某既有玻璃幕墙面板承载力和刚度计算与分析

所在地基本风压为 0.35kN/m ，基本雪
作用于幕墙上的风荷载设计值
分配，再通过 CECS:2001 标准公式计算
压为 0.6kN/m ，抗震设防烈度为 7 度，地
W——作用于幕墙上的风荷载设计
玻璃面板的最大应力。万成龙等[4] 在现
震峰值加速度为 0.1g，场地类型为 C 类。
有的光谱研究理论基础上，依据相关规
全状况，作者对上述幕墙中空玻璃面板
面板内外片应力均满足规范要求，玻璃
现阶段承载力和刚度进行计算分析。
建筑结构研究与应用
安徽建筑
程
面板中心最大挠度采用等效厚度方法算
得挠度值小于规范限值，表明现阶段该
2
荷载分析计算
本 节 详 细 列 举 玻 璃 面 板 A-1 承 载
幕墙玻璃面板承载力和刚度均满足规范
力和刚度的计算过程，玻璃面板 A-2 和
建筑结构研究与应用
安徽建筑
值（N/mm²）和 荷 载 组 合 的 设 计 值（N/
mm²）分别为：
①分配到外片玻璃的风荷载标准值
0.001 ×
②分配到外片玻璃的风荷载设计值
W 1 = 1.1W
t
t 13+t 23
= 1.1 ×
63
0.0015 ×
= 0.000825N/mm²；
63 + 63
③外片荷载组合
× 0.9567 =
2315347.704
1200
5.167mm < d f, lim =
= 20mm（规
60
和水平地震作用组合下，玻璃面板截面
计算结果显示中空玻璃面板的跨中
3.1承载力计算
按现行的玻璃幕墙工程技术规范要
求，查阅规范得到内、外片钢化玻璃强度
矩系数 m 为 0.0628，玻璃面板在风荷载
某既有玻璃幕墙面板承载力和刚度计算与分析
晨
(安徽体育运动职业技术学院，安徽
摘
作者简介：
程晨（1989-），男，安徽芜湖人，毕业于安徽建
筑大学结构工程专业，研究生，工程师，主要
从事工程管理、工程审计工作。
合肥
230051）
要：建筑玻璃幕墙面板承载力和刚度参数直接关乎到建筑幕墙的安全，参数计算结
果是否符合规范要求也是既有建筑幕墙安全性评估结论评定的重要依据之一。文章以
值（N/mm²）和 荷 载 组 合 的 设 计 值（N/
墙面区
设计值
外片
设 计 值 ：q 1 = φ ww 1 + φ e q E1 = 1 ×
W k2 = W k
计算值
= 1.1 ×
63
= 0.00055N/mm²；
63 + 63
3
1
截面弯曲应力（N/mm ）
面板
编号
求，分配到外片玻璃的荷载组合的标准
t 23
t 13+t 23
= 0.001 ×
63
= 0.0005N/mm²；
63 + 63
②分配到内片玻璃的风荷载设计值
W2 = W
t 23
t 13+t 23
= 0.0015 ×
63
= 0.00075N/mm²；
63 + 63
挠度限值
富余系数
11.375
84.0
85.2 %
5.167
20
74.2 %
要求。
上述文献内容中关于中空玻璃面板
玻璃面板 A-3 相关参数计算过程与玻
的计算研究多集中于热工性能和点支式
璃面板 A-1 相同，所以本节不再重复列
夹层面板承载力及刚度校核板块，未见
出玻璃面板 A-2 和玻璃面板 A-3 的计
关于框支承中空玻璃面板规格厚度及平
算过程。
面尺寸参数，对承载能力和刚度影响的
尺寸参数对面板承载力和挠度均有不同
厚度的增加，其承载力和刚度均有不同
程度的影响。具体如下：随着单片玻璃
程度提高，但刚度提高效果较承载力明
厚度的降低，其承载力和刚度均有不同
显 ；随 着 玻 璃 面 板 长 边/短 边 数 值 的 增
程度降低，但刚度降低效果较承载力显
加，其承载力和刚度均有不同程度降低，
标 准 值 ：q k1 = φ ww k1 + φ e q Ek1 =
1 × 0.00055 + 0.5 × 0.000061 =
0.000581N/mm²；
0.000825 + 0.5 × 0.000085 =
0.000868N/mm²。
2.4内片玻璃荷载计算
同 本 文 2.3 节 的 荷 载 分 配 理 论 计
这四个参数对中空玻璃热工性能的影
种 ；面板主要分格尺寸分为 1200mm×
8.2.9 条取风荷载分项系数为 1.5，所以
2
2
值，
