本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》
1 前言
建筑玻璃通常只有三種破壞形式：即彎曲破壞、沖擊破壞和熱炸裂，此外沒(méi)有其它破壞形式。由于玻璃是完全的彈性體，至今沒(méi)有玻璃抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的測(cè)量方法，因此玻璃沒(méi)有抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的數(shù)值。通常采用的玻璃強(qiáng)度實(shí)際上是玻璃的彎曲強(qiáng)度。且不說(shuō)玻璃是典型的脆性材料，不應(yīng)作為工程結(jié)構(gòu)材料使用，就是單從玻璃沒(méi)有抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度就無(wú)法實(shí)現(xiàn)玻璃構(gòu)件的設(shè)計(jì)，如玻璃作為立柱使用至少應(yīng)進(jìn)行玻璃柱的壓應(yīng)力條件下的承載力計(jì)算，作為橫梁使用至少應(yīng)進(jìn)行拉應(yīng)力和剪應(yīng)力條件下的承載力計(jì)算。由于玻璃沒(méi)有抗壓強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，即使計(jì)算出玻璃構(gòu)件中的壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，也無(wú)法判斷玻璃構(gòu)件是否滿足承載力要求。在傳統(tǒng)概念下，建筑玻璃通常是不能作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的。
由于建筑玻璃表面存在大量的微裂紋，玻璃在破碎時(shí)表現(xiàn)為典型的脆性，即玻璃在破碎之前沒(méi)有任何的屈服表現(xiàn)，而表現(xiàn)為突然的斷裂，從這個(gè)意義上考慮建筑玻璃也不應(yīng)作為工程結(jié)構(gòu)材料使用。此外建筑玻璃在制作、運(yùn)輸、貯存和安裝過(guò)程中難免在玻璃邊部和表面產(chǎn)生大尺寸的撞傷或劃傷，這些撞傷和劃傷將極大地降低玻璃的強(qiáng)度，因此建筑玻璃作為典型的脆性材料，一般作為裝飾材料使用。當(dāng)被用于建筑外圍護(hù)材料使用時(shí)，主要作為面板材料使用。隨著建筑玻璃生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，超白玻璃、鋼化玻璃、復(fù)合夾層玻璃，特別是離子型中間膜(又被稱為SGP)膠片材料出現(xiàn)后，夾層玻璃作為結(jié)構(gòu)材料有了可能，并且已在一些工程實(shí)踐中獲得應(yīng)用，即在一定條件下，玻璃也可作為結(jié)構(gòu)材料使用，如全玻幕墻的玻璃肋，玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻的玻璃肋等。這些玻璃肋都是作為結(jié)構(gòu)材料在使用，他們?cè)谠O(shè)計(jì)使用時(shí)需要承擔(dān)風(fēng)荷載，有些還要承擔(dān)玻璃幕墻面板的自重荷載。但這些玻璃構(gòu)件的使用也只有在一定條件下才成立，特別是近年來(lái)超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃在許多工程上得到應(yīng)用，有成功的應(yīng)用案例，也有失敗的教訓(xùn)。本文結(jié)合工程案例介紹超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃的加工技術(shù)要點(diǎn)，有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算技術(shù)要點(diǎn)、構(gòu)造技術(shù)要點(diǎn)、安裝技術(shù)要點(diǎn)等將在后續(xù)文章中闡述。
2 玻璃加工要求
首先應(yīng)選用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品，即市場(chǎng)上能夠買到的最好的玻璃原片，因?yàn)椴Ａг焚|(zhì)的優(yōu)劣是玻璃鋼化后是否自爆的決定性因素。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃對(duì)玻璃表面的缺陷要求較高，通常不允許1.0mm以上的點(diǎn)狀缺陷存在，對(duì)小于1.0mm的點(diǎn)狀缺陷允許1處/10平米，小于0.5mm的點(diǎn)狀缺陷相鄰兩個(gè)缺陷的間距必須大于300mm。玻璃表面的外觀線狀缺陷及影響玻璃性能的缺陷不允許存在。因?yàn)槌箐摶ＡП仨氝M(jìn)行均質(zhì)處理，為了降低鋼化玻璃均質(zhì)的自爆率，所以在切割前必須對(duì)原片進(jìn)行清洗檢查，避免使用不合格的原片。嚴(yán)禁使用帶有硬傷、厚度方向結(jié)石、密集微氣泡的不合格原片。
然后對(duì)玻璃板應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)裁切和邊部加工。一般玻璃的邊長(zhǎng)允許偏差通常為 mm，對(duì)于大尺寸的玻璃，邊長(zhǎng)允許偏差通常為 mm，甚至更大。對(duì)于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長(zhǎng)允許偏差太大了，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)玻璃要求精準(zhǔn)對(duì)位，邊長(zhǎng)允許偏差通常為 mm，邊長(zhǎng)偏差太大無(wú)法滿足工程要求。結(jié)構(gòu)玻璃邊部要求倒角，且應(yīng)進(jìn)行三邊精磨和三邊拋光，因?yàn)椴ＡО逶诓们羞^(guò)程中在邊部產(chǎn)生大量裂紋，這些裂紋會(huì)極大地降低玻璃板的端面強(qiáng)度，通過(guò)三邊精磨、拋光，可將玻璃板邊部的裂紋清除，達(dá)到提高玻璃強(qiáng)度的目的。結(jié)構(gòu)玻璃通常需要在玻璃板上鉆孔。一般玻璃的圓孔直徑允許偏差通常為 mm，對(duì)于大孔徑的玻璃，直徑允許偏差更大。對(duì)于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長(zhǎng)允許偏差太大了，結(jié)構(gòu)玻璃要求的直徑允許偏差通常為 mm。結(jié)構(gòu)玻璃的孔徑偏差要求不但高，而且孔邊應(yīng)進(jìn)行精磨、拋光處理，因?yàn)椴ＡО蹇走厬?yīng)力集中，孔徑尺寸偏差過(guò)大和孔邊加工低，極易造成玻璃板在使用中由于孔邊受力不均而自孔邊開(kāi)裂。
