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从汶川地震反思建筑幕墙抗震设计

来源:09年会论文集  作者:张芹  日期:2009-3-27
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  【专家档案】
  专家姓名:张芹 
  技术职称:高级工程师 
  技术职务:*
  首先明确建筑幕墙的抗震设计也要符合 “三水准设防”的要求,但建筑幕墙作为围护构件和主体结构应有所区别,建筑幕墙“它悬挂于建筑主框架上,幕墙框架与建筑主框架牢固的连接在一起,它们同步运动,因而建筑主框架的破坏和变形必然使幕墙框架随之变形和破坏。这就是说,铝合金玻璃幕墙的抗震能力主要取决于它所依附的建筑主框架的抗震能力和自身的抗震构造。这样就需要对合金玻璃幕墙和幕墙所依附的建筑物两个方面都提出具体设防要求,即当铝合金玻璃幕墙所依附的建筑物遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,普通型幕墙与幕墙平面平行和垂直两个方向的主框架及隐框幕墙与幕墙平面垂直方向的主框架的层间弹性位移角不能大于l/800,且≤5mm;隐框幕墙与幕墙平面平行方向的主框架的层间弹性位移角不能大于l/1000,且≤4mm。在罕遇地震作用下结构薄弱层层间弹塑位移角不能大于1/100。”[6] “ 通过对1989旧金山地震、1994洛杉矶地震震害调查报告及国内幕墙抗震测试资料的分析表明,在地震作用下,幕墙产生两类效应,即直接效应和附加效应。直接效应是幕墙直接受到地震作用,使幕墙玻璃震碎,幕墙框架变形或破坏,连接件失效等。附加效应是当地震作用于建筑时,建筑物主体框架产生平面内外变形,引起幕墙的变形或破坏,其中平面内效应对幕墙影响最大。 玻璃幕墙的抗震设计需考虑对幕墙本身设防和对幕墙所依附的建筑物主框架的变形限制。幕墙本身设防要求采用在设防烈度地震作用下不碎的玻璃厚度和不会产生残余变形的幕墙框格杆件截面。幕墙所依附的建筑物主框架在幕墙平面内的变形应按幕墙的变形承载能力加以限制。我国抗震设防采用三个水准与二阶段设计,第二水准烈度地震作用是第一水准地震烈度的3倍。近似地,把在众值烈度地震作用下采用弹性方法计算的楼层层间位移与层高之比折算成第二水准弹塑性位移,就得到了与幕墙平面内变形临界值的对应值。 以上分析表明,对幕墙平面内变形性能的要求与建筑结构类型有关,即要根据结构类型选用具有不同平面内变形性能的幕墙。” [7] 抗震设计时,应按主体结构的弹性层间位移角限值的3倍进行设计。JGJ102-96(2003)4.3.12条规定:建筑幕墙“在多遇地震作用下应能正常使用;在设防烈度地震作用下经修理后仍可使用;在罕遇地震作用下幕墙骨架不得脱落。”“明框幕墙的玻璃边缘至边框槽底的间隙应符合下式要求:

    2c1(1+L1/L2×c2/c1)≥u li m (4.3.12)
式中 ul i m — 由主体结构层间位移因起的分格框的变形限值(mm);

L1 — 矩形玻璃板块竖向边长(mm);

   L2 — 矩形玻璃板块横向边长(mm);

  c1 —玻璃与左、右边框的平均间隙(mm),取值时应考虑1.5mm的施工偏差;

   c2 —玻璃与上、下边框的平均间隙(mm),取值时应考虑1.5mm的施工偏差;

  注:抗震设计时,ul i m应根据主体结构弹性层间为移角限值的3倍确定。” JGJ102-96(2003)7.1.2条规定:“全玻璃幕墙的周边收口槽壁与玻璃面板玻璃肋的空隙均不宜小于8mm”

  根据对1989旧金山地震、1994洛杉矶地震震害调查报告及国内幕墙抗震测试资料的分析表明,在地震作用下,幕墙产生两类效应,即直接效应和附加效应。根据这一原理我国制定了世界上第一个《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》,试验方法针对幕墙试件和建筑物主体结构试体不同特点:建筑物主体结构试体,它是一个独立的受力试体,可直接安装在振动台台面上;而幕墙是围护构件,它不能独立存在,同时幕墙的抗震试验的一项主要内容—平面内变形,它是建筑物主体结构产生的效应施加给幕墙后幕墙产生的效应,这样为了悬挂幕墙,同时又要主体结构的层间变位强制幕墙产生平面内变形反应,必须设置模拟框架,这种模拟框架一般采用钢结构,这是因为钢结构弹性变形能力好,同时又便于安装拆卸。它要求钢框架不仅能悬挂幕墙,传递地震作用,而且要产生预期的层间变位来检测幕墙平面内变形性能,因此要求钢框架不仅要具备一定的强度,同时要具备预期的层间变位能力。用振动台试验,对新开发的各种类型幕墙进行检验性论证,对采用了玻璃、石材、铝板以及陶板、微晶玻璃、石粉板等人造板作为面板的建筑幕墙进行了上百次试验,这些试验结果说明幕墙具有良好的平面内变形能力,可以在较高烈度的地震中免受震害。

  凡是贯彻了《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102—2003)第4.2.6条规定:“玻璃幕墙平面内变形性能,…;抗震设计时,应按主体结构的弹性层间位移角限值的3倍进行设计。”和上述明框幕墙的玻璃边缘至边框槽底的间隙要求的建筑幕墙,在地震时并没有大量脱落伤人,大部分表现良好。

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