结构设计是门窗幕墙工程设计的重要组成部分，其中有几组概念极易混淆使用，本期对这几组概念做一简单辨析，供各位参考！
1、作用 vs 作用效应
首先是作用和作用效应，顾名思义，作用就是施加在构件上使构件产生变化的原因；作用效应就是作用产生的效果，一般是应力或变形。
GB 55001-2021《工程结构通用规范》中定义为：
作用：施加在结构上的集中力或分布力和引起结构外加变形或约束变形的原因。前者为直接作用，也称为荷载；后者为间接作用。
作用效应：由作用引起的结构或结构构件的反应。
可见，作用可分为直接作用(荷载)和间接作用(作用)。荷载为直接作用，如风荷载、雪荷载、活荷载等；间接作用，如温度作用、地震作用等。
作用效应就是作用引起的结构或结构构件的反应，常见的就是内力、变形等。
这里笔者常见到的就是将“作用(或荷载)”和“作用效应(或荷载效应)”混为一谈，因此需要明确区分。
2、承载能力极限状态 vs 正常使用极限状态
另外一对需要明确区分的概念就是“承载能力极限状态”和“正常使用极限状态”，GB 55001-2021的定义如下：
极限状态：整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不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。
承载能力极限状态：对应于结构或结构构件达到最大承载力或出现不适于继续承载的变形的状态。
正常使用极限状态：对应于结构或结构构件达到正常使用的某项规定限值的状态。
这两个概念是我们门窗幕墙结构设计的基础，承载能力极限状态就是门窗幕墙结构或构件达到承载能力极限时的状态，正常使用极限状态是门窗幕墙在正常使用时的极限状态。
门窗幕墙承载能力极限状态，通常是指杆件或面板不发生破坏时的状态，结构设计时，对应作用下的应力不应超过材料强度设计值。
门窗幕墙正常使用极限状态，通常是指杆件或面板变形不影响正常使用功能的状态，结构设计时，对应作用下的变形不应超过杆件或面板的挠度控制要求。
明白了这两个概念，就明确了门窗幕墙结构设计计算的两大内容，即应力计算和挠度计算。
显然，正常使用极限状态对应的作用要小于承载能力极限状态对应的作用，在门窗幕墙结构设计时，正常使用极限状态下对应的作用/荷载采用的是标准值(一般不组合)，而承载能力极限状态下对应的作用/荷载采用的是设计值(一般需要组合)。
所以，在学习标准或做结构计算时，需要注意应力计算与作用/荷载的设计(组合)值、挠度计算与作用/荷载的标准值的对应关系。
直接拿作用/荷载的标准值来计算应力，或拿作用/荷载设计(组合)值设计值来计算挠度都是不正确的。
3、荷载的标准值 vs 设计值 vs 代表值
刚才提到了“承载能力极限状态”和“正常使用极限状态”，有了这个基础，对荷载的标准值和设计值的理解会更容易。
GB 55001-2021的定义如下：
作用的标准值：作用的基本代表值，为设计基准期内的最大荷载统计分布的特征值。可根据对观测数据的统计、作用的自然界限或工程经验确定。
作用的设计值：作用代表值与作用分项系数的乘积。
作用的代表值：设计中用以验算极限状态所采用的作用量值。它可以是作用的标准值或可变作用的组合值、频遇值和准永久值。
作用/荷载的标准值是设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，是作用/荷载的基本代表值。
以风荷载为例，GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》给出了10年、50年、100年一遇的基本风压，在此基础上可以计算得到风荷载的标准值wk。
作用的设计值是作用代表值与作用分项系数的乘积，作用/荷载的标准值就是基本代表值。
同样以风荷载为例，按GB 50068-2018《建筑结构可靠性设计统一标准》中给出的荷载分项系数取值原则，应取为1.5，因此风荷载设计值w=1.5wk。
对门窗幕墙结构设计，区分作用/荷载的标准值和设计值十分重要，是结构设计的基础。
