幕墻是由板、桿等構(gòu)件組成的結(jié)構(gòu)體系,。這個體系要承受風荷載、自重作用、溫度變化等作用產(chǎn)生的各種效應。這個體系的整體的力學計算問題包括:

(1)對實際結(jié)構(gòu)進行力學計算所必需的簡化工作,即計算簡圖的選擇;

(2)結(jié)構(gòu)組成規(guī)律及其力學性質(zhì)；

(3)結(jié)構(gòu)的反力、內(nèi)力和變形的計算方法,各種計算方法的適用范圍;

(4)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的應力分析和強度設計及構(gòu)造處理等有關問題。

我們要運用結(jié)構(gòu)力學的知識來選擇結(jié)構(gòu)方案,計算結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形。結(jié)構(gòu)力學是進行結(jié)構(gòu)設計的一項重要工具,但是只注意計算,不注意L藝、材料、方案、構(gòu)造以及施工等條件的設計是不符合實際的,另一方面那種單憑經(jīng)驗辦事,忽視結(jié)構(gòu)分析和計算的做法也是危險的,我們要同時避免這兩種傾向。

計算簡圖是進行結(jié)構(gòu)計算時用以代表實際結(jié)構(gòu)的簡化模型

實際結(jié)構(gòu)是很復雜的,完全按照結(jié)構(gòu)的實際情況進行力學分析是不可能的,也是不必要的。因此對實際結(jié)構(gòu)進行力學計算以前,必須加以簡化,略去不重要的細節(jié),表現(xiàn)其基本特點。

計算簡圖應當滿足下列要求:

(1)反映實際結(jié)構(gòu)的工作性能;

(2)便于計算。

選取計算簡圖時,必須分清主次,抓住本質(zhì)和主流,略去不重要的細節(jié)計算簡圖的選擇是力學計算的基礎,極為重要,如果把計算簡圖取錯了,就會出設計差錯,甚至造成嚴重的工程質(zhì)量事故。在下面各章討論每種結(jié)構(gòu)時,將說明從實際結(jié)構(gòu)到

計算簡圖的簡化過程,并總結(jié)計算簡圖選擇的規(guī)律。

選擇結(jié)構(gòu)的計算簡圖時,必須對結(jié)構(gòu)的支座進行簡化,這里只討論幕墻(采光頂)常用的支座。

把幕墻(采光頂)結(jié)構(gòu)與主支承結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來的裝置叫做支座。支座的作用是把幕墻(采光頂)固定在主支承結(jié)構(gòu)上,同時將幕墻所承受的荷載和間接作用通過支座傳到主支承結(jié)構(gòu)上,支座對幕墻(采光頂)的反作用力稱為支座反力。我們把幕墻(采光頂)都簡化為平面結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的支座構(gòu)造形式多種式樣,但在計算簡圖中常用的有下列

1.固定鉸支座

這種支座常用圖1(a)表示。固定鉸支座允許結(jié)構(gòu)繞鉸A(圓柱中心線)轉(zhuǎn)動但點A的水平移動和豎向移動則被限制,因此當結(jié)構(gòu)受到和豎向反力作用時,這種支座有水平反力H 豎向反力v。如果忽略A處的摩擦力,則反力H和y通過鉸的中心。

2.活動鉸支座

這種支座常用圖1(b)表示,活動鉸支座應該允許結(jié)構(gòu)繞A點轉(zhuǎn)動,又允許結(jié)構(gòu)

沿文承墊板的平面移動,但限制點A沿支承面法線方向移動。因此,當結(jié)構(gòu)受到作用時。這種支座只有垂直于支承向的法向力R,如果忽略餃A與墊板兩處的摩擦力,則反力R通過鉸的中心?；顒语溨ё鶎?gòu)件的約束與根鏈桿對構(gòu)件的約束在本質(zhì)上是相同的。因此當以鏈桿作為約束時,它也只能附止物件沿鏈桿兩端鏈中心的連線方向運動,面允許構(gòu)件繞桿端的中心和沿垂直鏈桿軸線的方向移動,鏈桿的約束反力一定是沿著其兩端鉸能連線方向的一個力

3.彈性支座(圖1c)

彈性支座不同于鏈針。鏈桿由于木身剛度大,在沿鏈桿兩端鉸鏈連線方向的作用下變形量很小,于是假定是不變形的;而彈性支座在垂算于受力桿軸線的作用下,會發(fā)生不可忽略的變形,這種變形會引起桿產(chǎn)生內(nèi)力

結(jié)構(gòu)既然是用來支承荷載的,它必須是固的、能夠維持自己的形狀和位置。分析平面解構(gòu)的幾何構(gòu)造,判定它是否是個牢固的(幾何不變)體系,是結(jié)構(gòu)設計的一項重要內(nèi)容。結(jié)構(gòu)受荷載作用時截面上產(chǎn)生應力,材料因而產(chǎn)生應變,由于材料的應變,結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生變形,這種變形一般是很小的。在幾何構(gòu)造分析中,我們不考慮這種由于材料的應變所產(chǎn)生的變形。這樣桿件體系可以分兩類:

兒何不變體系——在不考慮材料應變的條件下,體系位置和形狀是不能改變的(圖2b)