結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行鋼化處理。如果認(rèn)為鋼化玻璃有自爆問(wèn)題而采用半鋼化處理是不合適的，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)玻璃通常需要在玻璃板上打孔，半鋼化玻璃是無(wú)法滿足開(kāi)孔要求的。即便不開(kāi)孔，結(jié)構(gòu)玻璃也應(yīng)采用鋼化處理，因?yàn)椴Ａ堑湫偷拇嘈圆牧?，鋼化處理后，玻璃的脆性得到極大的改善，即玻璃的斷裂韌度提高了。盡管目前還沒(méi)有測(cè)量玻璃斷裂韌度的方法，也沒(méi)有規(guī)范采用斷裂韌度來(lái)表征玻璃的力學(xué)性能，但玻璃的斷裂韌度是客觀存在的，作為結(jié)構(gòu)玻璃，其斷裂韌度的提高無(wú)疑是極為有利的。半鋼化處理的玻璃，其斷裂韌度比鋼化處理玻璃斷裂韌度低得多，因此結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行鋼化處理。至于鋼化玻璃的自爆問(wèn)題可通過(guò)以下途徑解決：其一是結(jié)構(gòu)玻璃原片必須采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。其二是適度鋼化，即鋼化玻璃允許碎片數(shù)應(yīng)在30—90粒之間。其三是鋼化玻璃表面壓應(yīng)力應(yīng)均勻，即表面壓應(yīng)力最大值和最小值之差不應(yīng)超過(guò)15MPa。其四是結(jié)構(gòu)玻璃鋼化后必須進(jìn)行均質(zhì)處理。其五是玻璃板邊部精磨、拋光。采用這些措施，結(jié)構(gòu)玻璃的自爆率應(yīng)當(dāng)極低。
結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)采用夾層玻璃。一般夾層玻璃可采用PVB膠片，但是結(jié)構(gòu)玻璃必須采用SGP膠片，因?yàn)镾GP的粘接性更強(qiáng)，且均有一定的殘余強(qiáng)度，由SGP膠片構(gòu)成的夾層玻璃的剛度更大。夾層玻璃都有疊差，一般夾層玻璃的疊差較大，對(duì)于大板面夾層玻璃，最大疊差可達(dá)6mm。作為結(jié)構(gòu)玻璃，夾層玻璃的疊差非常小，不得超過(guò)1.0mm，特別是孔邊的疊差更是嚴(yán)格限制，因?yàn)橐ＷC組成夾層玻璃的多片玻璃共同工作，同時(shí)受力，玻璃板孔邊必須保證疊差極小。結(jié)構(gòu)玻璃的孔必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，保證孔周受力均勻。
3 加工設(shè)備要求
(1)裁切、磨邊拋光設(shè)備
目前沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定多大的玻璃板為超大尺寸，一般認(rèn)為玻璃板一邊邊長(zhǎng)超過(guò)8m即為超大尺寸玻璃。如此大的板面，邊長(zhǎng)偏差要求小于1.0mm，采用一般裁切設(shè)備根本做不到，必須采用加工中心進(jìn)行加工，因?yàn)榧庸ぶ行牡脑O(shè)備精度達(dá)到小數(shù)點(diǎn)后第八位，見(jiàn)圖1。
圖1玻璃加工中心
超大尺寸玻璃板的精磨邊和拋光對(duì)磨邊機(jī)的要求也比通常的磨邊機(jī)要求。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃磨邊時(shí)不但要控制好尺寸公差，還要嚴(yán)格控制磨邊質(zhì)量。寬度邊尺寸控制在±1.0mm,高度邊的尺寸公差控制在±2.0mm，對(duì)角線控制在對(duì)角線長(zhǎng)度的0.05%，倒棱寬度控制在2.0mm±0.5mm。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須進(jìn)行精磨邊處理，端面須精磨光亮，多片玻璃的疊差控制在1.0mm以內(nèi)。
(2)鋼化設(shè)備
目前鋼化設(shè)備最大的加工能力為3660mm*18000mm，超大尺寸鋼化玻璃不但要控制好鋼化玻璃的表面應(yīng)力，還要控制好鋼化玻璃的平整度和外觀視覺(jué)效果。
超大尺寸鋼化設(shè)備要求鋼化玻璃的外觀質(zhì)量和視覺(jué)效果，即必須保證鋼化玻璃的碎片數(shù)為30—90之間，鋼化玻璃的表面應(yīng)力必須大于90MPa，且鋼化玻璃表面應(yīng)力的最大值和最小值之差小于15MPa。對(duì)鋼化爐內(nèi)各點(diǎn)的溫度差不得超過(guò)5度，并且要求快速均勻加熱，迅速冷卻，風(fēng)壓偏差不得超過(guò)2MPa，需要快速出爐從而形成鋼化玻璃的表面應(yīng)力。超大尺寸鋼化玻璃的平整度控制在0.005%以內(nèi)，同時(shí)要求超大尺寸玻璃的外觀視覺(jué)效果，不得存在明顯的變形和風(fēng)斑不均現(xiàn)象。滾波紋的變形邊部控制在0.08mm/300mm，中部波形控制在0.04mm/300mm，并要求輥波紋平行于底邊。外觀質(zhì)量：距1米處目視觀察不得出現(xiàn)明顯的麻點(diǎn)和局部片狀或團(tuán)裝的應(yīng)力斑，鋼化后的玻璃不得出現(xiàn)白霧缺陷。圖2鋼化玻璃表面壓應(yīng)力的實(shí)際測(cè)量結(jié)果，15米鋼化玻璃應(yīng)力值最大99MPa、最小90MPa，應(yīng)力差9MPa。圖3為鋼化玻璃的碎片。
