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GRC构件厂家讲解GRC幕墙和建筑装饰构件的设计原则

发表时间:2018-09-14     责任编辑:用心装饰

  GRC幕墙和建筑装饰构件的设计原则主要包括:设计依据、GRC材质假定、极限状态设计方法、试验原则。

  一、设计依据

  GRC幕墙和建筑装饰构件应依据国家和行业有关规范、标准进行设计。

  鉴于GRC属于比较新的材料,国际上积累的经验也应当作为参考。建议在设计中参照国际专业协会和国外有关规范和技术指南。

  二、GRC材质假定

  在GRC设计计算时,假定GRC为各向同性均质的弹性材料,与金属材料一样。

  GRC显然不是严格意义上的各向同性均质材料,但作为薄壳构件,准确的材料性质分析不仅有困难,也没有必要。欧洲、美国、澳洲各国有关GRC的手册都是在试验数据的基础上按照均质假定进行计算。国际GRC协会的设计指南也如此规定。

  三、极限状态设计方法

  在进行GRC幕墙和建筑装饰构件的结构设计时,采用极限状态设计方法,其中:

  在进行强度、失稳等承载能力设计时,采用承载能力极限设计方法;在进行挠度、裂缝等设计时,采用正常使用极限状态。

  1.极限状态设计方法

  整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,此特定状态为该功能的极限状态。

  例如,幕墙板不能断裂,这是安全使用的功能要求。在荷载作用下,比如在风荷载或地震作用的作用下,达到了一个状态,在此状态再增加荷载构件就会断裂了,这个特定的状态就是极限状态。

  再比如,幕墙板不能挠度过大,挠度大了墙面就不平整,虽然可以继续使用,但不能认为是正常使用了。于是规范规定一个限值,比如板长的1/300,认定在荷载作用下,挠度达到这个限值时就处于极限状态。

  极限状态设计方法以概率理论为基础。

  极限状态分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。在进行设计时,要根据所设计功能要求属于哪个状态进行荷载选取、计算和组合。

  2.承载能力极限状态

  承载能力极限状态对应于构件的安全性、可靠性和耐久性,超过此状态,构件就不能继续承受荷载了。GRC幕墙和构件,附带的预埋件、锚杆、龙骨,与主体结构连接的节点等。出现下列状态之一时,就认为超过了承载能力极限状态:

  1) 构件因超过材料强度而破坏,如GRC板断裂、出现严重的穿透性裂缝等;

  2) 因疲劳导致的强度破坏;

  3) 变形过度而不能继续使用;

  4) 丧失稳定性;

  5) 变为机动体系(几何可变体系

  3.正常使用极限状态

  正常使用极限状态对应于构件的装饰性。超过此状态,构件尽管没有破坏,但超过了可以容忍的正常使用状态。出现下列状态之一时,被认为超过了正常使用极限状态:

  1) 出现影响正常使用的变形,如挠度超过了规定的限值;

  2) 局部破坏,如产生了表面裂缝或局部裂缝等。

  四、试验原则

  GRC只有几十年的历史,应用也不够广泛,所获得的经验还不够充分,理论尚在完善中。所以,在实际工程应用中,关于GRC的性能,特别是力学性能和物理性能,须基于试验来得到可靠数据。

  GRC抗弯强度随时间衰减,应通过老化试验得到使用期末老化后的强度,以确定设计强度。

  对每一种配合比及其变化,包括外加剂的变化,质感层的配合比和颜色配方的变化等,都要做力学和物理性能试验,如抗弯强度、收缩率、抗冻融等项目的试验。表面装饰质感层与GRC基层在温度、湿度变化情况下相互结合是否牢固,也应当通过试验判断。

  对于每一种方法,比如埋置锚杆的锚固凸盘,特别是悬挂构件的锚杆锚固凸盘,预埋件的埋置锚固方式、肋的设置等,也应当做强度和变形试验。

  干湿变形和温度变形受到约束产生的内力很大,对每种配合比应当做温度变形和干湿变形率试验。

  设计所采用的数据,不应当只依据一次或几次试验的结果确定。如美国规范明确规定,设计采用的数据应当基于20次试验、每次试验6个样块,共120个试验数据得出的结果。

  五、设计质量要点

  GRC幕墙和建筑装饰构件的设计比较繁杂,包括材质设计、建筑设计、结构设计、产品设计和产品保护设计等,各个环节互相关联。GRC幕墙和建筑装饰构件工程的设计容易出现漏项、交代不详细或交代不清楚的问题。

  GRC幕墙和建筑装饰构件用于建筑外墙,大多数挂在建筑物高处,一旦设计有问题,特别是结构和构造有问题,会形成安全隐患甚至造成事故。GRC构件是预制构件,大多不具通用性,一旦出现错误,没有补救机会,会造成很大的经济损失。因此,设计质量必须保证。

  设计质量要点:

  应列出详细的设计清单以避免设计漏项;

  应细分每个构件的各个部分(包括与主体结构体系的连接部分),列出详细的计算效应清单和对应的荷载与作用清单;必须考虑构件在制作、存放、运输、安装和长期使用过程中的各种直接和间接的作用;对各个部分进行承载能力设计和变形验算。

  1) 须给出GRC设计强度等级,以GRC衰减后的强度为设计强度;

  2) 在北方地区须提出GRC抗冻性要求;

  3) 对所有材料、GRC、金属材料、接缝材料、表面处理材料、防锈蚀材料、焊接材料等都提出明确的材质、性能要求;

  4) 给出GRC造型、尺寸、质感、颜色的要求;给出制作和安装的允许误差;

  5) 须根据GRC构件安装的主体结构和围护结构情况进行连接节点的设计;

  6) 须保证锚杆、预埋件的可靠锚固;

  7) 须保证连接节点有三维方向调整误差的空间;

  8) 须保证连接节点弹性可位移,以释放变形受到约束所产生的应力;

  9) 构件设计要便于制作、脱模、运输和安装;

  10) 结构设计必须有详细的计算书;

  11) 图样表达清楚准确。

  六、设计责任

  由于GRC幕墙和建筑装饰构件属于非结构构件,又是新材料,许多用户和建筑设计单位对之不重视也不熟悉,设计往往被忽视,或委托给GRC制造商,甚至连结构设计也由制造商承担。而许多制造商并没有足够的技术力量,特别是缺少结构工程师可以承_计职责,所以幕墙和建筑装饰构件的一些必要和重要的设计工作或处于空白状态,或盲目地照抄照搬其他工程的做法,或蛮干。

  GRC幕墙和建筑装饰构件的设计责任应当明确规定。

  在美国,混凝土协会的规范规定,注册建筑师和X程师承担GRC幕墙设计的最终责任,而制造商只承担协助责任。

  GRC幕墙和装饰构件应当由有资质的建筑设计单位承担设计的最终责任。建筑设计由建筑师承担,结构设计由结构工程师承担。即使GRC制造厂家有设计能力,如果没有设计资质,图纸也应由设计单位审核签发。

  GRC幕墙与建筑装饰构件的设计过程应当是建筑师、结构工程师、制造厂家工艺工程师、安装工程师苴动的过程,有经验有设计能力的制造厂家是建筑师和工程师了解和正确设计GRC的桥梁,但不能越俎代庖。可以由制造厂家工艺工程师独立承担酌设计责任仅限于配合比设计、模具设计、产品保护设计等。

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