玻璃幕墻與門窗結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)問(wèn)題探討(一)

    一、前言
    玻璃幕墻是1985年以來(lái)開始在我國(guó)應(yīng)用的建筑幕墑，它是在鋁合金門窗的基礎(chǔ)上隨著高層建筑的興起而發(fā)展起來(lái)的輕質(zhì)建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。
    我國(guó)2002年開始實(shí)施新修訂的{建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)  （GB 50068-2001）和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001）及頸建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011-2001）三項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。幕墑與門窗作為對(duì)建筑物理功能和人的安全使用有重大影響的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與構(gòu)件，必須按照這些標(biāo)準(zhǔn)及其強(qiáng)制性條文的要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，以保證其足夠的可靠度。
    鋁合金玻璃幕墻與門窗是世界上應(yīng)用最為成熟和目前應(yīng)用最為廣泛的金屬框架建筑幕墑和門窗。我國(guó)《玻璃幕墑工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102-96）目前正在進(jìn)行修訂，《鋁合金門窗工程技術(shù)規(guī)程》于2002年8月開始編制，尚未有建筑門窗工程設(shè)計(jì)規(guī)范。認(rèn)真總結(jié)國(guó)內(nèi)外技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)它們進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)研究，正確編制我國(guó)的玻璃幕墑與門窗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以逐步建立起各種材料及型式的建筑幕墑與門窗結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)、評(píng)估理論體系，對(duì)我國(guó)建筑幕墑與門窗工程實(shí)踐和技術(shù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。 

    二、建筑結(jié)構(gòu)可靠度分析與設(shè)計(jì)原理
    1.結(jié)構(gòu)的可靠性
    建筑結(jié)構(gòu)是組成工業(yè)與民用房屋建筑包括基礎(chǔ)在內(nèi)的承重骨架體系，具必須滿足的基本功能要求是：
    （1）安全性：在正常施工和正常使用時(shí)能承受可能出現(xiàn)的各種作用：在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)（如地震、火災(zāi)等）及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性：
    （2）適剛性：在正常使用時(shí)具有良好的工作性能：
    （3）耐久性：在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能。
    結(jié)構(gòu)的可靠性是結(jié)構(gòu)安全性、適用性和耐久性的統(tǒng)稱，是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。
    2.結(jié)構(gòu)的可靠度
    （1）結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求
    影響結(jié)構(gòu)可靠性的各種隨機(jī)因素可歸納為二個(gè)均為隨機(jī)變量的綜合變量即結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)S和抗力R，結(jié)構(gòu)的功能函數(shù)Z=g（R，5）=R-S也是隨機(jī)變量。當(dāng)Z>0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)：當(dāng)Z<0時(shí)，結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)：當(dāng)Z=R-S=0時(shí)。結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求為：R-S>=O，即結(jié)構(gòu)的抗力要大于等于其作用效應(yīng)。
    （2）結(jié)構(gòu)的概率可靠度
    由于影響結(jié)構(gòu)可靠性的各種因素中荷載與作用的效應(yīng)是變化不定的，結(jié)構(gòu)的抗力R也是不確定的（構(gòu)件材料性能不確定性、幾何參數(shù)不確定性、計(jì)算模式不確定性），因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所要求的Z=R-S>=0的可靠目標(biāo)不可能絕對(duì)保證，只能在一定的概率意義下滿足，即P（R>=S）=P，是結(jié)構(gòu)的可靠概率。所以說(shuō)，結(jié)構(gòu)的可靠度是結(jié)構(gòu)可靠性的定量描述，即結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。而結(jié)構(gòu)的失效概率Pf=1-PI.由于結(jié)構(gòu)的失效概率一般為小概率事件，失效概率對(duì)結(jié)構(gòu)可靠度的把握史為直觀，所以工程結(jié)構(gòu)可靠度分析一般計(jì)算結(jié)構(gòu)失效概率。
    3.結(jié)構(gòu)的可靠度分析與設(shè)計(jì)
    根據(jù)人對(duì)不同安全等級(jí)的建筑結(jié)構(gòu)的基本功能要求，在一定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件及其連接在不同的設(shè)計(jì)比況（持久狀況、短暫狀況、偶然狀況）下，分別進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的概率可靠度設(shè)計(jì)，以保證建筑結(jié)構(gòu)在具規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)具有足夠的可靠度。
    4.幕墻與門窗結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的必要性和可能性
    建筑幕墑是由各種墻面板與支承體系  （支承裝置與支承結(jié)構(gòu)）組成的、不承受主體結(jié)構(gòu)重力的建筑外圍擴(kuò)墻體結(jié)構(gòu)。門窗是房屋外圍護(hù)結(jié)構(gòu)開口部位的功能性部件（組合構(gòu)件）。幕墻與門窗是持久性的建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件（建筑中除承重骨架體系以外的固定構(gòu)件和部件，主要包括非承重墻體等附著于主體結(jié)構(gòu)的裝飾構(gòu)件和部件等）。因此，雖然《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》是適用于各種建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的，但是考慮到幕墻和門窗是對(duì)建筑物理功能、使用者和社會(huì)公眾的安全有重大影響的外圍擴(kuò)結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，而且其所受荷載作用及力學(xué)特點(diǎn)與建筑主體結(jié)構(gòu)類似，所以幕墻和門窗應(yīng)該有必要而且可以按照上述《標(biāo)準(zhǔn)》和《規(guī)范》進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)及計(jì)算，但是要掌握非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的區(qū)別。

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