59
作 用 在 幕 墙 上 的 风 荷 载 设 计 值 W=
1.5kN/m2。
2.2水平地震作用计算
中空玻璃面板规格参数表
面板编号
（长×宽）mm
厚度 mm
弹性模量
（N/mm2）
范要求。
提高效果显著。玻璃面板 A-3 与玻璃
3.2刚度计算
面板 A-2 内外片厚度规格相同，但平面
按现行国家规范《玻璃幕墙工程技
尺寸延长边增加 300mm（比例关系：A-
术 规 范》
（JGJ102-2003），正 常 使 用 状
3 板的长边/短边=1.5，A-2 板的长边/短
1 × 0.0005 + 0.5 × 0.000061 =
态下，幕墙构件的变形或挠度验算时，一
边=1.8），计算结果显示其承载力最小富
0.00053N/mm²；
般不考虑不同作用效应的组合，地震作
余 系 数 降 低 3%，挠 度 富 余 系 数 降 低
用效应相对于风荷载较小，不单独进行
4.5%，刚度（用挠度表征）较承载力降低
地震作用下结构的变形验算，因此玻璃
男等[3] 提出中空玻璃挠度计算时可以将
其等效厚度的方法看作一个整体进行挠
度计算，并且验证了该方法的可行性；通
过试验和理论计算分析得出《玻璃幕墙
工 程 技 术 规 范》
（JGJ102-2003）与《点
支 式 玻 璃 幕 墙 工 程 技 术 规 范》（CE⁃
CS127：2001）在 玻 璃 应 力 和 位 移 计 算
墙 3 种典型中空玻璃面板现阶段承载力
和挠度均满足规范要求，无需进行处理，
后期使用过程中应定期进行维护保养，
当发现异常情况（如玻璃破裂、密封性能
=
6 × 0.0628 × 0.000792 × 12002
×
36
0.9529 = 11.375N/mm² < f g =
失效、脱落等）时应及时进行有效处理。
度和平面尺寸参数对玻璃面板承载力和
数不进行折减。故此，本工程（封闭式建
刚度的影响。本文的研究成果可以为实
筑物）墙面负压区体型系数取值为 μ s1 =
际幕墙中玻璃面板设计选型及安全性评
1 + 0.2 = 1.2。
估环节中计算方法提供一定的参考价
1
按规范规定，玻璃面板风荷载标准
值应按下式计算，并且不应小于 1kN/m²
t 13+t 23
支承方
式
表2
2
按现行的玻璃幕墙工程技术规范要
W k1 = 1.1W k
位置
中空玻璃面板计算结果
2.3外片玻璃荷载计算
t 13
表1
0.00075 + 0.5 × 0.000085 =
0.000792N/mm2。
面板在风荷载作用下，玻璃面板跨中最
通过上述结算结果对比分析，玻璃
度均有不同程度的影响，随着单片玻璃
密度（kg/
m3）
A-1
1200×1500
6+12A+6
72000
2560
A-2
1200×1500
6+12A+8
72000
2560
A-3
1200×1800
6+12A+8
72000
2560
按现行的玻璃幕墙工程技术规范要
求，垂直于幕墙平面的分布水平地震标
准值可按式 q Ek = β E × α max × G k /A。
NFCR 标准中的默认情况。饶永[2] 提出
影响建筑室内冷热模式的主要参数为空
气湿度、空气温度、建筑外部气流和太阳
能辐射等四个方面，介绍了夏季传入室
内的主要热源，虽然玻璃幕墙可以大大
改善建筑能耗效果，但其由于光的反射
可能会导致其他建筑吸收，这样将产生
二次光污染，因此在具体工程中玻璃幕
墙的采用及选型应专门研究分析。赵佳
值。
W k = β gz × μ z × μ s1 × ω 0 =
工程概况
0.601kN/m² < 1kN/m²， 所 以 W k =
某既有玻璃幕墙工程标高为
1kN/m²。
2.1.2 玻璃面板风荷载设计值 W
公式的差别，并建议实际工程中应采用
18.6m，主体采用钢筋混凝土框架结构，
JGJ102-2003 规范进行内外片荷载的
明显。
③内片荷载组合
标 准 值 ：q k2 = φ ww k2 + φ e q Ek2 =
设 计 值 ：q 2 = φ ww 2 + φ e q E2 = 1 ×
60
跨中挠度（mm）
计算值
A-1
mm²）分别为：
①分配到内片玻璃的风荷载标准值
四边框
支承
最小富余系数
内片
算，分配到内片玻璃的荷载组合的标准
