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安之若素泰然自若
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2019-01-24 13:47:40 | 分类:默认分类 | 标签:

1 引言    随着玻璃在屋面的应用,建筑玻璃采光顶的应用越来越广泛,形式也越来越多样化。玻璃采光顶在我国虽然大量应用,而且幕墙行业内也在大量生产玻璃采光顶,但一直以来,我国对玻璃采光顶却并没有制定相应的标准。    2004年,建设部产品标准计划中已经将玻璃采光顶产品标准的编制列入计划。这本标准的编制将对玻璃采光顶的生产和质量管理提供依据。

    采光顶在很多方面与玻璃幕墙有着相似之处,但也有许多不同的地方。

    首先,采光顶的形式是复杂的。按照其大小分,既有屋面一小部分的类似天窗的采光顶,又有占据大部分屋面甚至全部屋面的采光顶。按照其外形分,既有较为平坦的造型,也有非常外凸的造型。按照其作用分,既有单纯用来采光的,也有采光、装饰、通风等多功能于一体的。

    其次,采光顶的结构也非常多种多样。有与屋面结构甚至是与主体结构溶为一体的,也有仅仅附于主体结构之上的小型独立结构。结构形式的不同会使得其受力分析和性能要求也大为不同。    采光顶与玻璃幕墙最大的不同在于其朝向天空。这一朝向使得其与玻璃幕墙相比承受的太阳辐射大大增强,承受的雨水荷载大大增加,承受撞击的可能性更大,受到集中荷载的频率也会提高,从而有更多的性能要素要考虑。

    从使用环境和功能要求出发,我们是可以知道其性能要求的。    2 玻璃采光顶的性能分类    采光顶的性能要求与玻璃幕墙的性能要求有很多共同点。

    1)两者均首先需要满足抗风压的性能要求; 

   2)两者均有水密性能的要求;

    3)都有气密性能要求 

   4)都有采光要求;

    5)都有保温、隔热、隔声要求;

    6)都有防雷、防火要求;

    7)防结露要求;

    8)抗撞击要求;

    9)抗震要求。

    但是,采光顶还应该有如下的进一步要求:

    1)防温度应力; 

   2)防噪声要求; 

   3)更高的防结露要求;

    4)更高的防冲击(撞击)要求;

    5)排水功能;

    6)集中荷载承受能力;

    7)承受雪荷载;

    8)承受冰雹冲击  

  针对这些要求,我们可以将其进行分类。 

  1) 结构性能

    这一性能包含了如下几个方面:

    a) 抗风

    b) 局部集中荷载 

   c) 雨荷载 

   d) 雪荷载 

   e) 温度应力

    f) 主体结构位移

    g) 寒冷地区防脆断设计 

   2) 密封性能

    a) 气密性 

   b) 水密性

3) 节能要求

    a) 气密性

    b) 保温性能

    c) 遮阳系数 

   d) 防结露设计 

   e) 采光系数 

   4) 安全性 

   a) 防火 

   b) 防雷 

   c) 抗冲击 

   d) 抗震 

   e) 防冰雹

    5) 功能要求 

   a) 防噪声 

   b) 隔声

    c) 排水设计

    3 玻璃采光顶的性能要求

    3.1 结构性能 

   结构性能是采光顶最为重要的性能。

    在结构性能方面,采光顶会承受较为均匀分布的荷载,如重力荷载、风荷载、地震荷载、雪荷载等。

    采光顶也可能会承受不均匀的荷载,如集中荷载、雨水荷载、温度应力等。其实风荷载也会很不均匀,尤其对于大型的采光顶和较为外突的采光顶。

    一般采光顶的风荷载可以按照《建筑结构荷载规范》GB50009中规定的屋面围护结构取值。但对于比较特殊的、大型的、造型复杂的采光顶,则应进行比较详细的抗风分析,或者进行风洞试验。

    对于大型(或是作为主体结构)的采光屋面,其结构应该按照主体结构进行结构抗风计算,而玻璃面板及其连接部位则应该按照围护结构进行计算。

    对于局部集中荷载,《建筑玻璃应用技术规程》中有取值方法。雨荷载的取值则要按照给排水的有关设计要求,分析屋面的排水情况,考虑积水的可能深度,然后进行取值计算。

  《建筑结构荷载规范》GB50009第4.3.1条规定:房屋建筑的屋面,其水平投影面上的屋面均布活荷载,应按下表采用。屋面均布活荷载,不应与雪荷载同时组合。

    注:1、不上人的屋面,当施工或维修荷载较大时,应按实际情况采用;对不同结构应按有关设计规范的规定,将标准值作0.2kN/m2的增减。

    2、上人的屋面,当兼作其他用途时,应按相应楼面活荷载采用。

    3、对于因屋面排水不畅、堵塞等引起的积水荷载,应采取构造措施加以防止;必要时,应按积水的可能深度确定屋面活荷载。 

   4、屋顶花园活荷载不包括花圃土石等材料自重。

    第4.5.1条规定:设计屋面板、檩条、钢筋混凝土挑檐、雨篷和预制小梁时,施工或检修集中荷载(人和小工具的自重)应取1.0kN,并应在最不利位置处进行验算。

   注:1、对于轻型构件或较宽构件,当施工荷载超过上述荷载时,应按实际情况验算,或采用加垫板、支撑等临时设施承受。

   2、当计算挑檐、雨篷承载力时,应沿板宽每隔1.0m取一个集中荷载;在验算挑檐、雨篷倾覆时,应沿板宽每隔2.5~3.0m取一个集中荷载。

    雪荷载可以按照《建筑结构荷载规范》GB50009中规定的取值。

    6.1.1条规定:屋面水平投影面上的雪荷载标准值,应按下式计算:

