大跨度玻璃房设计结构分析

大跨度玻璃房的设计与结构分析摘要：玻璃房子具有轻巧、晶莹的透射和反射性质，可以营造出明亮的室内光环境并达到建筑内外空间交融的效果，因而在现代建筑设计中越来越多的运用。玻璃作为建筑外围护，其结构的安全性、耐久性是首要考虑的问题。本文以实际工程设计为例，介绍了大跨度玻璃房的设计与结构分析过程。经过合理的设计，玻璃房实现了其相应的使用功能与安全防护作用。其中结构计算利用ansys 大型有限元分析软件进行静力分析，位移与应力结果均符合规范要求。

关键词：钢结构；钢化玻璃；安全性；结构分析

1引言

作为现代建筑的象征，玻璃在国内外的建筑中得到了越来越广泛的应用。玻璃房子更具有轻巧、晶莹的透射和反射性质，可以营造出明亮的室内光环境并达到建筑内外空间交融的效果，因而也成为现代各类建筑设计的新宠。本文以实际工程设计为例，介绍大跨度玻璃房的设计与结构分析。

玻璃作为建筑外围护，其结构的安全性、耐久性是首要考虑的问题，玻璃房的设计也应与其相应的使用功能相适应，发挥其应有的安全防护作用。重点设计为玻璃房的物理安全性设计：除了按照工程的功能要求外，在设计时对地震设防按照7度进行了考虑，同时对面材、龙骨及连接系统均做了仔细计算，满足强度上设计的要求，并对关键构件进行了相宜的防腐处理，以延长其使用寿命。另

外，面材采用了钢化玻璃，耐撞击性能好。可以说，物理上的安全性通过以上措施是完全可以保障的。

2工程概况及玻璃房的设计

青岛某工程总建筑面积约 264.700m2，项目包含商业、办公、公寓式酒店等内容，见建筑效果图1。其中 t1 塔楼为办公楼，建筑最高标高147.2m，t2、t3 塔楼为公寓式酒店，建筑最高标高分别为 132.85m、100.90m。裙楼为商业建筑，高度为 25m。此工程结构设计的难点为裙楼的一些大跨度玻璃房，玻璃房骨架全部采用钢结构。本文选取最大跨度的玻璃房进行计算分析，详细阐述其设计与结构分析过程。

玻璃房钢结构由多榀钢管焊接的钢架组成，跨度为27m。顶面玻璃配置8mm+12a+8mm+1.52pvb+8mm钢化中空夹胶玻璃，侧面玻璃配置10mm+12a+8mm钢化中空玻璃。采用半隐框玻璃幕墙结构，玻璃顶面分格尺寸为1.5m×3m，立面分格尺寸为1.5m×2.8m。立面竖向龙骨为200×200×8mm镀锌钢龙骨后端设灯具槽和亚克力垫片，横龙骨采用60×60×4mm镀锌钢龙骨。设计应注意竖龙骨外设铝合金垫框，垫框与龙骨之间设计柔性垫片，中空玻璃横向通过硅酮结构胶与铝合金副框组合，并通过压板安装到幕墙横龙骨上，竖向通过压板之间将玻璃固定在垫框上，竖向压板设计200mm扣板。铝型材室外暴露处采用三涂氟碳喷涂处理，室内暴露处采用粉末喷涂处理，隐蔽位置的铝型材表面阳极氧化处理。

图1：建筑效果图

3玻璃房钢结构的计算分析

玻璃房钢结构高度范围从标高17m至25m，选取标高25m作为计算条件。钢柱底部刚接在土建结构梁上，钢梁端部铰接在土建结构梁上。安全起见结构分析中所有约束均采用铰接形式进行建模计算，布置见玻璃房模型图2、图3。利用ansys大型有限元分析软件进行结构计算和静力分析。

图2：玻璃房模型图图3：玻璃房模型图

=========================== 模型简化

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计算时，考虑工况如下：

工况一：顶面：风荷载＋地震荷载＋自重荷载

立面：风荷载＋地震荷载＋自重荷载

工况二：顶面：max{雪荷载or活荷载}＋自重荷载

立面：风荷载＋地震荷载＋自重荷载

将荷载乘以相应的分项系数进行组合计算，所受的荷载以均布荷载和集中荷载的形式施加在梁单元上。钢结构自重由ansys大型有限元分析程序自动计算。

=========================== 外部荷载

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本次计算工程标高为25米，地面粗糙度为b类；基本风压、雪压均按50年一遇采用，基本风压：w0=0.60kn/m2，基本雪

压:so=0.20kn/m2。

顶面玻璃面板最大负压：

wkp ＝βgzμsμzwo

＝1.659×(-0.7)×1.341×0.6

＝-0.9344 kn／m2

取wkp = -1 kn／m2

立面玻璃面板最大负压：

μs=μs1*0.8= -1.2×0.8= -0.96 wks ＝βgzμsμzwo

＝1.659×（-0.96）×1.341×0.6 ＝-1.281 kn／m2

立面玻璃面板最大正压：

μs ＝μs2*0.8＝1.0×0.8＝0.8

wks ＝βgzμsμzwo

＝1.659×0.8×1.341×0.6

＝1.0679 kn／m2

顶面面材自重g = 676 n/m2

立面面材自重g = 507 n/m2

雪荷载s0 = 200 n/m2

活荷载hk = 700 n/m2

地震荷载qek= 270 n/m2

积雪分布系数ur = 2

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分项系数：

应力计算时：

可变荷载分项系数γw= 1.4

地震作用分项系数γe= 1.3

永久荷载分项系数γg= 1.2

挠度计算时：

可变荷载分项系数xw = 1.0

永久荷载分项系数xg = 1.0

荷载组合系数：

可变荷载组合系数ψw= 1.0

地震作用组合系数ψe= 0.5

永久荷载组合系数ψg= 1.0

活荷载组合系数ψg= 0.7

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立面正风荷载标准值 wk = 1068n/m2

立面正风荷载设计值 w = 1495n/m2

立面负风荷载标准值 wk =-1281n/m2

立面负风荷载设计值 w =-1794n/m2

顶面玻璃自重荷载标准值 gk =676n/m2