玻璃采光顶结构的荷载及组合

玻璃采光顶结构的荷载及组合

1、玻璃采光顶结构的定义

(1)屋盖(roofsystem)根据《建筑结构设计术语和符号标准》(GB／T50083—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(roofplate；roofboard；roofslab)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：

1)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。其中第6．2．2条：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。

(4)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。

表1 屋面均布活荷载

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。

(5)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。

(6)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。

(7)冰荷载或其它特殊作用和荷载按专用工程技术规范设计。

(8)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。

(9)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。

(10)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),

可得6l1与荷载呈非线性关系。固端弯矩与柱的轴力P有关。

(11)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。