圖2 鋼化玻璃表面壓應(yīng)力數(shù)值
圖3鋼化玻璃碎片
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須采用均質(zhì)鋼化玻璃，均質(zhì)過(guò)程中的溫度必須達(dá)到290度±10度，在此條件下保溫至少2小時(shí)(建議保溫150分鐘，因?yàn)槌蟪叽绮Ａ娣e大，受熱不均勻，超大版玻璃自身重，為了保證恒溫均勻)，在保溫過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)控記錄保溫時(shí)的溫度變化情況，降溫時(shí)達(dá)到70度以下，均質(zhì)采用的熱電偶必須經(jīng)過(guò)專業(yè)校準(zhǔn)，并要求每年校準(zhǔn)一次，超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃均質(zhì)時(shí)必須在玻璃表面貼熱電偶，并按照均質(zhì)要求的位置和數(shù)量進(jìn)行張貼。均質(zhì)完成后要對(duì)均質(zhì)的玻璃提供完整的均質(zhì)報(bào)告，否則判定均質(zhì)處理不合格。
(3)高壓釜
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須采用離子型中間層做為夾層玻璃的中間層，在加工中必須采用高溫高壓并進(jìn)行封邊處理，具有高強(qiáng)度的抗彎性能和超強(qiáng)的撞擊性能，同時(shí)具有破碎后不倒塌的優(yōu)點(diǎn)。
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須有一層離子型中間層或多次離子型中間層構(gòu)成，需具備結(jié)構(gòu)玻璃的設(shè)計(jì)要求。夾層必須在十萬(wàn)級(jí)以上的凈化室內(nèi)進(jìn)行合片，合片室須有溫濕度控制裝置，并保持正壓，光線充足良好。結(jié)構(gòu)玻璃表面必須進(jìn)行清洗，并且不殘留其它異物，合片前對(duì)玻璃表面進(jìn)行目視檢查，對(duì)離子型中間層進(jìn)行目視檢查，對(duì)異物及時(shí)清除。
合片時(shí)保證結(jié)構(gòu)玻璃的底邊和可見(jiàn)邊的疊差，對(duì)多層玻璃合片時(shí)需保證夾層玻璃的厚度方向與玻璃表面垂直，合片后預(yù)留1-2mm的中間層，由于玻璃板面較大，合片后需對(duì)玻璃邊緣進(jìn)行簡(jiǎn)單的固定。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須在真空狀態(tài)下進(jìn)行加工，保證夾層玻璃的中間層充分融化并粘接。對(duì)夾層結(jié)構(gòu)玻璃進(jìn)行涂刷封邊劑處理，減少夾層玻璃因中夾層吸收空氣中的水分而影響玻璃的使用壽命。
超大尺寸高壓釜在提升氣壓和穩(wěn)壓方面都有更高的要求，要在恒溫、恒濕、正壓、10萬(wàn)級(jí)潔凈合片室進(jìn)行合片，對(duì)于厚度100mm的玻璃，在SGP夾層拼接技術(shù)上，視覺(jué)無(wú)缺陷，拼接縫肉眼達(dá)到不可視 。圖4為合片室，圖5為夾層玻璃孔邊質(zhì)量，圖6為夾層玻璃邊部質(zhì)量。
圖4 超潔凈合片室
圖5 夾層玻璃孔邊質(zhì)量
圖6 夾層玻璃邊部質(zhì)量
4 失敗案例原因
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃板應(yīng)用的主要構(gòu)件之一為點(diǎn)支式玻璃幕墻的玻璃肋。玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻往往被誤認(rèn)為全玻幕墻。玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻與全玻幕墻有較大的差異。圖7為玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻，圖8為全玻幕墻。全玻幕墻的面板玻璃和玻璃肋各自獨(dú)立安裝，兩者雖然相互支承，但各自的垂直荷載由自身承擔(dān)，玻璃肋只承擔(dān)面板玻璃承受的水平荷載。如果玻璃肋發(fā)生破裂，表面玻璃不會(huì)墜落，因?yàn)楸砻娌ＡИ?dú)自安裝在結(jié)構(gòu)上，因此全玻幕墻一般不會(huì)發(fā)生整體坍塌、墜落的事故。但玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻則不同，面板玻璃安裝在玻璃肋上，玻璃肋不但要承擔(dān)自身的重力荷載，還要承擔(dān)面板玻璃的重力荷載及面板玻璃所承受的水平荷載。如果玻璃肋發(fā)生破裂，面部玻璃就失去支撐，面部玻璃就會(huì)墜落，甚至發(fā)生幕墻整體坍塌墜落。因此玻璃肋支承的點(diǎn)式玻璃幕墻其安全性要求是極高的，也正因?yàn)槿绱?，玻璃肋破裂的事故也是最多的。玻璃肋破裂的原因很多，如玻璃加工質(zhì)量不滿足要求、玻璃肋構(gòu)造不合理、設(shè)計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤、裝配應(yīng)力過(guò)大等。本文主要討論玻璃加工質(zhì)量不滿足要求導(dǎo)致的玻璃肋破裂，其他原因造成的玻璃肋破裂留待后續(xù)文章闡述。
圖7玻璃肋支承的點(diǎn)支式玻璃幕墻
圖8 全玻幕墻
