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摘要：為了解鋁合金門窗模型結(jié)構(gòu)計(jì)算的可靠性，作者運(yùn)用現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)分析理論，結(jié)合現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對常見幕墻鋁合金開啟窗結(jié)構(gòu)計(jì)算分析思路進(jìn)行梳理，在荷載取值、窗的結(jié)構(gòu)支承體系，玻璃與鋁合金構(gòu)件連接、中空玻璃等計(jì)算分析方面提出了系統(tǒng)的方法。結(jié)論將為幕墻開啟窗結(jié)構(gòu)計(jì)算分析設(shè)計(jì)提供參考。
關(guān)鍵詞：玻璃幕墻幕墻開啟窗 上懸外開啟窗 內(nèi)平開窗 外平開窗 平推窗 內(nèi)下懸窗 內(nèi)開內(nèi)傾窗
玻璃幕墻設(shè)計(jì)時考慮到建筑所賦予的使用舒適性及建筑物理、建筑節(jié)能要求，通常會在幕墻上設(shè)置一定數(shù)量的開啟窗，這種開啟窗有別于一般的門窗。
兩者的差別在于支承窗的主結(jié)構(gòu)：幕墻開啟窗以幕墻橫梁、立柱為支承主結(jié)構(gòu);一般門窗則以主體結(jié)構(gòu)或者填充砌體結(jié)構(gòu)為支承主結(jié)構(gòu)。
幕墻開啟窗所采用的面板材料必須采用安全玻璃，通常包括鋼化玻璃、夾層玻璃及由以上兩者玻璃組合而成的產(chǎn)品如鋼化夾層玻璃（詞條“鋼化夾層玻璃”由行業(yè)大百科提供）、半鋼化夾層玻璃、鋼化玻璃和夾層玻璃組合而成的中空玻璃。
幕墻開啟窗的框扇用料通常與相應(yīng)位置的幕墻一致。本文將以鋁合金結(jié)構(gòu)為支承結(jié)構(gòu)的玻璃幕墻定義為鋁合金玻璃幕墻;定義以鋁合金玻璃幕墻為主支承結(jié)構(gòu)的開啟窗為鋁合金玻璃幕墻開啟窗，本文簡稱為幕墻開啟窗。
本文僅討論鋁合金玻璃幕墻開啟窗的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法。
《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50429-2007[1]第4.2.4條指出“框架結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析可采用一階彈性分析”。在考慮對比不同算法之前有必要明確理論和有限元方法的前提假設(shè)。簡而言之，理論計(jì)算涉及到材料力學(xué)基本假設(shè)，即平截面(幾何線性)、胡克定律(材料線性)和邊界不變性(邊界線性)，整體剛度保持不變;有限元（詞條“有限元”由行業(yè)大百科提供）分析是按線性、彈性的(幾何與材料線性)和支座接觸(邊界非線性)來模擬，整體剛度將由于接觸關(guān)系而變化。
本文通過對比不同型式、不同工況、不同計(jì)算方法來對幕墻開啟窗進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。
1 幕墻開啟窗的型式分類
按照開啟方式，幕墻開啟窗可分為上懸外開啟窗、內(nèi)平開窗、外平開窗、平推窗、內(nèi)開內(nèi)傾窗。結(jié)合建筑設(shè)計(jì)的要求、使用者體驗(yàn)調(diào)研及結(jié)構(gòu)安全度的考量，本人不建議在幕墻上大量使用平開窗，而關(guān)于平推窗的研究尚在進(jìn)行中。故本文僅討論上懸外開啟窗及內(nèi)開內(nèi)傾窗。
2 幕墻上懸外開啟窗的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法
2.1. 總體信息
假設(shè)工程位于廣州市 (抗震設(shè)防烈度（詞條“抗震設(shè)防烈度”由行業(yè)大百科提供）7度，設(shè)計(jì)地震基本加速度0.10 g)，地面粗糙度C類，建筑高45m，封閉式矩形平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供），層間高度為4.5 m，結(jié)構(gòu)梁高700 mm，框架式幕墻, 6+1.52PVB+6+12A+6mm中空夾層玻璃，分格尺寸B×H=2.0×1.2 m，基本風(fēng)壓：0.50 kPa;
2.2. 風(fēng)荷載計(jì)算
幕墻開啟窗作為玻璃幕墻的一部分，屬于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》DBJ15-101-2014規(guī)定取值。
2.2.1. 閉合狀態(tài)下風(fēng)荷載
