1、屋盖根据《建筑结构设计术语和符号标准》(gbt50083—97)定义如下:在房屋顶部,用以承受各种屋面作用的屋面板、屋面梁或屋架及支撑系统组成的部件或以拱、网架、薄壳和悬索等大跨空间构件与支承边缘构件所组成的部件的总称。
2、屋面板定义如下:直接承受屋面荷载的面板。
3、玻璃采光顶定义如下:屋面板为玻璃的屋盖。
若以面板对地面倾角来分:幕墙指对地面倾角在75度-105度(90度±15度)范围内的墙体;竖直的为一般幕墙,其它为斜幕墙(内倾为75度—90度,外倾为90度-105度)。在90度±15度范围外均为屋盖。建筑玻璃采光顶是屋面板为硅酸盐系玻璃的屋盖;
4、玻璃雨篷是非封闭式建筑玻璃采光顶;玻璃屋顶是封闭式建筑玻璃采光顶;玻璃采光顶承受的荷载包括自重、风荷载、活荷载、雪荷载。还应考虑非对称荷载的作用和效应;必要时还需考虑冰荷载、积雪荷载、积水荷载的作用和效应。
此外还需考虑地震、温度变化、地基变形等作用。风荷载是垂直作用于采光顶表面,自重、活荷载、雪荷载及其它荷载是采光顶水平投影面的荷载,荷载作用方向和分布是不同的,不能简单的将计算结果相加,而必须转换成同一作用方向与同一种分布的计算值后相加。当屋面平行地面且坡度较小时,风荷载往往不是主要的,承重荷载是主要的;而在其它工况,风荷载与重力荷载大多数都是同一数量级,而建筑玻璃幕墙的风荷载往往是主要的,这是建筑玻璃采光顶和建筑玻璃幕墙的重大区别,这就决定了两者结构的区别,一般来说,建筑玻璃采光顶结构比建筑玻璃幕墙结构更为复杂、种类更多,建筑玻璃采光顶结构应归属建筑屋盖系统,不宜归属建筑幕墙系统。玻璃采光顶的设计荷载。
(1)自重。包括玻璃杆件、连接件、附件等自重,自重是按构件实际长度均匀分布的垂直作用于水平面的荷载,当缺乏资料时,可采用下列预估参数:
当采用单层玻璃时:400n/m2。当采用中空、夹层玻璃时:500n/m2。
(2)风荷载是垂直作用于采光顶表面的荷载,按下述公式计算:当重力荷载为控制荷载,风荷载宜按(7.1.1.1)式计算;
(3)雪荷载是指采光顶水平投影面上的雪荷载,按gb50009的规定设计。设计建筑结构及屋面的承重构件时,可按下列规定采用积雪的分布情况:
①屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用;
②屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布的情况和半跨的均匀分布的情况采用;
③框架和柱可按积雪全跨的均匀分布情况采用。
④其他屋面形式
对规范典型屋面图形以外的情况,设计人员可根据上述说明推断酌定。
5、活荷载是指采光顶水平投影面上的活荷载,按gb50009的规定。房屋建筑的屋面;其水平投影面上的屋面均布活荷载,应按表1采用。屋面均布活荷载,不应与雪荷载同时组合。
注:1)不上人的层面,当施工或维修荷载较大时.应按实际情况采用;对不同结构应按有关设计规范的规定,将标准值作0.2kn/m2的增减。2)上人的屋面,当兼作其他用途时,应按相应楼面活荷载采用。3)对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载,应采取构造措施加以防,必要时,应按积水的可能深度确定屋面活荷载。
6、对承受活荷载的屋面玻璃.活荷载的设计应符合下列规定:
①对上人的屋面玻璃,应按分布荷载和集中荷载最不利情况,分别计算点直径为150mm的区域内,应能承受垂直于玻璃为1.8kn的活荷载。②对不上人的屋面玻璃,设计应符合下列规定:玻璃板中心
1)与水平面夹角小于30'’的屋面玻璃,在玻璃板中心点直径为150mm的区域内,应能承受垂直于玻璃为1.1kn的活荷载。
2)与水平面夹角不小于30“的屋面玻璃.在玻璃板中心直径为150mm的区域内.应能承受垂直于玻璃为0.5kn的活荷载。
7、屋面积灰荷载、施工和检修荷载按《gb50009》第4.4和第4.5条选用。地区如何考虑沙荷载按专用工程技术规范设计。
8、冰荷载或其它特殊作用和荷载按专用工程技术规范设计。
9、应按《建筑抗震设计规范》(gb50011)作抗震设计。有地震作用时,尚需考虑水平地震和竖向地震作用。根据对玻璃采光顶震害分析,在地震作用下玻璃采光顶震害有两种类型:
①平面结构型式的单坡、双坡、半圆采光顶,在横向水平地震作用下,玻璃采光顶与柱头连接破坏,玻璃采光顶底部受挤压,跨度方向变形,双坡、半圆屋脊处开裂,单坡跨中过度弯曲而破坏;在纵向水平地震作用下,玻璃错动而掉落,杆件倾倒,支撑破坏,采光顶倾覆。
②空间结构形式的锥体,在地震作用下玻璃采光顶与主支承体系的连接破坏,或主支承体系水平变形过大而使玻璃顶挤压变形过大而破坏。
这就是说,玻璃采光顶受地震作用的破坏情况是多种多样的,有地震作用时,尚需考虑水平地震和竖向地震作用。
10、玻璃采光顶结构与建筑物主体结构密切相连,有些甚至与主体结构不可分割或很难分割,结构类型多且受力特性不同,其地震作用及其它作用的反应各异,根据国家已颁布的标准和规范,研究制定专用的规定。
11、刚性结构体系可按一阶弹性分析;柔性结构体系宜按二阶弹性分析;半柔性结构按专用工程规范规定。
一阶弹性分析:不考虑结构二阶变形对内力产生的影响,根据未变形的结构建立平衡条件,按弹性阶段分析结构内力及位移。
二阶弹性分析:考虑结构二阶变形对内力产生的影响,根据位移后的结构建立平衡条件,按弹性阶段分析结构内力及位移。
所谓弹性,是指假定结构在弹性阶段工作,以杆件为例,所谓一阶分析,是指分析时力的平衡条件按变形前的杆件轴线建立,而二阶分析中则按发生变形后的杆件轴线建立。图(a)为一对称单层框架及其荷载,图(b)为由此框架柱脱离出来的半根柱及其荷载及按一阶分析时的简图,图(c)为此半根柱按二阶分析时的简图,图(d)为图(c)柱的隔离体。今拟用图(b)和图(c)来说明一阶弹性分析和二阶弹性分析结果的差别。
按一阶弹性分析时(b)的结果由材料力学得出:
固定端a的最大弯矩:m1=hh
自由端的最大位移:6l=hh3/(3ei)
6l与h呈线性关系,与荷载p无关。求解此方程得柱的弯曲曲线方程y=y(x),
12、建筑玻璃采光顶必要时还需进行剩余强度设计验算和试验。
“剩余强度”的概念有三层意思:
一是对整个结构而言,当组成该结构的一个或数个部件发生破坏时,尽管整个结构没有原来设计的最大承载能力,但不会发生结构的整体破坏,整体结构仍然具有可以接受的最低安全水平。
二是最低安全水平维持的时间,要能够满足恢复整体结构达到正常安全水平的要求。
三是结构承受疲劳荷载的情况下,裂纹扩展后的剩余强度能否承受规定的使用荷载。
未完待续。