玻璃肋破裂一部分表現(xiàn)為鋼化玻璃的自爆，其原因有：選擇普通平板玻璃，沒(méi)有選擇超白浮法玻璃中的優(yōu)等品;鋼化度過(guò)高，最大碎片顆粒數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)90粒;玻璃板邊部沒(méi)有精磨、拋光。其他原因還有玻璃板邊部碰傷嚴(yán)重;玻璃板裁切尺寸偏差大。玻璃肋破裂另外一部分原因：1.安裝方式不當(dāng)，使用金屬件直接接觸玻璃。2.結(jié)構(gòu)玻璃局部受力或受力不均，造成局部應(yīng)力過(guò)大。
(1)原片玻璃質(zhì)量
近年來(lái)，建筑鋼化玻璃自爆現(xiàn)象比較普遍，為降低鋼化玻璃自爆率，國(guó)家發(fā)布了《建筑門(mén)窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)用幕墻鋼化玻璃的原片玻璃應(yīng)采用超白浮法玻璃中的一等品或優(yōu)等品，平板玻璃應(yīng)采用優(yōu)等品。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)鋼化玻璃應(yīng)采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。但實(shí)際工程中，采用平板玻璃的工程很多，造成鋼化玻璃自爆現(xiàn)象嚴(yán)重，有些玻璃還沒(méi)有安裝就發(fā)生自爆。鋼化玻璃原片品質(zhì)的優(yōu)劣是鋼化玻璃是否自爆的決定性因素，要保證超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)用的安全性，保證玻璃正常條件下使用無(wú)自爆，鋼化玻璃原片必須采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。
(2)均質(zhì)處理
經(jīng)均質(zhì)處理的鋼化玻璃，其自爆率是極低的。由于鋼化玻璃是否經(jīng)過(guò)均質(zhì)處理無(wú)法檢測(cè)，造成在實(shí)際工程中，盡管對(duì)鋼化玻璃有均質(zhì)要求，但實(shí)際上并未對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理，造成鋼化玻璃自爆率居高不下。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃，必須進(jìn)行均質(zhì)處理。
(3)適度鋼化
鋼化度高，鋼化玻璃自爆率就高，這是無(wú)可爭(zhēng)論的客觀事實(shí)?！督ㄖT(mén)窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼化玻璃允許碎片數(shù)應(yīng)在30—90粒之間。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃，要保證鋼化玻璃允許碎片數(shù)位于在30—90粒之間，對(duì)鋼化爐和鋼化工藝都有嚴(yán)格的要求。在實(shí)際工程中，許多自爆率高的工程，鋼化玻璃的碎片數(shù)都遠(yuǎn)超90粒上限。
(4)邊部加工質(zhì)量
建筑門(mén)窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼化玻璃應(yīng)進(jìn)行三邊精磨。對(duì)于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行三邊拋光處理。但在實(shí)際工程中，邊部加工質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到這一要求，造成玻璃破裂現(xiàn)象嚴(yán)重。
(5)玻璃邊部碰傷嚴(yán)重
鋼化玻璃邊部不但要精加工，還要在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、安裝等一切環(huán)節(jié)中妥善保護(hù)。玻璃邊部碰傷嚴(yán)重，玻璃的破裂就難以避免了。
(6)尺寸偏差大
玻璃板尺寸偏差大，特別是孔邊的疊差大是造成實(shí)際工程中玻璃肋破裂的主要原因。圖9和圖10是實(shí)際工程中玻璃肋出現(xiàn)自爆案例的圖片。
圖9工程1
圖10工程2
由圖9和圖10可見(jiàn)，玻璃肋的原片玻璃為平板玻璃，邊部加工粗糙，邊部碰傷嚴(yán)重，孔邊疊差較大，這樣的玻璃是無(wú)法滿足工程要求的，出現(xiàn)破裂是很正常的。
5 結(jié)束語(yǔ)
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃不僅用于玻璃肋支承的點(diǎn)支式玻璃幕墻，也用于全玻幕墻的玻璃肋和無(wú)肋全玻幕墻，各自的設(shè)計(jì)計(jì)算要點(diǎn)、構(gòu)造要點(diǎn)和安裝要點(diǎn)等將在后續(xù)文章中詳述。
本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》
作者：劉忠偉 高琦 李春超來(lái)源：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》
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超高層大跨度建筑幕墻分析
1.前言
上海東亞銀行金融大廈，原名上海高寶金融大廈，所在地位于浦東新區(qū)銀城西路與花園石橋路的拐角處，即陸家嘴金融中心X3-1地塊，建筑物外立面采用玻璃幕墻，總高度198m，標(biāo)準(zhǔn)層平面近似為“H”形，東西兩側(cè)為辦公用房，東側(cè)32層，西側(cè)40層，中間部分主要為通道、樓梯、電梯間及設(shè)備間。(圖1)
圖1
大樓在中間部位開(kāi)辟了三處跨層的空中花園，分別位于：
本工程外立面形式較為規(guī)整，采用單元式玻璃幕墻系統(tǒng)?？罩谢▓@區(qū)域?yàn)榭鐚拥墓蚕砜臻g，單元幕墻板塊不能直接安裝在中間樓層的土建結(jié)構(gòu)之上，需要專門(mén)設(shè)計(jì)出大跨度的支承體系，在滿足建筑效果要求的同時(shí)，又能為超高層的單元玻璃幕墻提供結(jié)構(gòu)支承。