開啟窗在結(jié)構(gòu)效應(yīng)中在平均風(fēng)壓的基礎(chǔ)上，近似考慮脈動風(fēng)瞬間的增大因素，因此通過局部風(fēng)
壓體型系數(shù)和陣風(fēng)系數(shù)（詞條“陣風(fēng)系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）來計(jì)算風(fēng)荷載。
風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=βgz·μsl·μz·W。
其中陣風(fēng)系數(shù)及風(fēng)壓高度變化系數(shù)按照計(jì)算高度采用插值法計(jì)算。
由于本地區(qū)屬于基本風(fēng)壓大于或等于0.50 kPa地區(qū)，廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)將峰值因子由2.5提高到3.0，因此該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
體型系數(shù)根據(jù)不同平面位置分別取-1.4和-1.0,同時考慮內(nèi)部壓力局部體型系數(shù)取+0.3.
2.2.2. 開啟狀態(tài)下風(fēng)荷載
開啟狀態(tài)時在結(jié)構(gòu)效應(yīng)中在平均風(fēng)壓的基礎(chǔ)仍然考慮脈動風(fēng)瞬間的增大因素，還是通過局部風(fēng)
壓體型系數(shù)和陣風(fēng)系數(shù)來計(jì)算風(fēng)荷載。
風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=βgz·μsl·μz·W。
其中陣風(fēng)系數(shù)及風(fēng)壓高度變化系數(shù)按照計(jì)算高度采用插值法計(jì)算。
由于本地區(qū)屬于基本風(fēng)壓大于或等于0.50 kPa地區(qū)，廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)將峰值因子由2.5提高到3.0，因此該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
開啟狀態(tài)跟閉合狀態(tài)最大的不同在于體型系數(shù)的取值，開啟狀態(tài)時窗構(gòu)件均直接承受風(fēng)荷載，局部體型系數(shù)應(yīng)該參照廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》DBJ15-101-2014第7.4.1之5款采用1.4的放大系數(shù)。
2.3. 地震作用計(jì)算
幕墻開啟窗作為玻璃幕墻的一部分，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定取值：動力放大系數(shù)按5.0取，水平地震影響系數(shù)最大值按相應(yīng)抗震設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)基本地震加速度根據(jù)表5.3.4取。
2.4. 作用效應(yīng)組合計(jì)算
幕墻開啟窗作為玻璃幕墻的一部分，作用效應(yīng)組合計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定分別按有地震作用和無地震作用兩種情況計(jì)算承載力和撓度。
進(jìn)行開啟窗構(gòu)件的承載力計(jì)算時，作用分項(xiàng)系數(shù)按照今年新發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2018有關(guān)強(qiáng)制性規(guī)定取值。
2.5. 允許限值
幕墻開啟窗作為玻璃幕墻的一部分，計(jì)算允許限值根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定分別按鋁合金型材結(jié)構(gòu)構(gòu)件、鋼型材結(jié)構(gòu)構(gòu)件、玻璃板（詞條“玻璃板”由行業(yè)大百科提供）材、金屬板材。
由于開啟窗雖然是玻璃幕墻的一部分，但現(xiàn)行有關(guān)玻璃幕墻規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及鋁合金門窗標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范并沒有完全涵蓋幕墻開啟窗，而其具有極限狀態(tài)下易脫落傷人的特性，其限值應(yīng)較一般的玻璃幕墻構(gòu)件從嚴(yán)取值。
2.6. 玻璃面板計(jì)算
