阳光房的结构设计与荷载

对铝合金玻璃阳光房的认识 
    随着我国建设事业的发展 ，大量民用建筑的建造，各种类型的玻璃阳光房(玻璃天窗)，亦开始被广泛应用于宾馆饭店、车站、机场候机楼 、商业城 、百货大厦、展览馆、体育馆、博物馆及医院等。大面积天井上加盖各种形式和颜色的玻璃阳光房，构成一个不受气候影响的室内玻璃顶空间。人们不仅能享受自然光照射，又能观望晴空，倍受人们欢迎。玻璃顶中庭在建筑中是室内一个天然采光的中心空间，这个空间起着组织，协调周围建筑的作用。带玻璃顶的建筑一般在布局上比较紧凑，更有效组织流畅的室内空间交流，并具有良好的导向性，还可以创造特有的空间序列。沉浸在阳光明亮的室内环境不受室外季节气温的影响，给人带来舒适愉快的气氛，同时它具有明显的节能力。                

   各种玻璃阳光房的设计：
应对防火 、防水、安全、保温等方面作出周密的构造细部处理，并要注意材料的选用得当。为了预防玻璃阳光房的特殊火灾危险，如烟的透光厅内积聚，并通过该厅向各层扩散，火焰通过敞开的大厅在各层间的蔓延，疏散出路得不到保护，火源和烟源较难约束，给灭火带来困难，各国防火规范和标准都有严格的要求，要求设置必要的防火灭火设备，报警设备，要求考虑烟气的有效控制和排除。

 玻璃阳光房的分类： 
 按造型分类为：单体玻璃阳光房、群体玻璃阳光房、连体玻璃阳光房。 
 单体玻璃阳光房分：单坡、双坡、三坡(三菱锥)、四坡(包括四菱锥)、半园、1／4园、多角锥、园锥、园穹等。 
 群体玻璃阳光房：是在一个屋顶系统上，由若干单体玻璃阳光房在结构件支承体系上组合成一个玻璃阳光房的群体，其形式可随意变化。 
 连体玻璃阳光房：是由几种玻璃阳光房和玻璃幕墙以共用杆件连成一个整体的玻璃顶和墙面系统，可以设计出成百个不同形状的玻璃阳光房。 
 按制作方法的分类： 
 玻璃镶嵌式铝合金阳光房：铝合金明框阳光房构造方式大多数是由倾斜或水平的铝合金组成的框格上镶嵌玻璃，并用铝合金压板固定夹持玻璃，玻璃阳光房的顶盖的围护构件，框格本身固接在承重结构上，由它传递阳光房的自重、风荷载、雪荷裁。框格明显地表现在建筑外面表面上，形成独特的建筑效果。玻璃阳光房的铝合金型材长期要经过日晒雨淋，对铝材表面氧化膜要求较高，一般为15μ(AA15)为佳。这种阳光房对铝材断面要求因形状不同而异，型材断面设计要合理，要考虑排水，否则易漏水。
 铝合金隐框玻璃阳光房：这种玻璃阳光房是随结构式隐框玻璃幕墙技术的发展而用于玻璃阳光房。这是的一种铝合金玻璃阳光房。隐框玻璃阳光房由于采用了结构性玻璃装配方法，不需要用压板夹持固定玻璃，玻璃外表面没有突出玻璃表面的铝合金杆件，这样就使阳光房表面形成一平坦(无铝型材突出物)表面，使雨水顺流畅通而下，从外观上看犹如一整片玻璃，形成壮观景象。 
这种玻璃阳光房，玻璃不是镶嵌在铝型材上， 而是用结构胶粘贴在铝材制作的框架上，结构密封胶是玻璃固定的粘接剂。同时也将玻璃阳光房密封起来 。如GE4000，VEC70a，DC995。玻璃的粘接只能用硅酮结构胶，不能用其它胶代替。我国尚没有能生产质量可靠的结构胶厂家，千万别听信个别厂家的吹嘘。这种隐框玻璃阳光房制作要求甚严。如结构胶对定位双面胶条，玻璃，铝材要作相容性和粘接性能试验，铝材粘接面的氧化膜要≥μ(AA15)。粘接表面要作特殊的清洁处理，粘接温度，湿度均有要求。 
不论明框或隐框玻璃阳光房，玻璃间要用密封胶密封， 密封不好要漏雨，这是玻璃阳光房的常见病。在打密封胶时不能雨天打，不能在冬季温度为零度左右打。除掉打胶面油污及尘土。 

