玻璃采光頂的設計與施工工藝

陳太標CHEN Tai-biao

（中鐵二十五局集團有限公司西北分公司，西安 710000）

0 引言

近幾年，我國的建筑行業發展迅猛，玻璃采光頂在種類繁多的幕墻樣式中獨樹一幟。玻璃采光頂有各種各樣的形式。按照外觀，有單坡的造型，也有雙坡的造型。按照功能，有用來采光的，也有裝飾、通風等多種功能于一體的。種類繁多的樣式也為設計者提供了更多的思路和方向。隨著技術上的進步，玻璃采光頂的設計施工工藝將會越來越完善。

1 工程概況

某項目總建筑面積15780m2，其子項門衛處建筑面積183m2，建筑物高度5m，在安檢出入口頂部設置玻璃采光頂，水平投影尺寸5.2×5.2m，如圖1 所示。外墻由陶板幕墻、鋁板幕墻構成。玻璃采光頂為雙坡面，坡度為15%，如圖2 所示。

2 玻璃采光頂的設計

玻璃采光頂的牢固程度直接影響建筑物的使用安全。其主要承重構件以及玻璃分隔形式的設計，則直接影響到建筑物的美觀和施工質量，因此，這就要求設計人員必須考慮設計的安全性，做到既美觀大方，又安全合理。以下將從采光頂荷載計算，玻璃面積，璃跨中撓度方面做出設計分析。

2.1 單坡采光頂荷載計算

2.1.1 風荷載計算

①風荷載標準值計算。

基本風壓w0，按全國基本風壓圖，本地區取為0.23kN/m2。

風荷載標準值wk，單位kN/m2。

取高度z=5m。

按C 類區取值0.65，經計算5m 處風壓高度變化系數μz=0.544×（）0.44=0.401001＜0.65，所以μz取值0.65；地面粗糙度I10取值0.23。