2.設(shè)計(jì)條件
三處空中花園建筑形式類似，我們以位于第一避難層至17層的“空中花園-1”為例進(jìn)行分析。
該處空中花園的幕墻面為一內(nèi)傾的斜面，傾斜角度3.9°，結(jié)構(gòu)洞口尺寸為16.9m×15.8m(寬×高)，是三處空中花園中最大的洞口，洞口上邊與下邊均為鋼結(jié)構(gòu)梁與樓板結(jié)構(gòu)，左右兩側(cè)有主體結(jié)構(gòu)混凝土框架梁。
圖2
空中花園的建筑外立面要求與標(biāo)準(zhǔn)樓層外觀一致，包括玻璃種類、幕墻分格、細(xì)部外觀等均不可出現(xiàn)變化。室內(nèi)部分由于共享空間的進(jìn)出尺寸十分有限，建筑要求幕墻應(yīng)盡量弱化自身支承體系的視覺(jué)尺寸，且不可有構(gòu)件與15F、16F、17F的邊部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，從而使空中花園在視覺(jué)上盡可能通透。
同時(shí)，由于此大跨度幕墻的高度較高，且為內(nèi)傾斜面，相比一般的豎直立面幕墻而言，設(shè)計(jì)中對(duì)抗風(fēng)壓性能、防雨水滲漏性能、平面內(nèi)變形性能、防松脫構(gòu)造等方面，提出了更高的要求。
3.方案選型
空中花園的內(nèi)傾玻璃幕墻，因其位于本項(xiàng)目的高層區(qū)域，且四周與其相接的幕墻均為單元式玻璃幕墻系統(tǒng)，在建筑外立面外觀一致的條件下，如在此處采用框架式玻璃幕墻系統(tǒng)，不但框架系統(tǒng)自身在內(nèi)傾條件下的防雨水滲漏性能較弱，還需要在洞口四周增設(shè)與周邊單元式幕墻系統(tǒng)之間的交接構(gòu)造，從而使此區(qū)域的雨水滲漏風(fēng)險(xiǎn)大大增加;同時(shí)，由于框架式玻璃幕墻是在現(xiàn)場(chǎng)完成幕墻零件的組裝和施工，增大了超高層建筑幕墻的施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，并且在此區(qū)域容易導(dǎo)致其它大面積單元幕墻整體施工進(jìn)度的瓶頸。綜合權(quán)衡之下，我們選擇了與周邊幕墻一致的單元式玻璃幕墻系統(tǒng)作為空中花園外立面幕墻形式的首選。
在確立外立面幕墻系統(tǒng)形式之后，設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是如何對(duì)幕墻的支承體系進(jìn)行選型，由于支承體系不能與中間樓層結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，只能選擇使用大跨度的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行支承，可有如下三種選型方向：
1. 選型方向一：鋼立柱 次鋼梁體系
以鋼立柱為主受力構(gòu)件，考慮到玻璃幕墻水平分格尺寸較小(1500mm)，鋼立柱按每3個(gè)分格(4500mm)設(shè)置，每層設(shè)置橫向鋼梁，玻璃幕墻單元板塊安裝于鋼梁之上。
2. 選型方向二：鋼桁架 次鋼梁體系：
以豎向鋼桁架為主受力構(gòu)件，鋼桁架按每3個(gè)分格(4500mm)設(shè)置，每層設(shè)置橫向鋼梁，玻璃幕墻單元板塊安裝于鋼梁之上。
3. 選型方向三：鋼梁 吊索體系：
以橫向鋼梁為主受力構(gòu)件，玻璃幕墻單元板塊安裝于鋼梁之上，并按每3個(gè)分格(4500mm)設(shè)置豎向承重吊索，以解決鋼梁穩(wěn)定性及豎向荷載下的撓度問(wèn)題。
圖3
上述三種支承方案選型，各有優(yōu)劣，對(duì)比如下：
選型
建筑外觀
受力狀態(tài)
方案選擇
方向一
鋼立柱截面尺寸約450×225，豎向線條視覺(jué)過(guò)于粗壯，影響室內(nèi)觀感。
洞口上部主體結(jié)構(gòu)H型鋼梁弱軸方向承擔(dān)鋼立柱水平推力，受力狀態(tài)不好。
放棄
方向二
鋼桁架高度約900，占用室內(nèi)有限空間，且影響室內(nèi)觀感。
洞口上部主體結(jié)構(gòu)H型鋼梁弱軸方向承擔(dān)鋼桁架水平推力，受力狀態(tài)不好。
放棄
方向三
無(wú)鋼立柱。
鋼橫梁截面尺寸約500×250，橫向線條視覺(jué)過(guò)于粗壯，影響室內(nèi)觀感。
洞口左右兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)混凝土框架梁承擔(dān)鋼橫梁水平推力，受力狀態(tài)較好。
優(yōu)選方向
綜上比選，采用橫向構(gòu)件作為幕墻支承體系是優(yōu)選方向，但由于鋼橫梁的尺寸偏大，影響室內(nèi)觀感，我們將如何減小鋼橫梁的尺寸，同時(shí)又不影響室內(nèi)建筑效果，作為設(shè)計(jì)優(yōu)化的重點(diǎn)，同時(shí)，考慮到洞口上下邊部結(jié)構(gòu)承載能力較弱，我們最終選擇了在鋼橫梁后側(cè)增設(shè)水平的魚(yú)腹形預(yù)應(yīng)力拉索系統(tǒng)，作為幕墻的主受力支承構(gòu)件，同時(shí)減小鋼橫梁截面尺寸，以滿足建筑效果的要求。
圖4
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
作為在超高層建筑中對(duì)單元幕墻板塊提供支承的大跨度、大撓度預(yù)應(yīng)力體系，除了需要考慮常規(guī)預(yù)應(yīng)力拉索體系的張拉控制、穩(wěn)定性、溫度變形、應(yīng)力蠕變等各方面的因素之外，同時(shí)還需要考慮幕墻平面內(nèi)變形性能要求，以及大撓度預(yù)應(yīng)力體系對(duì)單元板塊之間對(duì)插構(gòu)造的影響所引發(fā)的安全隱患。
4.1幕墻結(jié)構(gòu)形式
由于鋁合金型材材料長(zhǎng)度規(guī)格限制，結(jié)合建筑層高，幕墻單元板塊高度只能按層高4.2m設(shè)計(jì)，單元板塊由工廠制作完成，通過(guò)連接件固定安裝在鋼橫梁上。