 铝合金玻璃阳光房的性能要求： 
玻璃阳光房要在设计时应对以下性能进行考虑：强度 、抗震性能、防雷要求、防火要求，对密闭型玻璃阳光房还要考虑气密性、水密性、保温性能、隔声性能等。例如： 
 强度：是指玻璃阳光房抵抗风(雪)荷载能力，要注意各地区的风速值，相应的风压值，以及雪压值。这要根据国内各个不同地区，考虑计算值。即恒载、风荷和雪载。如不下雪地区就不考虑雪荷载。 
 抗震性能：玻璃阳光房在地震作用下，破坏情况是多种多样的。主要的为两个方面，主支承体系统(井字架、网架)破坏，玻璃阳光房自然随之遭破坏。支承体系统有的钢筋混凝土框架，有的是球型网架，其抗震性能随设计而不同。另一种是主支承体系统良好无损，地震时铝合金玻璃阳光房自身遭破坏，这是玻璃阳光房本身因素造成的，这要从玻璃阳光房本身抗震设计考虑，主要的要考虑玻璃阳光房和主支承体的连接可靠性，又要考虑玻璃阳光房抗挤压变形能力。 
 气密性：密封的玻璃阳光房对气密性有严格的要求，空气渗透性能表示阳光房所有部位关闭状态下的玻璃阳光房的密封能力，气密性对采用空调的建筑物有较大影响。 
 水密性：玻璃阳光房的水密性是指在风雨同时作用下或积雪溶化，屋面积水情况下，玻璃阳光房阻止雨水渗漏内侧的能力，这和暴风雨的风速，降雨量及积雪溶化后积水量有关。玻璃阳光房的内侧结露是一个很伤脑筋的问题。结露水从阳光房上向下滴落，是使人们很讨厌的事。因此对玻璃阳光房的坡面设计坡度应认真考虑， 以防止结露滴落，而是沿玻璃下泄 。玻璃阳光房的杆件应有集水槽，将沿玻璃下落的露水汇集并使其顺集水槽流到室外，在设计时要作结露计算。 
 保温性能；玻璃阳光房的保温性能是指阳光房内外侧存在空气温差条件下，玻璃阳光房阻抗从高温一侧向低温一侧传热能力，以及透射和吸收太阳辐射热后向内侧传热的能力。玻璃阳光房的传热系数或传热阻抗与所用玻璃之不同而异。如，热反射镀膜玻璃，单层浮化玻璃，中空玻璃，热反射中空玻璃，聚碳酸脂板及有机玻璃体系等均有明显的不同。 
其它应在设计中考虑：隔声性能、防火设计、防冰雹(抗冲击)性能、防雷设计等。 
玻璃阳光房是一个专门的较复杂的技术， 在建筑中所占面积虽然不太大，但要求很严，难度也不小， 非有人所想象的在网架上安几块玻璃那么简单 。我经常听到讲， 十个玻璃屋顶九个漏(包括露水)。就是有些生产厂家太小看玻璃阳光房，没有对阳光房认真设计和施工所致 。玻璃阳光房的构造设计与建筑材料，建筑物理，建筑设备以及建筑施工等问题密切相关，是一项综合性技术。玻璃阳光房的构造根据不同建筑的使用要求，不同地区的自然条件和不同的施工水平都有不同的要求，所以它又为实践性很强的技术。 
    总而言之，要做好一个完美的玻璃阳光房， 首先要作好构造设计，在设计中求达到美学处理适当，结构安全可靠，技术先进，经济合理，同时结合我国各地实际情况考虑玻璃阳光房不同的功能要求，自然条件，材料选择，施工条件等因素进行综合分析，才能创造出的构造方案，制作出美观实用和建筑物协调的铝合金玻璃阳光房。