幕墻開啟窗的玻璃荷載分配按照變形協(xié)同原理將總荷載分配至各片，計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003之6.1提供的公式得出玻璃面板的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值。
玻璃面板的撓度計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003之6.1提供的公式得出玻璃面板的最大撓度值。
2.7. 開啟位置橫梁計(jì)算
幕墻開啟位置橫梁的荷載由其承載的開啟窗傳遞而來，計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003驗(yàn)算其最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值是否小于允許值。
撓度計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003驗(yàn)算鋁合金橫梁的最大撓度值是否小于允許值。
2.8. 立柱計(jì)算
幕墻開啟位置立柱的荷載由其承載的開啟窗傳遞而來，計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003驗(yàn)算其最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值是否小于允許值。
撓度計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003之6.1驗(yàn)算鋁合金立柱的最大撓度值是否小于允許值。
2.9. 開啟窗扇計(jì)算
幕墻開啟窗分別鎖閉和開啟兩種狀態(tài)計(jì)算。
2.9.1. 閉合狀態(tài)下窗扇計(jì)算
開啟窗在閉合狀態(tài)時，頂部鉸鏈與側(cè)邊、底部鎖點(diǎn)共同作為窗扇的支點(diǎn)協(xié)同作用，采用有限元
分析方法來計(jì)算其構(gòu)件的應(yīng)力和撓度及支座反力。
風(fēng)荷載由面板傳遞：Wk=βgz·μsl·μz·W。
該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
閉合狀態(tài)下窗扇屬于非直接承受風(fēng)荷載的構(gòu)件，體型系數(shù)根據(jù)不同平面位置分別取-1.4和-1.0,同時考慮內(nèi)部壓力局部體型系數(shù)取+0.3.
根據(jù)有限元分析可以看出，上框的應(yīng)力和變形較小。如果側(cè)框和底框邊長過長而支點(diǎn)偏少，應(yīng)力和變形會較大，會造成漏水、損壞甚至脫落;反之，如果采用合適的構(gòu)件尺寸和支點(diǎn)數(shù)量，應(yīng)力和變形會控制在合適的范圍。
閉合狀態(tài)下窗扇也可以按近似公式計(jì)算，將玻璃面板的荷載按照三角形或梯形傳遞至各框，各框再按照帶懸臂端的兩支座或多支座梁分析。
2.9.2. 開啟狀態(tài)下窗扇計(jì)算
開啟狀態(tài)則非常復(fù)雜，構(gòu)件不再是非直接承受風(fēng)荷載構(gòu)件，
風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=βgz·μs1·μz·W。
其中陣風(fēng)系數(shù)及風(fēng)壓高度變化系數(shù)按照計(jì)算高度采用插值法計(jì)算。
由于本地區(qū)屬于基本風(fēng)壓大于或等于0.50 kPa地區(qū)，廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)將峰值因子由2.5提高到3.0，因此該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
開啟狀態(tài)跟閉合狀態(tài)第一個不同是體型系數(shù)的取值，開啟狀態(tài)時窗構(gòu)件均直接承受風(fēng)荷載，局部風(fēng)壓體型系數(shù)應(yīng)該參照廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》DBJ15-101-2014第7.4.1之5款采用1.4的放大系數(shù)。
開啟狀態(tài)跟閉合狀態(tài)第二個不同是鎖點(diǎn)沒有參與工作，完全靠滑撐和撐擋作為窗扇支座。
開啟狀態(tài)還須分別考慮正風(fēng)壓和負(fù)風(fēng)壓兩者情況，因?yàn)榇暗母鳂?gòu)件會處于受拉或受壓兩種完全不同的受力狀態(tài)。
