学文网提要：本文介绍了点式玻璃、梁系钢结构支撑体系采光顶的设计。结合《建筑玻璃应用技术规程》、《玻璃幕墙工程技术规范》、《钢结构设计规范》，总结点式梁系斜玻璃幕墙设计方法。
关键词：点式玻璃；斜幕墙；钢结构
随着建筑的发展，大型公共建筑的大厅为了增加其通透的效果，通常在大厅顶部采用玻璃采光顶。根据玻璃采光顶造型要求，为了显示其轻巧，采光顶的支撑结构通常采用梁系钢结构、拱或组合拱钢结构、穹顶钢结构、预应力珩架体系钢结构以及网架和网壳等。
玻璃采光顶的设计属于跨行业的范围。它隶属于整个建筑（国内通常以土建结构为主体），同时关联到钢结构的设计以及玻璃的设计。玻璃采光顶属于斜玻璃幕墙，由于荷载情况，人体的直接观感等因素，其设计中要考虑的因素远多余玻璃幕墙。与玻璃幕墙体系有本质的区别。本文将对采用梁系钢结构、点式玻璃斜屋面的设计方法。
1.玻璃面板的设计
屋面采光顶的玻璃必须采用安全玻璃，在玻璃面板最高点离地高度大于5米时必须采用夹层玻璃。为了更好符合建筑要求，允许对安全玻璃进行：膜处理以增加对太阳辐射的反射，防火处理以达到消防防火要求，中空处理以增加玻璃的保温隔热功能。也可以采用上述各种处理的组合。点式玻璃斜幕墙的玻璃面板必须钢化处理。
1.1玻璃尺寸的划分及爪件的选择
按照建筑的整体要求，力求玻璃的分格种类尽量少。点式玻璃受其支撑条件的限制，过大玻璃面板将会出现：玻璃在自重的作用下成为一顶拉紧的帐篷，过大变形是无法容忍的。将玻璃的长宽尽量做到一致有利于玻璃强度的发挥。一般情况下，玻璃支点间距离可做到夹层玻璃中较厚玻璃厚度的150倍时，其自重弯曲是在视觉能够接受的范围内的。
点式玻璃的驳接爪分为夹具、球铰和钢爪组成。每四块玻璃角部的四个螺栓用“X”或“H”钢爪连接。球铰在玻璃的孔洞中可以自由转动，保证节点与玻璃的扭转约束的释放，使玻璃变形时在连接处的应力集中最小。
1.2玻璃面板的计算
由于斜幕墙与水平面的夹角在75度以下，一般的采光顶与水平面的夹角在30度以下。因此，玻璃面板设计荷载除了自重荷载、风荷载和地震荷载外，必须根据是否上人屋面考虑活荷载（此活荷载不同于《建筑结构荷载设计规范》中要求的均布活荷载，此处为局部集中荷载）；雪荷载（特别在有高低跨且玻璃采光顶位于较底一侧是积雪的影响）。
《建筑玻璃技术规程》中对于玻璃面板的计算并未明确。在计算面板的强度时，所用的公式套用《玻璃幕墙工程技术规范》中点式玻璃在风荷载作用时的公式。由于玻璃面板的变形已经超出“弹性薄板小挠度理论计算”要求。其应力与应变并非成线性增长，因此，在进行玻璃面板强度计算时须对不同的工况的应力分别计算。在计算风荷载时必须考虑阵风系数，并且风荷载标准值不小于1.0KN/m2。再按照《建筑结构荷载规范》荷载组合要求，对各工况下的应力进行组合。钢化玻璃用于斜幕墙时其强度仅为42N/mm2 （为钢化玻璃强度的一半）须特别注意。
玻璃的挠度的计算同样套用《玻璃幕墙工程技术规范》中点式玻璃在风荷载作用时的公式。在计算挠度时不考虑活荷载作用下的玻璃的挠度，但必须考虑雪荷载作用下的变形情况。求出自重荷载、雪荷载、风荷载标准值等工况下的变形。再按照《建筑结构荷载规范》荷载组合要求，对各工况下的挠度进行组合。根据《玻璃幕墙工程技术规程》点式玻璃允许极限挠度为孔洞距离长边长度的1/60。在2.0X2.0米分格的采光顶玻璃允许挠度为29mm。在观感上是无法接受的。为了达到美观的效果，建议此类玻璃的挠度控制在1/100以内为宜。
2.次梁的设计
玻璃通过爪座与次梁连接，次梁在设计中为承受集中荷载的单根型钢或钢管。在荷载的方面应考虑玻璃自重、屋面活荷载（活荷载标准值应取0.5 KN/m2）、风荷载（不须考虑阵风系数）。因屋面的倾斜，其设计按照两端简支双向受弯构件进行设计。挠度的控制以1/250为宜。具体计算可参考各种钢结构设计手册。
为了改善视觉效果，玻璃采光顶通常不设水平支撑，而是通过次梁间增设连梁与次梁形成井格（大小与玻璃分格一致或为玻璃分格的倍数）小框架来代替水平支撑。这样，连梁与次梁，次梁与主梁的连接就必须采用刚性连接——通常为焊接连接。在焊接过程中若未采取有效的变形控制，次梁的变形将变成永久变形，极大影响质量。因此，一种有效的方法就是在焊接时必须对次梁增加临时支撑。
此次梁不是纯粹的次梁，除符合上述要求外，还须符合压杆长细比的要求。
3.主梁的设计
钢结构主梁，在跨度比较小时通常采用成品型钢或钢管。跨度中等时采用焊接H形钢或箱形梁。跨度过大时可改用珩架式钢梁、组合梁以及钢结构网架等结构。因为主梁长度一般较长。次梁集中荷载与将此集中荷载折算成均布荷载时，计算误差较小。为计算方便，将钢大梁简化成一根承受均布荷载的大梁。在荷载的取值方面初次梁自重须折算成平米荷载，钢梁支撑的屋面面积大于60 m2时活荷载标准值取0.3 KN/m2外，其余与次梁荷载同。屋面大梁挠度按照《钢结构设计规范》中钢大梁类变形要求。
4.工程设计实例
4.1工程概况
本工程为某大学***书信息中心出纳大厅屋面采光顶工程。建筑面积650平方米。玻璃离地最大高度14.2米，屋面玻璃必须采用夹层玻璃。玻璃支撑体系为单梁式钢梁支撑。开间7.8米，将分成四格，每格为1.95米。次梁间距根据建筑设计精神，采用2米。工程平面***、剖面***见第1、2页
4.2主材料选用：
钢大梁跨度：19.88米 开间：7.8米 总长度：31.8米
屋面玻璃：12+1.52+8钢化夹层点式玻璃 标准板块：1.93米*2.00米
钢大梁规格；H750X300X10/12 材质：Q235
钢方管次梁：250X150X5 材质：Q235
4.3技术指标
参考文献
[1]《建筑结构荷载规范》GB50009-2013
[2]《钢结构设计规范》GB50017-2003
[3]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
[4]《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2003
[5] 赵西安.建筑幕墙工程手册.中国建筑工业出版社，2002
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