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點支式玻璃采光頂應用技術探討

來源:2010年會論文集  作者:王德勤  日期:2010-3-22
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摘要:本文從點式式玻璃采光頂的應用情況人手,從支承結構的分類、使用性能的分析到結構設計、面板設計進行了討論。特別是對于點支式玻璃采光頂的部分重要節點,處理方案和設計方法。并結合作者多年的實踐經驗和技術成果進行了深人的分析和細致的介紹。
關鍵詞:建筑玻璃采光頂,點支式支承,節點設計,排水天溝,玻璃梁支承結構點支式玻璃采光頂
  1 引言
  建筑玻璃采光頂在現代建筑中得到廣泛的應用,從民用建筑(詞條“民用建筑”由行業大百科提供)到工業廠房,從普通的連廊到大型商業公共建筑的共享空間,當人們需要自然光線,從建筑頂部照射時自然就想到了采光頂,特別在近年來隨著人們在對節能環保的重視,在建筑設計中大量采用了自然光線照明。

  近年來由于建筑工藝和技術的提高及新型建筑材料的發展和應用,使采光頂結構形式和使用的材料也越來越豐富起來,采光頂的造型也越來越多的溶人了藝術效果。從簡單的方、長方、圓等幾何形狀發展到了三維曲面的馬鞍形、橢球形、不規則曲面形和多種折線型等。(如圖1.1-1.4)
  由于近年來建筑采光頂和建筑幕墻(詞條“建筑幕墻”由行業大百科提供)一樣發展非常迅速,與之相對應的相關國家和地方標準、規范也都相繼出臺。如《建筑玻璃采光頂》jgt劣1— ⒛07,⒛08年9月又出版了《玻璃采光頂》國家建筑標準設計圖集。近期,新的《采光頂與金屬屋面技術規程》也將公布了,這就意味著對采光頂的整體要求更高,對各項物理性能的保證,對結構的安全性和采光頂產品生產已經有了系統化的管理和嚴格的規定。

  什么叫做玻璃采光頂呢?這是我們首先要明確的問題。在中華人民共和國建筑工業行 業標準《建筑玻璃采光項》JG/231-2007的“術語和定義”一節中規定:“ 面板為玻璃的屋蓋”就是建筑玻璃采光頂。“屋蓋是由屋面板與支承體所組成的與水平面的夾角小于75o的圍護結構和裝飾性結構的總稱。”這也就是說只要面板灶玻璃材料的,在使用時玻璃面板與水平面夾角小于75o無論支承結構(詞條“支承結構”由行業大百科提供)的形式是怎樣的,無論支承結構的材質是什么都稱之為玻璃采光頂。由于玻璃采光頂內容涵蓋太廣,本文中所討論的只是在點支承結構形式,玻璃采光頂應用技術中的部分問題。

  2 點支式玻璃采光頂建筑設計時需要考慮的問題
  2.1 玻璃采光頂的分類
  根據標準的規定,建筑玻璃采光頂通常可按玻璃面板的支承方式分類,也可以按支承結構進行分類,還可以按是否開合進行分類。其分類方式如下:

  2.1.1 按玻璃面板的支承方式可分為:框架支承方式;如:明框、隱框或半隱框支承玻璃采光頂;點支式支承方式;如:鋼爪打孔式、夾板固定式、點支承玻璃采光頂;

  2.1.2 按支承結構可分為:鋼結構、索桿結構、鋁合金結構、玻璃梁結構;

  2.1.3 按工合分為非開合、可開合式玻璃采光頂。

  2.2 點支式玻璃采光頂常見的結構形式
  點支式玻璃采光頂的名稱是按玻璃面板的支承方式來命名的,也就是說面板的全部荷載是通過各個支點傳遞給支承結構的。在工作狀態時是由支承結構來承擔各支點傳遞來的荷載。那么,只要支承結構有足夠的強度,能夠承擔傳遞過來的荷載而不產生過大的變形(詞條“變形”由行業大百科提供),就視為可行。所以在實際應用中點支式玻璃采光頂的支承結構形式很多。建筑師可以根據建筑風格的不同、建筑所處的環境的不同,選擇最適應的建筑效果的支承結構形式。常見的點支式玻璃采光頂用支承結構的形式有:

  1)鋼結構支承、鋼桁架(詞條“鋼桁架”由行業大百科提供)支承、鋼網架支承、鋼梁支承、鋼拱架支承等;

  2)索結構支承:魚腹式索桁架支承、輪輻式索結構支承、馬鞍型索結構支承、張弦梁拱結構、空間索網、單層索網結構等;(如圖2.1-2.3)
  3)玻璃梁支承:鋼結構與玻璃梁復合式支承,索結構與玻璃梁復合支承,玻璃梁與其它材質的梁復合支承等。(如圖2.4)

  2.3 物理性能及功能
  采光頂的建筑設計分別由設計院的建筑師和幕墻生產廠商進行。設計院主要由建筑功能和建筑藝術的要求,對采光頂進行選型,確定主要形狀、板塊劃分、面板材料和性能、支承方式、支承結構的類型和布置,然后由幕墻廠商對這總體要求進行細化,作出深化設計和施工圖設計,并付諸實施。通常包括以下內容:

  1)確定采光頂的性能:抗風壓變形、氣密(詞條“氣密”由行業大百科提供)水密性能要求,按國家節能標準確定保溫隔熱遮陽等指標;

  2)設計排氣、排煙窗:當采光頂高度不大于12m時,可以采用自然排風、排煙;高度大于12m時,應采用機械排煙;

  3)排水設計:確定排水方案,布置排水通路,選擇屋面合適的坡度;

  4)防雷(詞條“防雷”由行業大百科提供)設計:除非周圍建筑能提供防雷保護,否則要設置獨立防雷系統;

  5)防火設計:對支撐鋼結構加設防火保護層,或加設噴淋設各;

  6)安全措施:主要考慮合理選用面板材料和設計合理的連接構造,防止面板破碎墜落傷人。

  7)遮陽設計:設置遮陽簾遮陽板;選擇手動、電動和智能化系統并進行控制系統設計。


  2.4 點支式玻璃采光頂的結構設計
  2.4.1 荷載和地震作用采光頂的荷載和地震作用的決定,原則上參照國家標準《建筑結構荷載規范》GB5O009和《建筑抗震設計規范(詞條“建筑抗震設計規范”由行業大百科提供)》GB5O011的規定。

  1)重力荷載
  作用于采光頂的自重、活荷載雪荷載,可按荷載規范的規定。對有可能積水的采光頂,尚應考慮50年一遇、20分鐘暴雨下的可能積水量。

  2)地震作用
  采光頂應考慮豎向地震作用和水平地震作用。對于面板和直接連結面板的支承結構,其地震作用按下式計算:

            Eh=5‰axG(水平地震作用)   (2.4.1a)
            Ev=3α maxG(豎向地震作用)  (2.4.2b)  
  其中,αmax為地震作用系數,由設計烈度決定,G為面板和直接相連的支承結構的自重。

  間接支承面板的支承結構,與主體結構一起,通過地面反應分析決定其地震作用。

  3)風荷載
  根據荷載規范的基本原則,作用于采光頂的風荷載可按下式計算:

             Wk=β uzusWr。(2.4.1.3)
  其中,W。為sO年一遇的基本風壓:uz為高度系數,均可按荷載規范采用。

  us為體型系數,可按規范采用。由于采光頂形狀復雜,受周圍環境影響顯著,宜進行風洞試驗來決定其數值。

  β為風的動力作用系數。對于面板和與面板直接相連的支承結構,β 取陣風系數(詞條“陣風系數”由行業大百科提供),其值按荷載規范取用;對于間接支承面板的支承結構,β 取風振系數βgz,宜采用動力分析方法決定。對于剛性支承結構,β z可近似取1.2~1.6;柔性支承結構,βz可近似取1.5~2.0。

  2.4.2 荷載和作用效應組合
  我國目前結構設計采用多系數的設計方法。荷載和作用效應的標準值應按荷載規范的規定進行組合,得出其設計值:

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專家介紹

 王德勤

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:北京德宏工程技術科研中心

技術職稱:教授級高工

專業:門窗幕墻標準編制、建筑玻璃與金屬結構設計與研究

專長:大型金屬屋面、雙曲面索結構點支承玻璃幕墻的產品開發、節點設計、施工技術研究與應用。在國內是最早進行點支式玻璃幕墻研發、推廣人之一。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2010-3-22/19826-1.htm
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