玻璃面板 A-2 与玻璃面板 A-1 平面分
格 尺 寸 相 同 ，但 外 片 玻 璃 厚 度 增 加
2mm，计算结果显示其承载力最小富余
84 N/mm²（6mm 厚后钢化玻璃设计值）
系 数 提 高 2.6%，挠 度 富 余 系 数 提 高
计算结果显示内片玻璃强度满足规
9.8%，表明刚度（用挠度表征）较承载力
著，建议工程造价允许的情况下，采用厚
但刚度降低幅度较承载力显著，因此玻
度较大的玻璃，可以有效提高玻璃承载
璃幕墙施工过程中应严格把控面板规格
力和刚度，以降低玻璃面板服役过程中
尺寸；
力：
②中空玻璃内片玻璃产生的最大应
σ 12 = ∩ 2
6mq 2 a 2
t 22
范中玻璃面板挠度限值）
最大挠度满足规范要求。
4
计算结果对比分析
通过上述理论公式计算得出玻璃面
板 A-1、玻璃面板 A-2 及玻璃面板 A-3
在风荷载及地震作用组合下，其承载力
和刚度计算结果，具体数值详见表 2 所
示。
承载力和挠度计算结果显示，该幕
2.1风荷载计算
相关研究，本文以某既有玻璃幕墙为案
2.1.1 玻璃面板风荷载标准值 Wk
例，对不同规格厚度的中空玻璃面板承
按现行国家标准《建筑结构荷载规
载力和挠度进行计算对比，得出现阶段
范》
（GB50009-2012）要求，视玻璃面板
该既有玻璃面板安全状况及不同规格厚
为直接承受风荷载的围护构件，体型系
璃面板设计选型及安全性评估环节中计算方法提供一定的参考价值。
中图分类号：TU227
文献标识码：A
关键词：建筑幕墙；中空玻璃；承载能力；刚度；理论计算
文章编号：1007-7359（2022）07-0059-03
DOI:10.16330/ki.1007-7359.2022.07.023
响，研究结果对实际工程设计0
87.8 %
3.195
20
84.0%
12.805
9.006
84.0
84.8 %
4.096
20
79.5%
12.407
A-2
A-3
大挠度计算结果如下：
3
承载力和挠度计算
df = ∩
μW k a 4
折减系数 ∩ 分别为 12.911 和 11.778，弯
=
D
0.00603 × 0.001 × 12004
某既有玻璃幕墙为案例，对该幕墙中不同规格厚度和平面尺寸的中空玻璃面板承载力
和刚度进行计算对比，分析得出现阶段该既有玻璃幕墙面板安全状况及面板不同规格
厚度和平面尺寸对玻璃面板承载力和刚度的影响，结果显示面板外片厚度增加有利于
提高面板承载力和刚度，面板单一方向平面尺寸的增加导致面板承载力和刚度下降，其
中面板厚度和平面尺寸对刚度的影响较承载力更显著，研究成果可以为实际幕墙中玻
建筑外立面采用全隐框玻璃幕墙，面板
γ w——风荷载分项系数。
范通过数值模拟的方法研究了间隔条暖
均采用双钢化中空玻璃，厚度规格分为
按现行国家标准《建筑结构可靠性
边、内部惰性气体、玻璃表面涂层及真空
（6+12A+6）mm 和（6+12A+8）mm 两
设 计 统 一 标 准》（GB50068-2018）第
最大应力计算结果如下。
力：
①中空玻璃外片玻璃产生的最大应
σ1 = ∩ 1
6mq 1 a 2
t 12
=
6 × 0.0628 × 0.000868 × 12002
×
36
0.984 = 12.407N/mm² < f g =
84 N/mm²（6mm 厚钢化玻璃设计值）
计算结果显示外片玻璃强度满足规
范要求。
1500mm 和 1200mm×1800mm 两 种 ，
参考意义。万成龙等 结合既有拉索玻
具体玻璃面板规格厚度及对应的分格尺
璃幕墙开展安全性评估案例，采用有限
寸见表 1 所示。该幕墙自建成至今已有
元分析方法计算案例中玻璃幕墙夹层面
15 年，为了解现阶段该幕墙玻璃面板安
板的承载力和刚度，计算结果显示玻璃
[5]
0
前言
中空玻璃面板由内、外两层玻璃和
间隔条系统组成，玻璃与间隔条（内部注
入分子筛）通过多道密封胶粘接而成，因
其具有节能保温、隔音及采光好等优点
而在工程中应用广泛。李会等[1] 提出中
空玻璃热传递性能的计算结果受玻璃边
界条件影响较大，分析了中、美标准计算
结果差异原因，对国内计算软件中边界
定 义 取 值 进 行 分 析 比 较 ，并 建 议 采 用