5.2 抗风压设计

5.2.1 用于室外的建筑玻璃应进行抗风压设计，并应同时满足承载力极限状态和正常使用极限状态的要求。幕墙玻璃抗风压设计应按现行行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102执行。
5.2.2 除中空玻璃以外的建筑玻璃承载力极限状态设计，可采用考虑几何非线性的有限元法进行计算，且最大应力设计值不应超过短期荷载作用下玻璃强度设计值。
5.2.3 矩形建筑玻璃的最大许用跨度也可按下列方法计算：
    1 最大许用跨度可按下式计算：     式中：w——风荷载设计值(kPa)；
              L——玻璃最大许用跨度(mm)；
              k1、k2、k3、k4——常数，根据玻璃的长宽比进行取值。
    2 k1、k2、k3、k4的取值应符合下列规定：
    1)对于四边支承和两对边支承的单片平板矩形玻璃、单片半钢化矩形玻璃、单片钢化矩形玻璃和普通夹层矩形玻璃，其k1、k2、k3、k4可按本规程附录C取值。夹层玻璃的厚度应为去除胶片后玻璃净厚度和。三边支撑可按两对边支撑取值。
    2)对于压花玻璃，其k1、k2、k3、k4可按本规程附录C中平板玻璃的k1、k2、k3、k4取值。按公式(5.2.3)计算玻璃最大许用跨度时，风荷载设计值应按公式(5.1.1)的计算值除以玻璃种类系数取值。
    3)对于真空玻璃，其k1、k2、k3、k4可按本规程附录C中普通夹层玻璃的k1、k2、k3、k4取值。
    4)对于半钢化夹层玻璃和钢化夹层玻璃，其k1、k2、k3、k4可按本规程附录C中普通夹层玻璃的k1、k2、k3、k4取值。按本规程式(5.2.3)计算玻璃最大许用跨度时，风荷载设计值应按本规程式(5.1.1)的计算值除以玻璃种类系数取值。
    5)当玻璃的长宽比超过5时，玻璃的k1、k2、k3、k4应按长宽比等于5进行取值。
    6)当玻璃的长宽比不包含在本规程附录C中时，可先分别计算玻璃相邻两长宽比条件下的最大许用跨度，再采用线性插值法计算其最大许用跨度。
5.2.4 除中空玻璃以外的建筑玻璃正常使用极限状态设计，可采用考虑几何非线性的有限元法计算，且挠度限值[d]应取跨度的1／60。四边支承和两对边支承矩形玻璃正常使用极限状态也可按下列规定设计：
    1 四边支承和两对边支承矩形玻璃单位厚度跨度限值应按下式计算：     式中：  ——玻璃单位厚度跨度限值；
              wk——风荷载标准值(kPa)；
              k5、k6、k7、k8——常数，可按本规程附录C取值。
    2 设计玻璃跨度(a)除以玻璃厚度(t)，不应大于玻璃单位厚度跨度限值 。
5.2.5 作用在中空玻璃上的风荷载可按荷载分配系数分配到每片玻璃上，荷载分配系数可按下列公式计算：
    1 直接承受风荷载作用的单片玻璃：     式中：ξ——荷载分配系数；
              t1——外片玻璃厚度(mm)；
              t2——内片玻璃厚度(mm)。
    2 不直接承受风荷载作用的单片玻璃：     式中：ξ2——荷载分配系数；
              t1——外片玻璃厚度(mm)；
              t2——内片玻璃厚度(mm)。
5.2.6 中空玻璃的承载力极限状态设计和正常使用极限状态设计，可根据分配到每片玻璃上的风荷载，采用本规程第5.2.2条、第5.2.4条的方法进行计算。 5.2.1 目前国外建筑玻璃抗风压设计多采用一种半经验公式，如澳大利亚标准和日本标准中均有相应公式，现将它们叙述如下：
    日本公式：     式中：wk——风荷载标准值(N／m㎡)；
              A——玻璃面积(㎡)；
              t——玻璃的厚度(mm)；
              K——玻璃的品种系数(与抗风压调整系数有关)；