開啟狀態(tài)由于其受力的復(fù)雜程度，難以按照近似公式計(jì)算，基本上采用有限元分析方法計(jì)算其各構(gòu)件的應(yīng)力和撓度。
開啟過程中，窗的各構(gòu)件受力狀態(tài)隨滑撐、撐擋打開角度的變化而變化，開啟呈不同角度時最不利構(gòu)件會不同，應(yīng)分別計(jì)算開啟至一定角度工況和開啟至最大限位角度工況，以找出不同構(gòu)件最不利受力狀況。
2.10. 結(jié)構(gòu)膠計(jì)算
幕墻開啟窗的結(jié)構(gòu)膠計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定取值：分別計(jì)算在各種荷載作用組合下鋁合金框與玻璃粘接結(jié)構(gòu)膠寬度、厚度和中空玻璃結(jié)構(gòu)膠寬度。
2.11. 窗配件計(jì)算
幕墻開啟窗的配件計(jì)算分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗(yàn)算滑撐、撐擋、鎖點(diǎn)及其相應(yīng)連接件的承載力和撓度。
2.12. 窗與幕墻支承構(gòu)件的連接計(jì)算
幕墻開啟窗支承在幕墻橫梁、立柱上，應(yīng)分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗(yàn)算窗與鋁合金橫梁、立柱連接件的承載力。
3 幕墻內(nèi)開內(nèi)傾窗的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法
3.1. 總體信息
以工程為例，位于廣州市 (抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)地震基本加速度0.10 g)，地面粗糙度C類，建筑高16m，封閉矩形平面，層間高度為4.0 m，結(jié)構(gòu)梁高600 mm，框架式幕墻, 6+1.52PVB+6+12A+6mm中空夾層玻璃，分格尺寸B×H=1.8×1.21m，基本風(fēng)壓：0.50 kPa;
3.2. 風(fēng)荷載計(jì)算
幕墻開啟窗作為玻璃幕墻的一部分，屬于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》DBJ15-101-2014規(guī)定取值
3.2.1. 閉合狀態(tài)下風(fēng)荷載
內(nèi)開內(nèi)傾窗在關(guān)閉狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)效應(yīng)中也通過局部風(fēng)壓體型系數(shù)和陣風(fēng)系數(shù)來計(jì)算風(fēng)荷載。
其中陣風(fēng)系數(shù)及風(fēng)壓高度變化系數(shù)按照計(jì)算高度采用插值法計(jì)算。
由于本地區(qū)屬于基本風(fēng)壓大于或等于0.50 kPa地區(qū)，廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)將峰值因子由2.5提高到3.0，因此該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
窗的局部體型系數(shù)根據(jù)不同平面位置分別取-1.4和-1.0,同時考慮內(nèi)部壓力局部體型系數(shù)取+0.3.
3.2.2. 開啟狀態(tài)下風(fēng)荷載
開啟狀態(tài)時在結(jié)構(gòu)效應(yīng)中在平均風(fēng)壓的基礎(chǔ)仍然考慮脈動風(fēng)瞬間的增大因素，還是通過局部風(fēng)
壓體型系數(shù)和陣風(fēng)系數(shù)來計(jì)算風(fēng)荷載。
風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=βgz·μs1·μz·W。
其中陣風(fēng)系數(shù)及風(fēng)壓高度變化系數(shù)按照計(jì)算高度采用插值法計(jì)算。
由于本地區(qū)屬于基本風(fēng)壓大于或等于0.50 kPa地區(qū)，廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)將峰值因子由2.5提高到3.0，因此該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
開啟狀態(tài)分兩種工況：內(nèi)平開和內(nèi)傾斜。這兩種狀態(tài)在廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》DBJ15-101-2014和國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012中都沒有規(guī)定，經(jīng)過分析，我們可以大致推論出其風(fēng)荷載的局部體型系數(shù)不折減也不放大，體型系數(shù)內(nèi)壓值取0.4μsl。