鋼橫梁采用120×120×8方鋼管制作，分別安裝于15F、16F、17F，鋼橫梁在對(duì)應(yīng)幕墻分格的位置設(shè)置承重拉桿，間隔1500mm布置，此鋼橫梁-承重拉桿共同形成一個(gè)緊貼于幕墻面之后并與之平行的內(nèi)傾斜面。
每道鋼橫梁的后部，均設(shè)置一道水平的魚(yú)腹形預(yù)應(yīng)力抗風(fēng)拉索(下簡(jiǎn)稱魚(yú)腹拉索)進(jìn)行支承，魚(yú)腹拉索跨度16.756m，弦高1.12m。由于幕墻立面為內(nèi)傾斜面，魚(yú)腹拉索亦設(shè)計(jì)為與幕墻立面垂直的方向上，采用Φ60×8撐桿與鋼橫梁連接。
魚(yú)腹拉索的后弦的撐桿節(jié)點(diǎn)上，間隔4500mm左右設(shè)置了3道豎向穩(wěn)定索。
圖5
4.2魚(yú)腹形預(yù)應(yīng)力拉索體系設(shè)計(jì)
水平的魚(yú)腹形預(yù)應(yīng)力拉索體系，是一套大撓度體系，作為空中花園大跨度單元玻璃幕墻的主受力支承系統(tǒng)，幕墻的所有荷載，均由此體系承擔(dān)。幕墻的荷載主要包括豎直重力荷載、垂直于幕墻表面的風(fēng)荷載、水平地震荷載，以及溫度應(yīng)力。由于幕墻立面為內(nèi)傾斜面，豎直重力荷載和水平地震荷載均需按幕墻表面垂直方向和平行方向進(jìn)行分解后進(jìn)行計(jì)算。
首先，設(shè)計(jì)將考慮除溫度應(yīng)力之外的荷載作用：
1. 魚(yú)腹拉索：主要承擔(dān)垂直于幕墻表面的荷載，包括自重荷載垂直于幕墻面的分量、風(fēng)荷載、地震荷載垂直于幕墻面的分量;
2. 承重拉桿：主要承擔(dān)平行于幕墻表面向下的荷載，包括自重荷載平行于幕墻面的分量、地震荷載平行于幕墻面的分量;
3. 穩(wěn)定索：主要為精準(zhǔn)地固定魚(yú)腹拉索的空中位置，保持其在受力狀態(tài)下的空中姿態(tài)，同時(shí)保證魚(yú)腹拉索的穩(wěn)定性。
其次，作為對(duì)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)提供支承的預(yù)應(yīng)力拉索體系，除需滿足強(qiáng)度、撓度指標(biāo)、穩(wěn)定性設(shè)計(jì)要求之外，還應(yīng)考慮溫度應(yīng)力的影響。在最不利工況下，即最不利溫度條件下的極限受力狀態(tài)中，所有拉索、拉桿均不應(yīng)出現(xiàn)松弛。按照上海地區(qū)氣候條件和大樓的實(shí)際使用情況，室內(nèi)溫差按40℃計(jì)，最不利工況下的拉索、拉桿的殘余拉力設(shè)定為不低于2.0-5.0KN。
最后，設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮在長(zhǎng)期使用條件下，預(yù)應(yīng)力體系的應(yīng)力蠕變所帶來(lái)的預(yù)應(yīng)力損失量，此部分按初始預(yù)應(yīng)力的10%取值，并加入到初始應(yīng)力中。
經(jīng)過(guò)多次權(quán)衡協(xié)調(diào)分析，并考慮盡量降低預(yù)應(yīng)力體系的初始預(yù)應(yīng)力，以利于降低對(duì)主體結(jié)構(gòu)的支座反力，魚(yú)腹拉索的設(shè)計(jì)采用了較大的弦高來(lái)控制預(yù)應(yīng)力，通過(guò)有限元軟件(非線性)進(jìn)行驗(yàn)算，得到應(yīng)力云圖與撓度云圖如下，可以看出，魚(yú)腹拉索的強(qiáng)度儲(chǔ)備較大，但撓度已達(dá)69.13mm(撓度許可值83.78mm)，該預(yù)應(yīng)力體系屬于撓度控制。
至此，我們選定了魚(yú)腹拉索的規(guī)格為Φ30mm不銹鋼索，承重拉桿的規(guī)格為Φ16mm不銹鋼桿，穩(wěn)定索的規(guī)格為Φ16mm不銹鋼索;魚(yú)腹拉索的預(yù)應(yīng)力值設(shè)定為173KN。
4.3鋼橫梁設(shè)計(jì)
空中花園的魚(yú)腹形預(yù)應(yīng)力拉索體系，是一套非線性的大撓度系統(tǒng)，而單元式玻璃幕墻系統(tǒng)板塊之間的對(duì)插構(gòu)造，也使單元板塊在幕墻平面內(nèi)有著一定范圍內(nèi)自由伸縮活動(dòng)的能力，這兩種系統(tǒng)疊加在一起時(shí)，一方面可以更好的適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的各種變形需求，形成一套柔性體系，但另一方面，卻可能帶來(lái)額外的安全隱患。
鋼橫梁的設(shè)置，主要目的便是為了消除這種安全隱患，同時(shí)方便單元板塊的安裝。
通過(guò)鋼橫梁，我們將同一樓層的單元板塊利用專用連接件安裝在同一個(gè)鋼橫梁上，并用螺栓進(jìn)行鎖定。這樣做的好處，是可以防止板塊脫落，另外，對(duì)每塊單元板塊的左掛件進(jìn)行左右限位，防止了同層單元板塊之間的左右自由竄動(dòng)，從而避免了同層相鄰單元板塊之間的對(duì)插構(gòu)造因板塊的自由竄動(dòng)而導(dǎo)致脫出，同時(shí)，仍可利用此對(duì)插構(gòu)造釋放溫度變形。
圖7
鋼橫梁上對(duì)應(yīng)每個(gè)幕墻分格，設(shè)置了承重拉桿，一方面可以直接將單元板塊的豎向荷載通過(guò)承重拉桿直接傳遞至主體結(jié)構(gòu)，另一方面承重拉桿也在豎直方向上對(duì)鋼橫梁形成了約束，可防止鋼梁出現(xiàn)豎向變形過(guò)大，從而導(dǎo)致上下樓層單元板塊之間的對(duì)插構(gòu)造脫出，進(jìn)而引發(fā)安全事故。承重拉桿的設(shè)置，并不會(huì)影響上下樓層單元板塊之間的橫向自由滑動(dòng)能力，可滿足建筑幕墻的平面內(nèi)變形性能要求。
5.結(jié)束語(yǔ)
