建筑幕墙中膨胀螺栓的应用及设计中注意的问题__墨水学术,论文发

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:199

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　　建筑幕墙中膨胀螺栓的应用及设计中注意的问题
　　刘铁峰徐小平
　　（唐山钢铁设计研究院河北唐山063000）
　　摘要：本文介绍了幕墙的设计方法，幕墙计算中荷载的确定原则，幕墙与主体采用膨胀螺栓连接时的设计方法及应注意的问题。
　　关键词：幕墙膨胀螺栓荷载
　　一．前言：
　　建筑幕墙作为现代建筑的象征，随着科学技术和工业生产的发展，许多有利于幕墙发展的新材料、新工艺、新理论的出现，使建筑幕墙要求的各项性能和承载力与变形、雨水渗漏、空气渗透、保温防潮、隔声防火等有了可靠的技术保证和材料基础，从而使建筑幕墙在近几十年来获得了飞跃的发展。
　　二．建筑幕墙的设计方法
　　2.1幕墙的结构计算，采用以概率论为基础的极限状态设计方法，用分项系数设计表达式进行计算。极限状态包括两种：
　　a．承载能力极限状态：主要指强度破坏、丧失稳定。
　　b．正常使用极限状态：主要指产生影响正常使用或外观的变形。
　　2.2设计验算基本过程
　　设计验算基本过程分以下三步：
　　a．根据实际情况进行荷载及作用计算。
　　b．根据构件所受荷载及作用计算荷载效应及组合。
　　c．根据验算公式进行设计验算。
　　2.3验算公式
　　2.3.1承载力验算：
　　S≤R………………（2.1）
　　S：荷载效应按基本组合的设计值，可以是内力或应力。
　　具体到幕墙构件：
　　………………（2.2）
　　其中：
　　———永久荷载效应标准值；
　　———风荷载效应标准值；
　　———地震作用效应标准值；
　　———永久荷载分项系数，取=1.2；
　　———风荷载分项系数，取=1.4；
　　———地震作用分项系数，取=1.3；
　　———风荷载组合值系数，取=1.0；
　　———地震作用组合值系数，取=0.5。
　　R———抗力设计值，可以是构件的承载力设计值或强度设计值。
　　2.3.2挠度验算
　　………………（2.3）
　　———构件在风荷载标准值或永久荷载标准值作用下产生的挠度值。
　　———构件挠度限值。
　　三．设计荷载的确定原则
　　作用于幕墙上的各种荷载，主要有风荷载、地震作用、幕墙结构自重和由环境温度变化引起的作用效应等等。在幕墙的节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应。所以，作用于垂直幕墙上的荷载主要是风荷载、地震作用，幕墙平面内主要是幕墙结构自重，其中风荷载引起的效应最大。
　　在进行幕墙构件、连接件和预埋件承载力计算时，必须考虑各种荷载和作用效应的分项系数，即采用其设计值；进行位移和挠度计算时，各分项系数均取1.0，即采用其标准值。
　　3.1风荷载
　　根据规范垂直于幕墙表面上的风荷载标准值，按下列公式（3.1）计算，并不应小于1.0KN/m2:
　　………………（3.1）
　　式中：———风荷载标准值（）；
　　———高度Z处的阵风系数；
　　———风荷载体形系数；
　　———风压高度变化系数；
　　———基本风压（）。
　　按规范要求，进行建筑幕墙构件、连接件和锚固件承载力计算时，风荷载分项系数应取=1.4，即风荷载设计值为：
　　………………（3.2）
　　3.2地震作用
　　幕墙平面外地震作用标准值计算公式如下：
　　………………（3.3）
　　式中，为垂直幕墙平面的分布水平地震作用（）；
　　———地震动力放大系数；
　　———水平地震影响系数最大值；
　　———单位面积的幕墙结构自重（）。
　　按规范要求，地震作用的分项系数取取E=1.3,即地震作用设计值为：
　　………………（3.4）
　　3.3幕墙结构自重
　　按规范要求，幕墙结构自重的分项系数取=1.2。
　　3.4荷载组合
　　按规范要求对作用于幕墙同一方向上的各种荷载应做最不利组合。对垂直立面上的幕墙，其平面外的荷载最不利荷载组合为：
　　………………（3.5）
　　………………（3.6）#p#副标题#e#
　　其中，———组合荷载的标准值（）；
　　———组合荷载的设计值（）。
　　四．膨胀螺栓的应用及注意的问题
　　根据《玻璃幕墙工程技术规范》的要求：玻璃幕墙立柱与混凝土结构宜通过预埋件连接，预埋牛腿应在主体结构混凝土施工时埋入。在没有条件采用预埋件连接措施时，应采用可靠的连接措施并应通过试验决定其承载力。
　　但是在实际工程施工中，由于预埋件的偏移，原来没有预埋件及旧建筑物的外装修而采用不同规格的膨胀螺栓，施工单位在设计过程中，大部分膨胀螺栓的握裹力设计值偏小，主要体现在：在各种荷载设计过程中，各种分项系数取值偏小，或不采用分项系数。在膨胀螺栓受拉力计算时，简单地将立柱受的拉力除以所用螺栓的个数，得每处螺栓所受的拉力来进行强度检验。
　　笔者认为，以上算法是错误的。《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003明确规定：膨胀螺栓是后置连接件，工作可靠性较差，只在不得已时作为辅助、补救措施，不作为连接的常规手段，必须确保安全，留有余地，按计算只需1个膨胀螺栓就够，实际上设置2～4螺栓。
　　按规定，螺栓只是在立柱与预埋件之间进行连接。对于预埋件，其锚筋的总截面面积A，按下列公式计算：
　　………………（4.1）
　　………………（4.2）
　　式中：，系数应按下列公式计算：
　　………………（4.3）
　　当＞0.7时，取=0.7，………………（4.4）
　　式中：———剪力设计值；
　　———法向拉力；
　　———弯矩值；
　　———外层锚筋中心线间的距离；
　　———钢筋层数影响系数，当等间距配置时，2层取1.0，3层取0.9；
　　———锚筋受剪承载力系数；
　　———锚筋直径；
　　———错板弯曲变形折减系数；
　　———钢筋抗拉强度设计值；
　　———混凝土轴心抗压强度值；
　　———锚板厚度。
　　锚筋的总面积As由（4.1）（4.2）式中较大者决定。
　　五．结束语
　　采用膨胀螺栓连接埋件与主体结构（钢筋混凝土柱或梁），是旧建筑物进行幕墙外装修不得已采取的连接方式，因膨胀螺栓的特性，设计连接计算时应留有余地，适当放大安全系数，并应通过试验决定其设计承载力，从而保证幕墙连接的可靠性。