幕墙，透光部分为中空玻璃，不透光部分为单层玻璃加保温层。此后玻璃幕墙如雨后春笋在我国大陆遍地耸立，有明框、有隐框，比较著名的建筑有京广中心大厦，57层，208m高，蓝灰色明框玻璃幕墙，这些幕墙无一不是采用玻璃为主要面材的幕墙，使用此种材料透光率好．外形美观靓丽。本文我们将就玻璃选用的经济性，从结构计算的角度进行对比分析。2分析讨论面材的计算可以根据简化的力学模型分别采用解析法和有限单元法来进行计算。对于支承形式和形状规则的矩形板

5、可以采用解析方法来进行计算，而对于支承形式和形状复杂的板可以采用有限单元法来进行计算。解析法即采用经典解析公式来进行计算。公式(1)、公式(2)是四边支承力学模型的弹性小挠度解析公式。四边支承简支板：板的应力：盯=一6mo)a2(1)￡‘板的最大挠度：“2譬(2)式中：m——弯矩系数，由玻璃的短边与长边a的比D值，按照JGJ102--2003(玻璃幕墙工程技术规范》表6．1．2—1选取；，tr一挠度系数，由玻璃的短边与长边之比a，的比值。按照JGJ102--2003(玻璃幕墙工程技术规范》表6．1．3选取

6、；∞——垂直于玻璃幕墙平面的风荷载，N／mm2；o一矩形玻璃板材短边边长，mm；D——玻璃的刚度，N·mm，见公式(3)。D2面E葡t3一(3)12f1哪21、。式中：542012．06整蕞鼻原饕燮专栏毫玻璃￡——玻璃的厚度，mm：妒——玻璃的泊松比，0．2：E一玻璃的弹性模量，N／ram2。对于在荷载作用下变形比较大的面材，要考虑大变形几何非线性的影响。当变形较大时玻璃抵抗变形不只是由板的弯曲刚度来抵抗，还要考虑在变形后板的拉伸刚度也会对抵抗变形起到很大的贡献。如图1所示，板发生变形后在两侧产生平衡力P

7、，大变形计算中就要考虑平衡力P的影响。图1因此在幕墙的计算中，对于玻璃都要考虑大变形几何非线性的影响。上面弹性小挠度解析公式在考虑大挠度的影响后变成公式(4)、公式(5)。板的应力：∥：—6mz—o矛叼t‘板的最大挠度：M=譬77(4)(5)式中刀为考虑了大变形后的折减系数。具体取值可以参见JGJ102--2003《玻璃幕墙工程技术规范》中相关章节。如果按照小挠度公式来进行计算，其变形会与实际值相差30％～50％。当采用有限单元法计算时对于大变形的面材同样要采用大变形几何非线性来进行计算。因此在选择有限元

8、软件计算时必须要了解软件是否具有非线性的功能。下面用计算实例，对比解析法与有限元计算方法的实际区别。例：上海市浦东新区(7度设防、设计基本地震加速度0．109)某建筑高120m，分格BxH=1．5mx3m．采用明框玻璃幕墙，基本风压W。=550N／m：．地面粗糙度C类，试设计幕墙面材。a)解析法计算：风荷载标准值为：Wk=-／39Z·胁1·／X：·Wo=1．572×1．2x1．838x0．55=1．907kN／m2式中：成厂一