4 平面内变形设计

平面内变形设计幕墙变形原因：受风力、地震作用（地震的震级分为十级）、温度作用、主体层间变形、主体沉降、重力……等的影响所致。

1、平面内变形性能分级建筑幕墙平面内变形性能以建筑幕墙层间位移角γ（或以不导致幕墙构件破坏的位移量与幕墙层高之比）为性能指标。

该指标应符合《建筑幕墙》GB/T21089-2007表21的要求。

2、平面内变形性能定级JG102-2003/4.2.6玻璃幕墙平面内变形性能，应按主体结构弹性层间位移角限值进行设计。

非抗震设计时，按表20取其1倍值；表20 主体结构楼层最大弹性层间位移角[θ[θe设防烈度取值）。

3、技术措施玻璃幕墙由面板和金属框架等组成，幕墙自身具有一定的变形能力，但其变形能力较小，幕墙构件不能承受过大的位移，只能通过弹性连接件来避免主体结构过大侧移的影响。

针对幕墙变形的原因采取措施。

（1）非抗震设计①幕墙与主体弹性连接a）框支承式幕墙立柱上端悬挂在主体结构（或连接件）上（5.5.3）。

上端支座为固定铰支座，下端支座为滑动铰支座或弹性铰支座；幕墙连接件与主体建筑（直接与预埋件）间的连接可为焊接（板式埋件），也可为螺栓连接（槽式埋件）；上、下立柱间预留伸缩缝δ；赵西安：δ≥ΔL.λ/ε+d；（δ≮15 mm）式中：ΔL----立柱温度变形（mm），ΔL=α.L.ΔT，一般小于10mm。

λ----实际伸缩调整系数，取0.7。

ε----密封胶延伸率。

d----安装误差（3mm）+主体压缩变形（3mm）=6 mm。

立柱、套芯配合间隙：前后0～0.5mm，左右0.5～1.0mm。

侧缝隙的核算：设跨距3500 mm，芯柱插入深度：（250－20）/ 2=115mm；外柱可产生侧向位移量：3500×（0.5～1.0）/ 115=15.22～30.44 mm；混凝土结构侧向最大变形：3500×（3×1/550）=19.09 mm；两者比较：-3.87～+11.35 mm，认可。

b) 变形特大时，设摇摆机构案例：武汉高铁车站，构件式明框玻璃幕墙，屋面由主体钢结构（桁、网架）支承，主体钢结构支承于大型钢筋混凝土柱顶上，屋面桁（网）架变形大，上下、左右均有位移，于是，幕墙结构与主体钢结构的连接采用摇摆机构，似图9-1，仅将“钢桁架”改为钢立柱即可。

幕墙使用钢（矩形管）立柱、横梁支承，钢立柱分为横断面较大的主钢立柱（数量少、间距大）和横断面较小、数量较多的次钢立柱；主钢立柱上端以摇摆机构与主体钢结构连接，下端以固定铰形式与主体混凝土结构连接（压弯式）；，主钢立柱间设主钢横梁，次钢立柱上端以“悬挂”形式与主钢横梁连接，下端以滑动铰形式与主体混凝土结构连接（拉弯式）。

a) b) B-B活动机构图9-1 三铰双摇臂结构示意图c) 框支承幕墙的钢支承可否焊接包括钢立柱与主体、钢横梁与钢立柱间可否焊接？应具体分析。

Ⅰ.构件的温度变形构件温度变化时，其长度、宽度尺寸发生变化，最大温度变形为：ΔL max=α.L.ΔT；式中：ΔT为材料年温差，ΔT=t emax-t emin+ρ1.I/αet emax为历年最高气温，按表4-19取；t emin为历年最低气温，按表4-19取；准确取值，应以结构合拢或形成约束时来确定其初始温度，与最高或最低温度的差值(其中包括构件表面吸热后的温度变化部分）作为温度差值（σT计算式中的温差取值也仿此）。