    6.2.2条规定:设计建筑结构及屋面的承重构件时,可按下列规定采用积雪的分布情况:

    1、屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用;

    2、屋架和拱壳可分别按积雪全跨均匀分布情况、不均匀分布的情况和半跨的均匀分布的情况采用;

    3、框架和柱可按积雪全跨的均匀分布情况采用。    温度应力和主体结构位移则比较复杂,必须对整个屋面体系进行分析,从而计算可能的荷载。

    对于寒冷地区,一定要进行寒冷地区防脆断设计。这一设计可以按照《钢结构设计规范》GB50017-2003中第8.7节提高寒冷地区结构抗脆断能力的要求进行设计。3.2 密封性能 气密性与节能有关,主要按照相应的节能标准。在节能标准没有对采光顶进行规定时,可以参考对天窗或外窗的规定。

 《民用建筑热工设计规范》第3.4.9条规定,对于空调建筑:建筑物外部窗户的气密性等级不应低于现行国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》GB7107规定的Ⅲ级水平。 《旅游旅馆建筑热工与空气调节节能设计标准》4.2.4条规定:外窗的气密性,应符合现行国家标准《建筑外窗空气渗透性能分级及其检测方法》的规定,其气密性等级不应低于Ⅱ级。 水密性的要求应该与玻璃幕墙是不同的。对于一般的屋面,采光顶所承受的风压为负风压,但雨水却是向下冲击的。另外,积水也会引起漏水。所以,采光顶主要是雨水在没有风压的情况下垂直下落时应该不漏水,在设计积水深度下不应漏水。要计算设计积水深度是要考虑全部屋面情况的。 但对于高层建筑下部裙房的采光顶,则可能会有较大的正风压出现,所以要考虑正压的要求。这种情况下应该满足《玻璃幕墙工程技术规范》规定的固定部分的要求。 3.3 节能性能 保温性能和遮阳系数的要求是根据相应的节能标准确定的。保温性能的分级参数为传热系数,而隔热性能的关键是遮阳系数。 《采暖通风与空气调节设计规范》规定,舒适性空调建筑的顶篷的传热系数应不高于1.2W/m2.℃。采光顶要达到这个标准是比较困难的。所以应该是整个屋面综合起来达到这一要求。当采光顶面积较大时,采光顶的保温要求比较高。 遮阳系数的要求在《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》中有可以参考的要求。对于天窗,其遮阳系数不应大于0.5。采光顶一般比天窗的面积大得多,所以要求应该更加高。 但在采暖为主的地区,遮阳系数应该是大一些好,严寒地区更是如此。因此,遮阳系数应该有一个比较宽广的范围。 防结露设计对采光顶很重要。在进行防结露设计时,其室外计算参数的取值应该按照《民用建筑热工设计规范》规定的“围护结构冬季室外计算参数”中Ⅳ型围护结构参数取值。 防结露设计应根据室外设计参数和室内设计参数计算采光顶内表面的温度,看是否低于室内设计条件下的露点温度。如果绝大部分高于露点温度,则满足结露设计要求。 采光系数的设计应该按照采光的要求进行设计。不同的建筑有不同的采光要求,这些要求可以按照《建筑采光设计标准》的规定。计算采光可以按照该规范中顶部采光进行采光系数的计算。 3.4 安全性能 采光顶的防火设计应该满足《建筑设计防火规范GBJ16-87(修订本)》的要求。对于一般的采光顶,要求不应采用可燃材料。对于较大型的玻璃采光顶,则要求满足该规范第7章第2节的有关规定:三级耐火等级的建筑或部位的吊顶,应采用耐火极限不低于0.25h的难燃烧体。 对于主体结构型的玻璃采光顶,其结构部分应满足结构防火的要求。 玻璃采光顶的防雷应按照屋顶防雷进行设计。对于比较外凸的采光顶,应设置接闪器,并用引下线与建筑的防雷接地可靠连接。 为满足抗冲击的要求,玻璃采光顶应该使用安全玻璃。对于高层建筑下部裙房的采光顶,则应该考虑高空坠物的可能性,应该采用夹层玻璃。 对于夏季有冰雹的地区,应该考虑防冰雹设计。采用安全玻璃可以满足这一要求。 采光顶抗震设计有两个方面,一方面是增加支承结构的荷载,另一方面是在地震时不要坠落玻璃。要保证玻璃不容易坠落,玻璃的镶嵌深度应该保证,且应该可靠固定。 3.5 功能要求 防噪声是采光顶的一项新的要求。由于有些采光顶在设计时没有考虑噪声问题,在下大雨天无法进行正常的室内活动。