3.3. 地震作用計(jì)算
幕墻開啟窗作為玻璃幕墻的一部分，屬于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定取值：動力放大系數(shù)按5.0取，水平地震影響系數(shù)最大值按相應(yīng)抗震設(shè)防烈度和設(shè)計(jì)基本地震加速度根據(jù)表5.3.4取。
3.4. 作用效應(yīng)組合計(jì)算
作用效應(yīng)組合計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定分別按有地震作用和無地震作用兩種情況計(jì)算承載力和撓度。
承載力計(jì)算的作用分項(xiàng)系數(shù)按照今年新發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50068-2018有關(guān)強(qiáng)制性規(guī)定取值。
3.5. 允許限值
幕墻開啟窗作為玻璃幕墻的一部分，屬于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算允許限值根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定分別按鋁合金型材結(jié)構(gòu)構(gòu)件、鋼型材結(jié)構(gòu)構(gòu)件、玻璃板材、金屬板材。
由于開啟窗雖然是玻璃幕墻的一部分，但現(xiàn)行有關(guān)玻璃幕墻規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及鋁合金門窗標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范并沒有完全涵蓋幕墻開啟窗，而其具有極限狀態(tài)下易脫落傷人的特性，其限值應(yīng)較一般的玻璃幕墻構(gòu)件從嚴(yán)取值。
3.6. 玻璃面板計(jì)算
幕墻開啟窗的玻璃荷載分配按照變形協(xié)同原理將總荷載分配至各片，計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003之6.1提供的公式得出玻璃面板的最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值。
玻璃面板的撓度計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003之6.1提供的公式得出玻璃面板的最大撓度值。
3.7. 開啟位置橫梁計(jì)算
幕墻開啟位置橫梁的荷載由其承載的開啟窗傳遞而來，計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003之6.1得出最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值。
撓度計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003得出鋁合金橫梁的最大撓度值。
3.8. 立柱計(jì)算
幕墻開啟位置立柱的荷載由其承載的開啟窗傳遞而來，計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003得出最大設(shè)計(jì)應(yīng)力值。
撓度計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003之6.1得出鋁合金立柱的最大撓度值。
3.9. 開啟窗扇計(jì)算
內(nèi)開內(nèi)傾窗分別按照閉合和開啟兩種工況分析。
3.9.1. 閉合狀態(tài)下窗扇計(jì)算
在閉合狀態(tài)時，其結(jié)構(gòu)工作機(jī)制是頂部、側(cè)邊鎖點(diǎn)與合頁（詞條“合頁”由行業(yè)大百科提供）共同作為窗扇的支座協(xié)同作用，采用有限元分析方法來計(jì)算其構(gòu)件的應(yīng)力和撓度及支座反力。
風(fēng)荷載由面板傳遞：Wk=βgz·μs1·μz·W。
該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
閉合狀態(tài)下窗扇屬于非直接承受風(fēng)荷載的構(gòu)件時，局部風(fēng)壓體型系數(shù)時采用墻面折減系數(shù)0.8。體型系數(shù)根據(jù)不同平面位置分別取-1.4和-1.0,同時考慮內(nèi)部壓力局部體型系數(shù)取+0.3.