因幕墙通常与外界环境直接相邻，幕墙结构温度波动幅度要比主体结构的大，温度变化速度相对主体结构要快。

幕墙结构初始温度，所承受的最高（或最低）气温宜由小时平均气温确定；宜依据结构朝向和表面吸热性质考虑太阳辐射的影响。

ρ1.I/αe为太阳辐射热当量温度；ρ1为吸收系数，铝型材：银白色取0.75，古铜色取0.85；玻璃：白片取0.16，着色玻璃取0.64，阳光控制膜玻璃取0.36。

I为太阳辐射热或日照强度(W/m2)，按表4-19取；（《建筑结构荷载规范》条文说明）αe为构件外表面换热系数，取19 W/m2.K；幕墙结构最高（或最低）温度可在《建筑结构荷载规范》中最高（或最低）基本气温的基础上适当增大（或降低）后确定。

考虑结构朝向和表面吸热性质后，太阳辐射所应起的温度变化情况可按现行国家标准的相关内容确定。

无资料计算时ΔT也可取80℃。

注：“I”为最大日照。

Ⅱ.温度应力构件热伸冷缩受阻时，产生温度挤压应力σT。

σT=Δα.E.ΔTⅢ.如何判断构件产生了伸、缩受阻？应取实际发生的伸缩变形量与实际的间隙量相比较，根据构造判断。

玻璃面板一般不会受阻。

因按现行规范设计的玻缝，不小于10mm，一般不会与金属边框发生挤压。

如边长为3000mm的玻璃面板，温差80℃时，其膨胀量2.4mm，故玻璃的挤压应力不必计算。

Ⅳ.当玻璃面板伸、缩受阻时，应分析构件的应力例：设ΔT=80℃，则温差应力估算：浮法玻璃：σT=α.E.ΔT=1.0×10-5×0.72ｘ105×80=57.6＞28.0N/mm2；铝型材：σT=α.E.ΔT=2.4×10-5×0.70ｘ105×80=131.6＞85.5N/mm2；钢材材：σT=α.E.ΔT=1.2×10-5×2.06ｘ105×80=197.8＜215N/mm2。

混凝土：σT=α.E.ΔT=1.0×10-5×Eｘ80=……与其他应力组合，不能大于材料允许应力。

Ⅴ.变形问题钢构件与混凝土刚性连接，α的相对差Δα=（1.2-1.0）=0.2，则：相对变形：ΔL max=Δα.L.ΔT=0.2×10-5×L×ΔT=……注：构件内部有温差时也会产生温差应力。

例如玻璃，中央与边缘间有温差应力。

计算方法目前尚处于研究阶段，而且多数玻璃内部温差一般不大于15°，温差应力不起控制作用。

温度作用的影响一般通过建筑或结构构造措施解决，及对玻璃材料的处理(如磨边、倒角)，而不一一进行计算，实践证明是简单、可行的办法（见JGJ102-2003，5.1.3条文说明）②幕墙玻璃表面周边与建筑内、外装饰物之间留间隙玻璃幕墙的玻璃≮5mm（4.3.10）、全玻≮8mm（7.1.6），幕墙内侧≮35mm；③幕墙的玻璃板块及其支承结构不宜跨越主体结构的变形缝变形缝---温度缝、沉降缝、伸缩缝（4.3.13）。

若不可避免跨越建筑变形缝时，该部位的幕墙必须特殊设计，采取与主体建筑变形缝相匹配的构造措施；在与主体结构变形缝相对应部位设计的幕墙构造缝，应能适应主体结构变形的要求；在与变形缝两侧对应部位的幕墙，采取的构造处理方式各自能适应主体的位移。

幕墙内部：④幕墙玻璃（板块）间的接缝间隙≮10mm（4.3.9）。

核算：ωs=α.ΔT.b/δ+d c+d e式中：ωs——胶缝宽度（mm）；α——面板材料的线膨胀系数（1/℃）；ΔT——玻璃幕墙年温度变化（℃），可取80℃；δ——硅酮密封胶允许的变位承受能力；b——计算方向玻璃面板的边长（mm）；d c——施工偏差（mm），可取为3mm；de——考虑地震作用等其他因素影响的预留量，可取2mm。