              F——安全因子，一般取2.50，此时对应的失效概率为1‰。
    此公式的具体形式为：     式中：α——抗风压调整系数。
    澳大利亚国家标准AS1288-1989版中的公式；     上述风压公式都满足wk·A＝f(f)的形式，其中f(t)是玻璃厚度t的函数，确定风压公式的关键在于f(f)的函数形式及其参数系数。
    在制订《建筑玻璃应用技术规程》JGJ 113-1997版时，编制组做了大量抗风压实验验证，通过分析比较，确定采用澳大利亚风压公式。在修订《建筑玻璃应用技术规程》JGJ 113-2003版时继续使用。
    在公式(3)和(4)中，对于任何长宽比的矩形玻璃，都采用同一面积，这里存在着误差，因为同等面积条件下，不同长宽比的矩形玻璃，其承载力是不同的。对于平板玻璃、半钢化玻璃和钢化玻璃，仅采用抗风压调整系数处理也存在着误差，因为这三种玻璃沿玻璃断面的内应力分布是不同的，因此其承载力也不同。由于玻璃在风荷载作用下的力学性能研究试验量巨大，耗时长，因此各国在当时基本上都是采用类似的计算方法，基本能满足设计要求。
    澳大利亚国家标准AS1288-2006版中采用了新的方法，考虑了矩形玻璃长宽比的影响，将原来计算玻璃板面积，改为计算不同长宽比条件下的最大跨度。考虑了不同种类玻璃的各自特性，对平板玻璃、半钢化玻璃和钢化玻璃分别采用不同的计算参数。中空玻璃由原来两片玻璃同时考虑，改为按荷载分配系数各自独立计算。同时增加了玻璃板挠度限值计算方法，其精确度比1989版的更高、更合理、更全面，因此，本标准在本次修订中参考采用。
5.2.3 建筑玻璃在风荷载作用下的变形非常大，已远远超出弹性力学范围，应考虑几何非线性。风荷载是短期荷载，所以玻璃强度值应按短期荷载强度值采用。工程上采用非矩形玻璃的情况很多，如菱形、梯形、三角形，不规则多变形等等，对于任何形状建筑玻璃都可采用考虑几何非线性的有限元法进行计算。
    矩形建筑玻璃是工程上用量最大的，由于形状规则，除可采用有限元方法外，也可采用本规程给出的设计计算方法。对于任意尺寸的矩形玻璃，其边长分别为b和a，其长宽比为b／a，根据选择的品种，如平板、半钢化、钢化或夹层玻璃，试选其厚度，采用附录C中相应的k1、k2、k3、k4参数，可计算出最大许用跨度L，如果所设计玻璃的跨度小于最大许用跨度L，则计算通过，满足玻璃承载力极限设计条件。如果所设计玻璃的跨度大于最大许用跨度L，则需增加玻璃厚度，直至所设计玻璃的跨度小于最大许用跨度L。
    由于夹层玻璃厚度按玻璃净厚度计算，中间层胶片不计算在内，真空玻璃在构造和传力方面与夹层玻璃相似，因此真空玻璃的k1、k2、k3、k4参数可采用普通夹层玻璃的。
    三边支撑比两对边支撑有利，因此对于三边支撑的情况可采用两对边支撑的情况设计和取值。
    由于夹丝玻璃、压花玻璃和平板玻璃同属退火玻璃，其沿玻璃厚度断面方向内应力相似，k1、k2、k3、k4参数相同，可采用风荷载设计值除以抗风压调整系数的方法，但风荷载设计值增加了。
    同样道理，计算半钢化夹层玻璃和钢化夹层玻璃最大许用跨度时，可按附录C中普通夹层玻璃采用相应系数，风荷载设计值应除以抗风压调整系数，风荷载设计值降低了。
5.2.4 对于建筑玻璃正常使用极限状态的设计，目前世界各国大多采用最大挠度限值为跨度的1／60，本规程也采用这一限值。对于任何形状的建筑玻璃，都可采用考虑几何非线性的有限元法计算。
    矩形建筑玻璃是工程上用量最大的，由于形状规则，除可采用有限元方法外，也可采用本规程给出的设计计算方法。玻璃正常使用极限状态设计时的挠度限值与玻璃种类无关，单位厚度玻璃的挠度限值与厚度无关，因此k5、k6、k7、k8参数对于所有矩形玻璃都是一样的。
5.2.5 中空玻璃两片玻璃之间的传力是靠间隙层中的气体，对于风荷载这种瞬时荷载，气体也会在一定程度上被压缩，因此外片玻璃风荷载分配系数适当加大是合理的。