超高層建筑在局部部位設(shè)計(jì)共享空間的項(xiàng)目日益增多，超高層幕墻多采用單元式幕墻系統(tǒng)，而共享空間又需要大跨度、通透性好的幕墻體系。上海東亞銀行金融大廈的空中花園所使用的大跨度“預(yù)應(yīng)力拉索 小鋼梁”的結(jié)構(gòu)支承體系，在滿足各種結(jié)構(gòu)荷載和變形需求的前提下，形成了一套較為完善的“柔性”體系，可滿足建筑效果和幕墻各項(xiàng)性能要求，同時(shí)也規(guī)避了的安全隱患，對(duì)今后類似的工程項(xiàng)目有著重要的借鑒意義。
[參考資料]
1.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-建筑幕墻GB/T 21086-2007。北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.2
2.中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ-2003。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.12
3.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006年版)幕墻GB 50009-2001。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.11
作者：上海杰思工程實(shí)業(yè)有限公司 周慧來(lái)源：2018《建筑門(mén)窗幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》
延伸閱讀：
大跨度玻璃肋幕墻技術(shù)要點(diǎn)探析
1 概述
自玻璃誕生之日起，這種無(wú)色透明的物質(zhì)便與建筑結(jié)下了不解之緣。隨著“蘋(píng)果店”的火熱，通透、純凈的全玻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)使玻璃的材料特性發(fā)揮到了極致。當(dāng)我們樂(lè)見(jiàn)于越來(lái)越大的玻璃幅面、越來(lái)越高的幕墻跨度時(shí)，全玻結(jié)構(gòu)所具有的設(shè)計(jì)、施工問(wèn)題也日漸凸顯。因此，只有充分認(rèn)識(shí)玻璃的特性，了解全玻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工的要點(diǎn)，才能在建筑師不斷挑戰(zhàn)技術(shù)極限的考驗(yàn)中，從容應(yīng)對(duì)。
2 玻璃特性分析
玻璃的原子排列為非結(jié)晶的整齊物質(zhì)，規(guī)則性低，這是玻璃高透質(zhì)脆的原因。不同于鋼材經(jīng)由彈性到塑性的破壞形式，玻璃的應(yīng)力、應(yīng)變幾乎呈線性關(guān)系，沒(méi)有明顯的塑性發(fā)展能力，破壞強(qiáng)度值高度離散。玻璃板的抗拉強(qiáng)度與玻璃表面的裂紋深度、形狀及分布高度關(guān)聯(lián)（見(jiàn)圖1）。當(dāng)作用有外荷載時(shí)，裂紋尖端會(huì)產(chǎn)生極高的應(yīng)力峰值，與其他材料相比，這樣的應(yīng)力峰值不會(huì)因塑性變形而減少。同時(shí)，承受長(zhǎng)期荷載和發(fā)生不良化學(xué)反應(yīng)都會(huì)引發(fā)此裂紋的擴(kuò)展，造成玻璃承載力下降，圖2顯示了玻璃強(qiáng)度和荷載作用時(shí)間的關(guān)系。由于鋼化玻璃表面存在約占其總厚度1/6的受壓區(qū)，使其機(jī)械性能得到明顯提升，但一旦玻璃表面裂紋擴(kuò)展到受拉區(qū)，玻璃固有的應(yīng)變能將迅速釋放，鋼化玻璃將立即碎裂。
3 玻璃肋幕墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)
作為全玻結(jié)構(gòu)，玻璃肋駁接系統(tǒng)運(yùn)用最為廣泛，在廣泛運(yùn)用的同時(shí)也暴露了一些技術(shù)問(wèn)題。為傳力所需，往往一塊玻璃肋板需要開(kāi)十多個(gè)孔，受力的復(fù)雜性及鉆孔帶來(lái)的損傷，使得玻璃肋板極易發(fā)生爆裂現(xiàn)象，引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。鑒于此，肋駁接幕墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)必須充分適應(yīng)其材料特質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
3．1駁接件的設(shè)計(jì)
從前述的玻璃特性不難看出，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)避免玻璃承受長(zhǎng)期荷載，且當(dāng)玻璃作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用時(shí)，需采取一定的構(gòu)造措施以應(yīng)對(duì)玻璃突然破裂而造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。按照常規(guī)的肋駁接系統(tǒng)，面板的自重需通過(guò)駁接件傳遞至肋板，由于面板重心與肋板連接件間存在一定間距，面板自重會(huì)對(duì)肋板產(chǎn)生附加彎矩，影響玻璃肋的承載力。借鑒張拉索桿體系幕墻的構(gòu)造特點(diǎn)，肋駁接幕墻系統(tǒng)可通過(guò)在肋板前端設(shè)置不銹鋼索的方式，化解重力、附加彎矩等長(zhǎng)期荷載對(duì)玻璃肋的不利影響。如圖3所示，不銹鋼索隱藏于面板拼縫處，與面板中心基本重合，通過(guò)設(shè)于幕墻橫縫的鎖緊螺釘將肋駁接件鎖定于不銹鋼索上，用以固定幕墻面板。隱索的設(shè)置不僅可提高玻璃肋的承載力，更可在玻璃肋爆裂時(shí)，承托玻璃面板，避免幕墻整體垮塌，增加幕墻整體的安全度。設(shè)置重力索后，玻璃肋僅需承擔(dān)面板傳遞的水平荷載及自重，傳力更為直接，但為防止因隱索與玻璃肋變位不協(xié)調(diào)而帶來(lái)的附加力，面板駁接件與玻璃肋的連接宜為單孔鉸接方式，通過(guò)鉸孔轉(zhuǎn)動(dòng)，釋放附加彎矩的不利影響。