陣風系數βgz（GB50009-2012 8.1.1-2）

玻璃采光頂單坡角度A，采用30 度。

風荷載體型系數按照（GB50009-2012 8.3.3）中選取，迎風面體型系數μz=0.7，背風面體型系數μs=-2.3。

wk1：迎風風荷載標準值

wk2：背風風荷載標準值

②風荷載設計值計算。

風荷載設計值W=γw×Wk

根據《玻璃幕墻工程技術規范》風荷載分項系數γw取值1.4。

經計算：

2.1.2 雪荷載計算

①雪荷載標準值計算。

根據現行《建筑結構荷載規范》GB50009-2012 取值，基本雪壓，按50 年一遇最大積雪的自重S0：2kN/m2

采光頂坡面角度為30 度，積雪分布系數μr=0.85

經計算：

②雪荷載設計值計算。

按照現行規范雪載荷分項系數γs 取值1.4。

經計算：

2.1.3 玻璃采光頂自重荷載設計值計算

采光頂自重荷載設計值G，單位：kN/m2

采光頂每平米平均重量WGT，取值0.5kN/m2

采光頂自重荷載標準值GAK，單位：kN/m2，取值同每平米自重WGT，即GAK=WGT=0.5kN/m2

恒載荷分項系數rg，取值1.2

經計算：

2.1.4 豎向均布地震作用計算

豎向地震作用標準值計算：

重力荷載代表值GK，其取值采用構件自重標準值GAK =0.5kN/m2

αvmax 為地震影響系數，取最大值0.026

豎向地震作用設計值計算：

地震作用分項系數rE 取值1.3。

2.1.5 荷載組合計算

三種工況組合。

①風荷載為主要荷載，分為重力方向和垂直于坡面兩個方向。需要考慮正風荷載、地震荷載、雪荷載、重力荷載。

1）重力方向。

2

）垂直于坡面方向。

正風荷載計算

②雪荷載為主要荷載，需要考慮地震荷載、雪荷載、重力荷載，不需要考慮風荷載，因此只進行一個方向的荷載組合：

③活荷載為主要荷載，需要考慮地震荷載、活荷載、重力荷載，不需要考慮風荷載，因此只進行一個方向的荷載組合：

④綜合計算數據結論，最大面板荷載情況見表1。

表1 面板荷載組合情況計算

綜合上面計算可知，面板強度驗算如下：

采用荷載組合標準值為1.90526kN/m2；荷載組合設計值為2.699kN/m2。

2.2 玻璃計算

2.2.1 玻璃面積計算

玻璃采光頂分格尺寸：寬度1.3m，長度2.6m；此處玻璃采光頂面積為1.3×2.6=3.38m2

2.2.2 玻璃板塊自重計算

玻璃板塊構造為中空夾膠玻璃：8（TP）+12+8（TP）+1.52+8（TP），玻璃厚度t1=t2=t3=8mm；

玻 璃 的 體 積 密 度 為: 25.6 （kN/m3）（JGJ102-2003 5.3.1）

玻璃平均自重GSAK，未包含框體材料，

2.2.3 采光玻璃強度計算

由上面計算得出玻璃受到組合荷載值q=2.699kN/m2

玻璃寬度1.3m，長度2.6m，玻璃厚度t1、t2、t3 均為8mm；

彈性模量E=72000N/mm2

玻璃采光頂板面跨中彎曲系數m=0.1

根據參數θ 查表6.1.2-2 得出折減系數η

采光玻璃所受應力σw，荷載組合取值采用q=2.699kN/m2

采光頂玻璃結構形式為中空夾膠玻璃，首先需要考慮內層夾膠先組合方式，后與外側中空層組合的原則

玻璃荷載分配系數：

同理，內層分配系數r3=0.333333

設計值作用下每層玻璃所受的面荷載如下：

同理，q3=0.899668kN/m2

標準值作用下每層玻璃所受的面荷載如下：

得出參數θ1=6.76559，η1=0.985875

得出參數θ2=6.15054，η2=0.990796

得出參數θ3=6.15054，η3=0.990796

各層玻璃應力計算：

依據：σ≤fg

15.4581 N/mm2≤fg=42N/mm2

14.1229 N/mm2≤fg=42N/mm2

由以上計算得出強度滿足。

2.3 玻璃跨中撓度計算

玻璃泊松比ν 取值0.2

彈性模量E=72000N/mm2

玻 璃 的 等 效 厚 度 te=0.95 ×=0.95 ×10.9611mm

玻璃所受組合荷載標準值qk：1.90526kN/m2

撓度系數μ：0.01013

折減系數η，根據參數θ 得出η=0.998114

組合荷載標準值作用下撓度最大值

6.68458 mm≤dflim=21.6667mm

玻璃的撓度滿足。

3 玻璃采光頂的施工

3.1 施工工藝流程

玻璃采光頂施工有著較強的專業性，需要遵循一定的施工順序，一般來說，玻璃采光頂施工工藝流程如下：

施工準備→測量放樣→角碼連接件施工→龍骨安裝→玻璃組件安裝→現場清理→竣工驗收。

3.2 測量放樣

根據施工圖紙，測量放樣出建筑物軸線，再對前期結構中已完成預埋的構件進行復測。根據施工圖中龍骨位置與建筑軸線的相對位置，測量放樣出主龍骨設計軸線，校核預埋偏差。最后，整理測量放樣結果，根據設計圖紙和預埋件的安裝誤差，合理的定位出采光頂龍骨中心線安裝位置。

3.3 骨安裝

首先將角碼與龍骨用不銹鋼螺栓連接，二者之間的縫隙中安裝防腐墊片，然后用扳手將螺絲擰緊。龍骨中線與已經完成測量放樣的中心線位置重合，用水準儀測量龍骨頂部標高控制線，符合設計標高后，用焊機把角碼連接件與預埋件臨時焊接在一起。剩余龍骨按照此方式安裝完成。

3.4 玻璃組件安裝

第一步，確定玻璃面板的平面位置。第二步，將玻璃面板放到設計位置后臨時固定，然后對玻璃面板整體上進行調平，平整度要符合設計及規范標準。最后，對調整后的玻璃面板進行固定，把壓塊打孔，用M5×16 螺栓將壓塊與玻璃面板一起固定在玻璃框上，每個間距不大于200mm。

4 結束語

玻璃采光頂的出現增加了建筑物的美觀，也給居住環境的舒適性提供了保證，日常生活更為豐富多彩。玻璃采光頂的設計和施工有著較高的行業標準，這就要求相關從業人員必須以科學嚴謹的工作態度遵守各項規范及技術標準，保質保量的完成設計與施工過程中的每個細節。