4、强度 vs 刚度、应力 vs 挠度
门窗幕墙结构设计时，还有两对概念容易混淆，那就是强度和刚度、应力和挠度。
材料力学中明确了构件正常工作的要求有三点：
(1) 构件应具有足够的强度。强度反映了构件抵抗破坏的能力。
(2) 构件应具有足够的刚度。刚度反映了构件抵抗弹性变形的能力。
(3) 构件应具有足够的稳定性。稳定性反映了构件保持原有平衡状态的能力。
实际上，除了幕墙立柱采用压杆构件(如木框架幕墙)时，门窗幕墙结构设计中很少遇到稳定性验算，这里不予详细讨论。
强度计算的内容就是计算构件在相应作用/荷载下的应力，结果不应超过材料的强度设计值。
刚度计算的内容就是计算构件在相应作用/荷载下的挠度，结果不应超过构件的挠度控制要求。
可见，应力、挠度是表征强度、刚度的指标；强度、刚度是一个层面的术语，而应力、挠度则是另外一个层面的术语。
在门窗幕墙结构设计中，常常遇到将强度和挠度并列的提法，是不严谨、不科学的。
5、材料性能的标准值 vs 设计值
除了作用/荷载具有标准值和设计值外，材料性能也有标准值和设计值之分。GB 55001-2021的3.1.9中有明确要求：
材料性能的设计值应为材料性能标准值与材料性能分项系数之商。
这句话明确告诉我们材料性能有标准值和设计值区分，当然这里主要指力学性能，二者之间差了一个材料性能分项系数。
这里以铝合金型材为例，JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中5.2.2条的条文说明如下：
铝合金型材的强度设计值取决于其总安全系数，一般取为K=1.8。
铝合金型材的强度标准值fak，一般取为σp0.2。σp0.2指铝型材有0.2%残余变形时所对应的应力值，即铝型材的条件屈服强度。σp0.2可按现行国家标准《铝合金建筑型材》GB/T 5237的规定取用。
可见，GB/T 5237.1-2017《铝合金建筑型材 第1部分：基材》给出的是铝合金型材强度标准值，铝合金型材的强度设计值一般要按JGJ 102-2003取值。
行业内常常看到拿GB/T 5237.1-2017中抗拉强度值来进行宣传的情况，需要强调的是，这个值是材料的强度标准值，不能作为强度设计的依据。
6、小结
作用可分为直接作用(荷载)和间接作用(作用)，作用效应就是作用引起的结构或结构构件的反应，常见的就是内力、变形等；作用和作用效应不可混为一谈。
在学习标准或做结构设计时，需要注意应力计算与作用/荷载的设计(组合)值、挠度计算与作用/荷载的标准值的对应关系；直接拿作用/荷载的标准值来计算应力，或拿作用/荷载设计(组合)值设计值来计算挠度都是不正确的。
作用/荷载的标准值是设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，是作用/荷载的基本代表值；作用的设计值是作用代表值与作用分项系数的乘积。
应力、挠度是表征强度、刚度的指标；强度、刚度是一个层面的术语，而应力、挠度则是另一个层面的术语；强度和挠度并列的提法是不严谨、不科学的。
材料性能也有标准值和设计值之分。以铝合金型材为例，GB/T 5237给出的是铝合金型材的强度标准值，不能直接作为工程设计的依据，而应参考JGJ 102等工程规范给出的强度设计值。
参考文献：
[1] GB 55001-2021《工程结构通用规范》
[2] GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》
[3] GB 50068-2018《建筑结构可靠性设计统一标准》
[4] JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》
[5] GB/T 5237.1-2017《铝合金建筑型材 第1部分：基材》
[6] 原方主编. 工程力学. 北京: 清华大学出版社, 2006
公众号 @门窗万语 | 知识星球 @门窗万语 | 小程序 @门窗万语工具箱 | 视频号 @门窗万语 |