根據(jù)有限元分析可以看出，下框的應(yīng)力和變形較小。如果側(cè)框和底框邊長過長而支點(diǎn)偏少，應(yīng)力和變形會較大，會造成漏水、損壞甚至脫落;反之，如果采用合適的構(gòu)件尺寸和支點(diǎn)數(shù)量，應(yīng)力和變形會控制在合適的范圍。
閉合狀態(tài)下窗扇也可以按近似公式計(jì)算，將玻璃面板的荷載按照三角形或梯形傳遞至各框，各框再按照帶懸臂端的兩支座或多支座梁分析。
3.9.2. 開啟狀態(tài)下窗扇計(jì)算
開啟狀態(tài)則非常復(fù)雜，構(gòu)件不再是非直接承受風(fēng)荷載構(gòu)件。
其中陣風(fēng)系數(shù)及風(fēng)壓高度變化系數(shù)按照計(jì)算高度采用插值法計(jì)算。
由于本地區(qū)屬于基本風(fēng)壓大于或等于0.50 kPa地區(qū)，廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)將峰值因子由2.5提高到3.0，因此該項(xiàng)按照廣東省荷載規(guī)范計(jì)算得到的風(fēng)荷載較國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012計(jì)算所得風(fēng)荷載增加大約5%。
開啟狀態(tài)需要分別內(nèi)開和內(nèi)傾兩種工況分析。
開啟狀態(tài)跟關(guān)閉狀態(tài)最大的不同是鎖點(diǎn)沒有參與工作，完全靠內(nèi)倒限位器、傳動桿和合頁作為窗扇支座。
開啟狀態(tài)還須分別考慮正風(fēng)壓和負(fù)風(fēng)壓兩者情況，因?yàn)榇暗母鳂?gòu)件會處于受拉或受壓兩種完全不同的受力狀態(tài)。
開啟狀態(tài)由于其受力的復(fù)雜程度，難以按照近似公式計(jì)算，基本上采用有限元分析方法計(jì)算其各構(gòu)件的應(yīng)力和撓度。
開啟過程中，窗的各構(gòu)件受力狀態(tài)隨打開角度的變化而變化，開啟呈不同角度時最不利構(gòu)件會不同，應(yīng)分別計(jì)算開啟至一定角度工況和開啟至最大限位角度工況，以找出不同構(gòu)件最不利受力狀況。
3.10. 結(jié)構(gòu)膠計(jì)算
幕墻開啟窗的結(jié)構(gòu)膠計(jì)算根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程計(jì)算規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定取值：分別計(jì)算在各種荷載作用組合下鋁合金框與玻璃粘接結(jié)構(gòu)膠寬度、厚度和中空玻璃結(jié)構(gòu)膠寬度。
3.11. 窗配件計(jì)算
幕墻開啟窗的配件計(jì)算分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗(yàn)算內(nèi)倒限位器、合頁、傳動桿、鎖點(diǎn)及其相應(yīng)連接件的承載力和撓度。
3.12. 窗與幕墻支承構(gòu)件的連接計(jì)算
幕墻開啟窗支承在幕墻橫梁、立柱上，應(yīng)分別考慮在各種荷載作用組合下分析驗(yàn)算窗與鋁合金橫梁、立柱連接件的承載力。
4 有關(guān)風(fēng)荷載取值和結(jié)構(gòu)計(jì)算方法的建議
4.1 由于幕墻開啟窗在整體玻璃幕墻中屬于局部，特別是開啟狀態(tài)時屬于可能出現(xiàn)的開啟洞口，本文特別希望能通過專門的風(fēng)洞試驗(yàn)方法進(jìn)行模擬，以確定相應(yīng)的風(fēng)壓系數(shù)。
4.2 由于幕墻開啟窗工作狀態(tài)的復(fù)雜性，特別是開啟工況更加復(fù)雜，一般的力學(xué)分析方法很難真正反映實(shí)際，而有限元分析模擬的邊界條件也會很大程度地影響計(jì)算結(jié)果，本文特別希望能通過結(jié)合專門的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法進(jìn)行模擬，得到一定數(shù)量的數(shù)據(jù)，最終能夠證明貼合實(shí)際的幕墻開啟窗結(jié)構(gòu)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，方便廣大幕墻設(shè)計(jì)人員使用。
5 結(jié)論
針對幕墻開啟窗，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)計(jì)算分析方法的梳理，提出主要的觀點(diǎn)：幕墻開啟窗在開啟狀態(tài)時和閉合狀態(tài)有很大的不同，兩者計(jì)算方法不一樣;希望通過風(fēng)洞試驗(yàn)方法得出更科學(xué)的風(fēng)壓系數(shù);會通過結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法來證明幕墻開啟窗結(jié)構(gòu)計(jì)算有關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式。
[1] GB50429-2007《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S]
作者單位：廣東世紀(jì)達(dá)建設(shè)集團(tuán)有限公司總工程師