 阳光房的设计要求
    
 安全性
阳光房结构及其所有构件的设计必须能安全承受包括恒载在内的可能的全部荷载组合，任何构件危险断面的设计应力不得超过温室结构材料的许用应力。阳光房结构及其构件必须有足够的刚度，以抵抗纵、横向的挠曲、振动和变形。
 耐久性
温室的金属结构零部件要采取必要的防腐及防锈措施，覆盖材料要有足够的使用寿命。
 稳定性
    温室结构及其构件必须具有足够的稳定性，在允许荷载作用下不得发生失稳现象。
 特殊要求（从略）
 总体结构的完整性
    温室必须具有足够的总体完整性。因外力作用局部损坏时，温室结构作为一个整体应能保持稳定，不致于发生多米诺骨牌效应。
 温室结构的经济性
    温室结构设计，允许忽略某些出现频率很低的灾害性荷载。例如，非地震高发区的地震力，非台风高发区的台风荷载，大多数地区的龙卷风等，这样可使温室制造成本大幅度降低。
 荷载（恒荷载）
 温室结构重量
    在确定设计荷载时，应使用主要建筑物的实际重量；在缺少实际数据时，可以从表1（从略）常用建筑材料比重、单位面积质量（板材和膜）等和尺寸进行计算。结构重量一般为垂直分布荷载。

    
 其他
    任何长期受结构支撑的荷载，如吊篮、种植器、高架喷灌设备和一切悬挂在温室结构上，连续超过30天的重物，均计入荷载。
 屋面均布活载和集中活载在温室的使用过程中产生的临时荷载称为活载。活载不包括风荷载、雪荷载和荷载。温室外部活载包括在屋面上工作的维修人员和放置的临时设备（如维修梯子等）；内
部活载指结构上的临时悬挂物。连续作用超过30天的荷载视作荷载。
 屋面均布活载
    设计屋面均布活载的计算结果应在0.5－0.7kN／m2之间取值。此值与第8章的雪荷载进行比较，取其中较大值。二者不重复计算。（计算公式及图表略）
 集中活载
    所有温室骨架构件，如擦条、椽条、桁架上弦杆、拱杆，应能安全承受不少于0.45kN的作用于构件中部的垂直向下的集中活载。桁架下弦杆、横梁的任意节点，也应能承受不少于0.45kN的垂直向下集中活载。
 活载限制
温室制造者应将设计活载向温室拥有者说明，温室拥有者应设法在使用过程中，避免将超过设计活载的重物（包括维修安装人员）作用到骨架或支撑构件上。

 风荷载
 基本风压和风荷载标准值
 7.1.1 垂直作用在温室结构表面的风荷载标准值Wk＝βzμsμzW0（0为下标）式中：Wk——风荷载标准值，kN／m2（2为上标）；βz——高度Z处的风振系数，温室一般为非高层建筑，取值1.0；μs——风荷载体形系数；μz——风压高度变化系数；W0（0为下标）——基本风压，kN／m2（2为上标）。
    7.1.2 基本风压W0（0为下标）
    基本风压以当地比较空旷平坦地面上，离地10m高，统计所得的30年一遇10min平均风速V0（m／s）为标准，按W0（0为下标）=V20（2为上标，0为下标）/1600确定风压值。
基本风压应按GBJ9的“全国基本风压分布图”的规定采用。
    当城市或建设地点的基本风压在全国基本风压分布图上没有给出时，按下列方法确定：
    当地有10年以上的年风速资料时，可通过对资料的统计分析确定。
    当地的年风速资料不足10年时，可通过与有长期资料或有规定基本风压的附近地区进行对比分析后确定。
    当地没有风速资料时，可通过对气象和地形条件的分析，并参照GBJ9的“全国基本风压分布图”上的等值线用插入法确定。
 风压高度变化系数
 最小设计风荷载
温室抗风主体结构的设计风荷载（风荷载标准值）不得小于0.25kN／m2（2为上标，下同）。如果按7.1.1公式计算出来的风荷载标准值结果不足0.25kN／m2，垂直于受力表面的总的设计压力取为0.25kN／m2。

 雪荷载
 基本雪压和雪荷载
 作用在温室屋面水平投影面上的平衡雪荷载标准值Sk应按公式计算。
    Sk=μrS0
式中：Sk——屋面平衡雪荷载标准值，kN／m2；S0——基本雪压，kN／m2；μr——屋
面积雪分布系数。
 基本雪压S0以一般空旷平坦地面上统计得出的30年一遇积雪量的自重确定。
    基本雪压应按GBJ9的“全国基本雪压分布图”的规定采用。在有雪地区，当城市或建设地点的基本雪压值在“全国基本雪压分布图”上没有给出时，其基本雪压值可按下列方法确定：
    当地有10年以上的年雪压资料时，可通过对资料的统计分析确定。
    当地的年雪压资料不足10年时，可通过与有长期资料或有规定基本雪压的附近地区进行对比分析确定。
当地没有雪压资料时，可通过对气象和地形条件的分析，并参照GBJ9的“全国基本雪压分布图”上的等压线用插入法确定。