⑤框支承式幕墙的立柱与横梁间预留伸缩缝预留伸缩缝(1.5mm)说明：结构设计时，对于框支式幕墙玻璃面板、采用螺栓连接的普通横梁和立柱、自平衡索桁架，沿纵向设有间隙允许有一定变形量，可以释放温度作用变形下的约束应力，因此可不考虑温度作用的影响；对于未采用滑动构造连接做法的幕墙支承结构（如平面索网、大跨索桁架）以及隐框幕墙的硅酮结构密封胶，均会因为温度作用产生附加内力与变形，此时宜考虑温度作用的影响。

⑥明框幕墙玻璃四周与框槽间的间隙：边隙；4.3.12 明框幕墙的玻璃边缘至边框槽底的间隙应符合下式要求：2c1[1+(l1/l2).(c2/c1)]≥μlim（4.3.12）式中：μlim——由主体结构层间位移引起的分格框的变形限值（mm）；l1——矩形玻璃板块竖向边长（mm）；l2——矩形玻璃板块横向边长（mm）；c1——玻璃与左、右边框的平均间隙（mm），取值时应考虑1.5mm的施工偏差；c2——玻璃与上、下边框的平均间隙（mm），取值时应考虑1.5mm的施工偏差。

注：非抗震设计时，应根据主体结构弹性层间位移角限值确定；抗震设计时，应根据主体结构弹性层间位移角限值的3倍确定。

侧隙；9.5.2 单层玻璃与槽口的配合尺寸（图9.5.2）应符合表9.5.2的要求。

单层玻璃与槽口的配合示意表9.5.2 单层玻璃与槽口的配合尺寸（mm）玻璃厚度(mm) a b c5～6 ≥3.5 ≥15 ≥58～10 ≥4.5 ≥16 ≥5不小于12 ≥5.5 ≥18 ≥59.5.3 中空玻璃与槽口的配合尺寸（图9.5.3）应符合表9.5.3的要求。

表9.5.3 中空玻璃与槽口的配合尺寸（mm）中空玻璃厚度（mm）a bc下边上边侧边6+da+6 ≥5 ≥17 ≥7 ≥5 ≥5 8+da+8及以上≥6 ≥18 ≥7 ≥5 ≥5注： da为空气层厚度，不应小于9mm。

中空玻璃与槽口的配合示意⑦隐框幕墙的玻璃附框与立柱横梁间为活动连接例略。

⑧结构胶缝厚度适应变形玻璃板块的结构胶缝的厚度适应变形要求（不被破坏），硅酮建筑密封胶的施工厚度应不小于5（6）mm。

计算：t s≥u s/（3.δ）（5.6.5-1）u s=η.[θ].h g（5.6.5-2）式中：t s——硅酮结构密封胶的粘接厚度（mm）；（适应变形不被破坏）u s——主体结构侧移影响下，硅酮结构密封胶沿厚度方向产生的剪切位移值（mm）；η——硅酮结构胶厚度方向剪切位移影响系数，取0.6；[θ]——风荷载或多遇烈度地震标准值作用下主体结构的楼层弹性层间位移角限值(Δu / h)（rad）；h g——玻璃面板高度（mm），取其边长a或b；δ—硅酮结构密封胶拉伸粘接性能试验中受拉应力为0.14N/mm2时的伸长率。

1——玻璃；2——垫条；3——结构硅酮密封胶；4——铝合金框（对照原公式：ts≥us1/[δ(2+δ)]-2），u s =θ.h g，略有降低。

式中：u s1---温差相对位移（mm）。

u s1=H.Δt.（d1－d2）；H---计算长度（mm）；Δt---年温差（℃）；d1---铝材温差变形量（mm）；d2---玻璃温差变形量（mm）；δ---结构胶变位承受能力，取对应于其受拉应力为0.14N/mm2时的伸长率，一般取12.5%。

⑨全玻幕墙7.1.2全玻幕墙的周边收口槽壁与玻璃面板或玻璃肋的空隙均不宜小于8mm，吊挂玻璃下端与下槽底的空隙尚应满足玻璃伸长变形的要求；玻璃与下槽底应采用弹性垫块支承或填塞，垫块长度不宜小于100mm，厚度不宜小于10mm；槽壁与玻璃间应采用硅酮建筑密封胶密封。