玻璃幕墙和门窗结构可靠度设计问题研究
时间：2020-12-29 12:02:18 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：随着建筑行业的快速发展，创新型建筑结构的普及和应用，新时代的建筑在结构、功能、风格以及模式上都发生了转变，迫使传统的建筑结构逐渐向轻量化、美观化、多功能化的方向发展。玻璃幕墙作为一种新型的建筑结构，在建筑上得到广泛的应用。然而，玻璃幕墙面临的环境极其复杂，因此在结构设计上要满足可靠度的设计要求。本文旨在通过玻璃幕墙与门窗可靠性设计问题的分析，探讨其在结构设计上面临和存在的问题，并提出解决方案。
关键词：玻璃幕墙；门窗结构；可靠度
前 言
随着我国建筑行业的蓬勃发展，与世界优秀的建筑成果的不断交融，玻璃幕墙，作为一种先进的装饰方法，得以在国内的建筑行业中引用并不断地突破创新。在我国建筑行业中，玻璃幕墙兴起于二十世纪八十年代，经过30多年的发展，已取得了瞩目的成就。玻璃幕墙不仅安装方便、外形美观，还可以美化建筑环境，改善居民生活，有效地节能。作为当代建筑的新型墙体，玻璃幕墙将建筑结构、功能、美学、环保有机地结合起来，是传统建筑的创新和突破，具有鲜明的时代特征，给传统建筑赋予一种新的生命力，推进我国建筑行业的现代化发展。[1]
一、可靠性设计的现状
目前，我国玻璃幕墙和门窗在结构可靠度的技术方面比较成熟，积累了很多经验，取得了很大进步。但是，与世界先进的建筑设计相比，玻璃幕墙和门窗在结构可靠度方面仍存在很大的差距，主要体现为两个方面：一是起步较晚，可靠性等关键性技术性问题上还缺乏实践性的经验，因而设计的合理性不足；二是在非结构件的设计上，与主体构件设计标准不统一，从而导致设计方案不完善。[2]
二、可靠度分析的必要性
玻璃幕墙是传统建筑结构设计的突破，是将建筑与美学有机结合的独特设计，将其多功能的优点完美展现。例如，玻璃结构具有通透性好，视野宽阔的特点，将室外环境与室内环境融合统一起来。其次，玻璃幕墙具有优良的工艺性能，其光滑细致的支撑构件与之融为一体，建筑师可以利用其丰富的结构设计变化，充分发挥艺术灵感。此外，玻璃幕墙功能上的最大优点是节能环保，极大地降低了建筑能耗。[3]
然而，玻璃破碎、炸裂、支撑结构失效、光污染等问题经常发生，成为困扰设计者和使用者的技术性难题。[4]如何提高玻璃幕墙结构的可靠度，充分发挥玻璃幕墙的优势，规避其劣势，仍是建筑业亟待解决的首要问题。
三、可靠度的分析方法
1.结构特点分析
（1）为保证整体结构的可靠度，在保证整体体系和构件可靠度的基础上，要综合分析整体结构与结构构件可靠性两者之前的关系，在保证整体结构可靠性的基础上，确定破坏结构的主要形式，并降低主要构件的失效率；
（2）构件承载力由高到低的顺序为：幕墙和门窗的承重件--框架的连接件——框架——玻璃；
（3）非结构件的可靠度、安全等级、使用年限的设定均应严格参照《建筑中非结构件设计标准》，设定值均应低于结构件的设定值。
此外，在进行可靠度分析时，应以整体体系为考核标准，综合衡量幕墙和门窗的整体结构与单独结构两者可靠度之前的关系，从而提高整体结构的可靠度。
2.基本结构参数的确定
首先，要确定基准期和寿命两个基本结构参数，这是确定玻璃幕墙与门窗可靠度的前提。依据年限参照表，确定基本结构的使用寿命，一般寿命为25年。而基准期的确定要根据整体结构所承受的可变载荷以及材料的性能来确定，一般的玻璃幕墙和门窗的基准期设定为50年。
3.玻璃幕墙与门窗承载类型分析
玻璃幕墙与门窗均为非承重结构，所受载荷主要包括风载荷、温度载荷、重力载荷和地震载荷等。其中，在玻璃幕墙与门窗承载的计算中，应忽略重力载荷的变化量，设定其为定值。幕墙与门窗所受的主要载荷是风载，应参照《建筑荷载规范》进行设计校核。在进行温度载荷的计算中，应以年平均最高温度为参照标准。在地震载荷计算中，应同时考虑水平地震力和支撑力两种作用力，同时参照《建筑抗震设计手册》设计计算。
4.结构件的可靠度水平分析
主要根据以载荷和材料性能标准值为主要内容的极限状态分析法计算结构件的可靠度。其一，采用国际校核法计算、校核载荷和材料性能标准值的总体可靠度水平，综合调整结构件的可靠度；其二，在保证整体结构设计误差最小的前提下，采用极限状态分析法分析、选定各结构件的可靠指标；其三，由于玻璃幕墙和门窗主要所受载荷为风载和地震载荷，其作用系数分别为1.4和1.3，综合确定可变载荷系数为1.4，利用作用载荷标准值和材料性能标准值的总安全度，分项设计、校核结构件的总安全度，再由材料性能系数计算其设计值。
四、几点建议
1.我国建筑行业应当规范玻璃幕墙和门窗相关的技术标准，例如，将重要的结构系数、使用年限、载荷能力、极限状态等与重要的参数标准化。合理规定幕墙与门窗的承载力以及极限状态；
2.作为建筑中重要的结构体系，玻璃幕墙与门窗应根据其结构特点，应严格执行我国建筑行业的可靠度标准，以概率论为基础，充分考虑极限状态进行可靠性设计，确保玻璃幕墙与门窗的结构体系符合相关要求；
3.充分考虑玻璃幕墙与门窗的抗风和抗震能力，在进行可靠性设计时，以最劣的抗风和抗震同时存在的情况进行可靠度的计算，建议其组合系数取0.2；
4.作为局部件结构，门窗结构的重要性和寿命都远低于玻璃幕墙。因此，在进行门窗的基准期设计时，不应完全按照玻璃幕墙规定的50a执行。相关建筑部门应根据建筑的总体结构细化门窗的设计标准。
五、结论
玻璃幕墙的创新发展为我国建筑行业注入了鲜血，赋予了活力，对我国建筑行业的蓬勃发展做出了卓越贡献。随着幕墙与门窗结构的不断发展，可靠性的设计工作还应持续完善，使建筑结构安全系数不断提高，结构设计更加合理化，为人类提供更加舒适的环境，为现代建筑事业的发展作贡献。
参考文献：
[1]张敏，楼文娟，沈国辉，等.双层玻璃幕墙风荷载特性的试验研究[C].第十三届全国结构风工程学术会议论文集 （上册），2007.
[2]李安勇，陈镕，薛松涛，等.考虑土结构相互作用的高层建筑横风向振动分析[J].振动与冲击，2008（10）： 152-155.
[3]程华旭，陶玉武，罗凌云.上海环球金融中心塔楼幕墙TOT安装技术[C].第十七届华东六省一市建筑施工技术交流会论文集[A]，2008.
[3]万军鹏，程金树，陆平.耐热硼硅酸盐浮法玻璃成形工艺的研究[J].2007中国浮法玻璃及玻璃新技术发展研讨会论文集， 2007.
[4]贡金鑫，仲伟秋，赵国藩.工程结构可靠性基本理论的发展与应用[J].建筑结构学报， 2002 （4）： 2-9.
