幕牆是由板、杆等構件組成的結構體系,。這個體系要承受風荷載、自重作用、溫度變化等作用產生的各種效應。這個體系的整體的力學計算問題包括:
(1)對實際結構進行力學計算所必需的簡化工作,即計算簡圖的選擇;
(2)結構組成規律及其力學性質；
(3)結構的反力、內力和變形的計算方法,各種計算方法的適用範圍;
(4)結構構件截面的應力分析和強度設計及構造處理等有關問題。
我們要運用結構力學的知識來選擇結構方案,計算結構的內力和變形。結構力學是進行結構設計的一項重要工具,但是隻注意計算,不注意L藝、材料、方案、構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驗辦事,忽視結構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。
計算簡圖是進行結構計算時用以代表實際結構的簡化模型
實際結構是很複雜的,完全按照結構的實際情況進行力學分析是不可能的,也是不必要的。因此對實際結構進行力學計算以前,必須加以簡化,略去不重要的細節,表現其基本特點。
計算簡圖應當滿足下列要求:
(1)反映實際結構的工作性能;
(2)便於計算。
選取計算簡圖時,必須分清主次,抓住本質和主流,略去不重要的細節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量事故。在下面各章討論每種結構時,將說明從實際結構到
計算簡圖的簡化過程,並總結計算簡圖選擇的規律。
選擇結構的計算簡圖時,必須對結構的支座進行簡化,這裡只討論幕牆(採光頂)常用的支座。
把幕牆(採光頂)結構與主支承結構聯繫起來的裝置叫做支座。支座的作用是把幕牆(採光頂)固定在主支承結構上,同時將幕牆所承受的荷載和間接作用通過支座傳到主支承結構上,支座對幕牆(採光頂)的反作用力稱為支座反力。我們把幕牆(採光頂)都簡化為平面結構,這種結構的支座構造形式多種式樣,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。固定鉸支座允許結構繞鉸A(圓柱中心線)轉動但點A的水平移動和豎向移動則被限制,因此當結構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構繞A點轉動,又允許結構
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,當結構受到作用時。這種支座只有垂直於支承向的法向力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。活動餃支座對構件的約束與根鏈杆對構件的約束在本質上是相同的。因此當以鏈杆作為約束時,它也只能附止物件沿鏈杆兩端鏈中心的連線方向運動,面允許構件繞杆端的中心和沿垂直鏈杆軸線的方向移動,鏈杆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)
彈性支座不同於鏈針。鏈杆由於木身剛度大,在沿鏈杆兩端鉸鏈連線方向的作用下變形量很小,於是假定是不變形的;而彈性支座在垂算於受力杆軸線的作用下,會發生不可忽略的變形,這種變形會引起杆產生內力
結構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。分析平面解構的幾何構造,判定它是否是個牢固的(幾何不變)體系,是結構設計的一項重要內容。結構受荷載作用時截面上產生應力,材料因而產生應變,由於材料的應變,結構會產生變形,這種變形一般是很小的。在幾何構造分析中,我們不考慮這種由於材料的應變所產生的變形。這樣杆件體系可以分兩類:
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
一般結構都必須是兒何不變體系,而不能採用幾何可變體系。幾何構造分析的主要目的就是保證結構是幾何不變的。
玻璃幕牆(採光頂)的結構一是靜定結構(除雙圓拱採光頂外),靜定結構的內方完全可以山靜力平衡條件確定,靜定結構的受力分析,主要是選取隔離體,應用靜力平條件來計算支座的反力和杆件的內力。
結構力學主要是討論整個結構(即杆件體系)的計算問題,因此在結構力學中所到
的本問題是如何處理各個杆件之間的聯繫問題,所採用的基本辦法是分解和綜合的方法,即把結構體系分解成杆件和單元,把結構內力的計算問題分解為杆件和單元的內力計算問題,以收到各個擊破的結果
受力分析和構造分析是密切相關的:所謂構造分析就是研究一個結構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,就是研究如何把結構的內力計算,分解為單元的內力計算,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。為了掌據內力計算的規律,就必須抓住受力分析與構造分析兩者之間的內在聯繫。
幕牆(採光頂)結構往往是比較複雜的,在設計時,應根據整體統帥局部,分割解決的辦法,先將玻璃(採光頂)化整為零,分解成杆件,對這些杆件一件件進行設計計算,然後再合零為整,設計出完整的幕牆(採光頂)。在進行各個構件設計計算時,也不能對全部有關因東原封不動地進行分析和計算,要根據構件的實際上作情況,抓住最本質的東四,將具體的杆件抽象成為可以進行力學分析和結構計算的簡圖。由於在結構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,一般需要從結構本身、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)儘可能反映出結構的真實受力情況
(2)儘可能使計算簡化
當然,這兩者是矛盾的,但是隻要加強調查研究,進行深入細緻的分析工作,認真總結經驗,總可以使這對矛盾的兩個方面得到統一。
下而試以（圖3）幕牆立柱為例說明計算簡圖的取法。此幕牆採取由下面上的安裝程序,其節點佈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.結構的簡化
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轉動,是典型的固定鉸支座;立柱下端套在插入下（圖3），幕牆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。有這兩種支座的杆件是典型的簡支梁。它與實際結構工作情的差別在於下端並不真正位於支座,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。這種計算簡圖對結構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。這是由於B支座實質是下一層立柱的C點。在均布荷載和B點的集中反力作用下會產生位移,這種結構已屬超靜定結構,不再是簡支梁,內力分析相當複雜,只有具有相當計算技術水平時才能得出準確的計算結果
對幕牆杆件也可近似地採用（圖6）的計算簡圖
3.荷載的簡化
將作用在幕牆上的風荷載當作沿幕牆而均勻分佈的荷載,它對立柱來說是均布的線荷載。
各種類型幕牆(採光頂)承受各種形式荷載(間接作用),其計算簡圖的選擇、受力分析以及杆件截面設計,將在以後各章中結合典型結構進行討論。
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