幾何可變體系一一在不考慮材料應變的條件下,體系的位置和形狀是可以改變的

一般結(jié)構(gòu)都必須是兒何不變體系,而不能采用幾何可變體系。幾何構(gòu)造分析的主要目的就是保證結(jié)構(gòu)是幾何不變的。

玻璃幕墻(采光頂)的結(jié)構(gòu)一是靜定結(jié)構(gòu)(除雙圓拱采光頂外),靜定結(jié)構(gòu)的內(nèi)方完全可以山靜力平衡條件確定,靜定結(jié)構(gòu)的受力分析,主要是選取隔離體,應用靜力平條件來計算支座的反力和桿件的內(nèi)力。

結(jié)構(gòu)力學主要是討論整個結(jié)構(gòu)(即桿件體系)的計算問題,因此在結(jié)構(gòu)力學中所到

的本問題是如何處理各個桿件之間的聯(lián)系問題,所采用的基本辦法是分解和綜合的方法,即把結(jié)構(gòu)體系分解成桿件和單元,把結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算問題分解為桿件和單元的內(nèi)力計算問題,以收到各個擊破的結(jié)果

受力分析和構(gòu)造分析是密切相關的:所謂構(gòu)造分析就是研究一個結(jié)構(gòu)如何用單元組合起來,形象地說,就是研究“如何搭”的問題。所謂受力分析,就是研究如何把結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算,分解為單元的內(nèi)力計算,形象地說就是研究“如何拆”的問題。組合與分解“搭”與“拆”是相輔相成的。為了掌據(jù)內(nèi)力計算的規(guī)律,就必須抓住受力分析與構(gòu)造分析兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系。

幕墻(采光頂)結(jié)構(gòu)往往是比較復雜的,在設計時,應根據(jù)整體統(tǒng)帥局部,分割解決的辦法,先將玻璃(采光頂)化整為零,分解成桿件,對這些桿件一件件進行設計計算,然后再合零為整,設計出完整的幕墻(采光頂)。在進行各個構(gòu)件設計計算時,也不能對全部有關因東原封不動地進行分析和計算,要根據(jù)構(gòu)件的實際上作情況,抓住本質(zhì)的東四,將具體的桿件抽象成為可以進行力學分析和結(jié)構(gòu)計算的簡圖。由于在結(jié)構(gòu)設計中是以計算簡圖作為力學計算的主要對象,因此,選取計算簡圖是-項十分重要的工作。

在選取計算簡圖時,一般需要從結(jié)構(gòu)本身、支座和荷載三個方面進行簡化。簡化時應下遵循列兩個原則：

(1)盡可能反映出結(jié)構(gòu)的真實受力情況

(2)盡可能使計算簡化

當然,這兩者是矛盾的,但是只要加強調(diào)查研究,進行深入細致的分析工作,認真總結(jié)經(jīng)驗,總可以使這對矛盾的兩個方面得到統(tǒng)一。

下而試以（圖3）幕墻立柱為例說明計算簡圖的取法。此幕墻采取由下面上的安裝程序,其節(jié)點布置也按這種程序設置,立柱按樓層設置,其下端套在下一層立柱設置的套管上,上端(內(nèi)裝套管以便固定上一層立柱)固定在樓層板(梁)上。

其計算簡圖,一般的可簡化為兩端支承在樓層樓板(梁)上的簡支梁(圖4)。

它有三個方面的簡化

1.結(jié)構(gòu)的簡化

以立柱的軸線代表立柱,樓層高度為立柱的計算跨度

2.支座的簡化

立柱上端固定在樓層樓板(梁)上,它的水平與豎向活動均受限制,只可繞點A轉(zhuǎn)動,是典型的固定鉸支座;立柱下端套在插入下（圖3），幕墻立柱一層立柱的套管上,它豎向可以活動,僅水平方向的活動受到限制, 是典型的活動鉸支座。有這兩種支座的桿件是典型的簡支梁。它與實際結(jié)構(gòu)工作情的差別在于下端并不真正位于支座,而距支座上一定離,這段距離是下一層立柱,立柱固點以上又納入上一層立柱的計算簡圖,但這種簡化基本上反映了立柱的實際情況,是可取的。

另一種計算簡圖如（圖5）所示。這種計算簡圖對結(jié)構(gòu)受力情況的反映更推確。立柱A點固定點以上挑出一段到C點,C點又是上一層立柱的支座,B點支承在下一層立柱的c點上。A點是固定鉸支座;B點是彈性支座,它既不能限制立柱豎向活動,而水平方向同為彈性支。這是由于B支座實質(zhì)是下一層立柱的C點。在均布荷載和B點的集中反力作用下會產(chǎn)生位移,這種結(jié)構(gòu)已屬超靜定結(jié)構(gòu),不再是簡支梁,內(nèi)力分析相當復雜,只有具有相當計算技術(shù)水平時才能得出準確的計算結(jié)果

對幕墻桿件也可近似地采用（圖6）的計算簡圖

3.荷載的簡化

將作用在幕墻上的風荷載當作沿幕墻而均勻分布的荷載,它對立柱來說是均布的線荷載。

各種類型幕墻(采光頂)承受各種形式荷載(間接作用),其計算簡圖的選擇、受力分析以及桿件截面設計,將在以后各章中結(jié)合典型結(jié)構(gòu)進行討論。