现在,有些规范提出了这方面的要求。比如《体育馆声学设计及测量规程》JGJ/T131-2000中第3.1.4条规定:当体育馆比赛大厅、贵宾休息室、扩声控制室、电视评论员室和扩声播音室无人占用时,在通风、空调、调光等设备正常运转条件下,比赛大厅的室内背景噪声限值宜符合NR-35。 隔声和防噪声不同,隔声主要是隔绝室外的空气声。不同的建筑对隔声有不同的要求。如《图书馆建筑设计规范》JGJ38-99规定,Ⅰ类区允许噪声级为40dB;Ⅱ类区允许噪声级为60dB;Ⅲ类区允许噪声级为66dB。当室外噪声较大时,采光顶的隔声就要求好。如果室外是80dB,室内要求40dB,则需要40dB的隔声。 采光顶应该进行有效的排水设计,避免积水。排水设计应该与建筑的给排水结合进行。 4 性能试验方法 4.1 试验项目分析 在前面叙述的各项性能中,有些性能是可以通过试验进行验证的,但有些性能只能在设计中从构造和结构形式,以及材料的使用方面进行满足,不能进行试验或者试验的成本很高。 在结构性能中,抗风压性能可以进行试验,主体结构位移性能可以进行测试。局部荷载、雨水荷载、温度应力、寒冷地区防脆断设计等只能在进行设计时充分考虑其荷载,而不容易进行试验。雪荷载和地震荷载属于均布荷载,可以并如风荷载中进行测试。 在密封性能和节能要求方面,气密性、水密性、保温性能等可以进行直接测试。而遮阳系数、防结露性能、采光系数等则要通过计算确定。 安全性能方面,防火、防雷、抗震等,需要从设计方面去满足,而无法进行试验。抗冲击和防冰雹则主要从材料方面去满足。 功能要求方面,隔声性能可以经行试验。防噪声则主要从材料方面去满足。排水设计要通过建筑设计满足。 4.2 试验方法探讨 通过上面的总结分析,可以归纳出以下的试验项目: 1)抗风压性能 2)抗主体结构位移 3)气密性性能 4)水密性性能 5)保温性能 6)隔声性能 7)遮阳系数 8)采光系数 9)抗冲击性能 抗风压测试可以参照幕墙的抗风压测试,但测试的内容和评判的标准应该另外规定。而且,采光顶的安装方式与幕墙是很不同的,应该按照实际安装的情况进行安装。 对于整体结构型的采光顶,应将结构分析和玻璃支承装置的测试分开进行。对于较外凸的采光顶,则应该将面板和支承结构的测试分开进行。 抗主体结构位移的性能可以参照幕墙的平面内变形性能。但是除平行四边形变形外,对于大型结构,还会有支点的间距变化。这样,就应该将支点的间距进行变化来考察结构的抗主体结构变形的能力。 气密性的试验可以按照幕墙水密性能的检测方法进行。 水密性能试验则不能完全按照幕墙的水密性能试验方法。首先应该增加不施加风压下的水密性等级。其次,淋水的方式应该是从上而下。另外,淋水量应该更大一些。 保温性能可以按照门窗的保温性能检测方法进行测试。但是安装的方式应该是不同的。 隔声性能测试则应该参照现场隔声测试的方法进行测试。这一测试可以参照国家标准《建筑隔声测量规范》GBJ75-84中的“外墙面构件和外墙面空气声隔声的现场测量”方法。 遮阳系数需要将测试和计算结合起来。目前,建设部下达的《建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程》将对遮阳系数的测试和计算作出相应的规定。 采光系数的计算可以按照《建筑采光设计标准》GB/T50033-2001中“顶部采光”的计算方法计算。 抗冲击性能可以参照“钢化玻璃”的抗冲击性能试验方法,也可以特别为采光顶另外定一个测试方法。对于软物冲击也应该规定出一个测试方法。 5 结束语 建筑玻璃采光顶的性能虽然与玻璃幕墙在很大程度上有其相似之处,但依然在很多情况下有着较大的区别,不能完全等同。 在结构方面,采光顶主要增加了局部集中荷载、雨荷载、雪荷载、温度应力、主体结构位移、寒冷地区防脆断设计等。这些结构问题幕墙也存在,只是没有那么突出,而采光顶则比较突出。 在性能方面,采光顶还多了防结露设计、遮阳系数、采光系数、抗冲击、防冰雹、排水设计等。这些性能有些是可以直接测试的,有些是通过计算得到的,有些则是通过构造和材料决定的。 对于玻璃采光顶的产品性能,完全通过试验是不可能的。所以在编制建筑玻璃采光顶的标准时应区别对待。


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