3．2拼接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
為適應(yīng)大跨度建筑造型，玻璃肋需要通過(guò)拼接才能成為整體，其所受的彎矩與肋的跨度平方成正比，跨度越大，拼接處的彎矩及剪力也越大。為減少拼接處內(nèi)力，拼接位置應(yīng)盡量靠近支座處。由于玻璃無(wú)塑性發(fā)展能力，拼接節(jié)點(diǎn)無(wú)法采用鋼結(jié)構(gòu)的等強(qiáng)連接方式，設(shè)置再多的連接螺栓也不能提高拼接接頭的連接強(qiáng)度。為此，業(yè)內(nèi)常采用膠粘方式，即通過(guò)涂刷在玻璃與不銹鋼板間的膠水來(lái)傳遞彎矩及剪力，形成等強(qiáng)連接。這種方法有效避免了栓接方式孔邊應(yīng)力集中所帶來(lái)的連接節(jié)點(diǎn)承載力低下問(wèn)題，但在具體的構(gòu)造上還存在一些值得深入分析的要點(diǎn)。
3．2. 1粘接劑的選擇
由于連接節(jié)點(diǎn)需要通過(guò)粘結(jié)劑傳遞內(nèi)力，因此粘結(jié)劑必須具有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度。環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠抗剪及抗拉強(qiáng)度大，膠接接頭能長(zhǎng)期承受振動(dòng)、疲勞及沖擊荷載，且具有較高的耐熱性和耐候性。通常鋼-鋼室溫抗剪強(qiáng)度>25MPa，抗拉強(qiáng)度≥33MPa。曾利用圖4所示的液壓式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行某類環(huán)氧結(jié)構(gòu)膠不銹鋼—玻璃的抗剪試驗(yàn)，抗剪強(qiáng)度可達(dá)17Mpa。同時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果顯示環(huán)氧膠層厚度的均勻度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度影響甚微，膠水流動(dòng)性適中，便于施膠。此點(diǎn)可有效解決實(shí)際工程中因鋼化玻璃、不銹鋼板表面不平整而造成的膠層厚薄不均，影響粘接強(qiáng)度問(wèn)題。
不銹鋼與玻璃的線脹系數(shù)不同，除考慮傳遞內(nèi)力外，粘接面還應(yīng)考慮兩種材質(zhì)之間的相對(duì)溫差位移。圖5模擬了不銹鋼與玻璃在40°C溫差作用下粘接面的溫差應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果顯示，粘接邊緣應(yīng)力已達(dá)80.8861Mpa，遠(yuǎn)大于鋼化玻璃邊緣強(qiáng)度。因此，粘結(jié)劑的選擇除了滿足抗剪強(qiáng)度外，還必須具有一定的變位能力，以化解或降低玻璃表面溫差應(yīng)力。通常，粘結(jié)劑的變位能力與粘接強(qiáng)度成反比，粘接強(qiáng)度越高，變位能力越弱，兩者需綜合考慮。
3．2. 2拼接方式設(shè)計(jì)
圖7顯示了常規(guī)的膠粘方式，粘接部位采用整塊不銹鋼板連接上下玻璃肋板。當(dāng)遇大跨度玻璃肋施工時(shí)，按此方法拼裝成型的玻璃肋整體吊裝需配備大量的人力及機(jī)具。若為簡(jiǎn)化吊裝，采用高空對(duì)接方式，則現(xiàn)場(chǎng)的施工環(huán)境又不利于粘接質(zhì)量。此外，粘接用環(huán)氧類膠十分穩(wěn)定，一旦粘接成型，只有通過(guò)高溫或者機(jī)械切除的方式進(jìn)行分離。因此，采用此種膠粘方式連接的玻璃肋，即使只是其中一段發(fā)生破損也必須全部更換，維修成本高昂。
從圖5的模擬結(jié)果可知，不同材料間存在溫差應(yīng)力，此應(yīng)力與材料的線膨脹系數(shù)差值及溫變幅度有關(guān)。從《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113-2009中6.1.3條可知，玻璃線膨脹系數(shù)為1.0x10-5/°C，不銹鋼板的線膨脹系數(shù)為1.8x10-5/°C，鋼板的線膨脹系數(shù)為1.2 x10-5/°C。因此，采用鋼板與玻璃肋粘接可有效降低兩者間的溫差應(yīng)力。圖6模擬了鋼板與玻璃在40°C溫差作用下粘接面的溫差應(yīng)力，計(jì)算結(jié)果顯示，粘接邊緣應(yīng)力為20.1968Mpa，較之不銹鋼板有顯著下降。
圖8顯示了一種分離式膠粘方式，先將小塊鋼板分別與每段玻璃肋粘接，然后再通過(guò)特制銷栓及整體不銹鋼板將上下兩段玻璃肋連成整體。這種拼接方式的優(yōu)勢(shì)在于，玻璃與鋼板之間的粘接可在工廠內(nèi)可控的溫度環(huán)境中完成，充分保證了粘接質(zhì)量。同時(shí)，選擇鋼板與玻璃粘接可減少兩者間的溫差應(yīng)力，降低對(duì)粘接用膠變位能力的要求。由于玻璃肋板為分離式設(shè)計(jì)，可大大簡(jiǎn)化運(yùn)輸、安裝工作，大幅降低維修成本。內(nèi)側(cè)鋼板與外側(cè)不銹鋼板采用栓接方式，通過(guò)銷栓孔壁傳力，連接更為可靠。內(nèi)外側(cè)鋼板孔采用預(yù)先配鉆的方式進(jìn)行加工，可有效保證現(xiàn)場(chǎng)拼裝精度。由于玻璃肋與鋼板之間采用粘接方式，內(nèi)外鋼板間又依靠銷栓傳力，玻璃肋孔側(cè)不直接承受外載，可在保證玻璃截面強(qiáng)度的前提下，加大開(kāi)孔直徑，并在孔內(nèi)填充彈性膠，以消除孔邊應(yīng)力集中的風(fēng)險(xiǎn)。
3．2. 3 肋支座設(shè)計(jì)
玻璃肋幕墻，無(wú)論采用何種固定方式，都需支承于主體結(jié)構(gòu)上，因此幕墻系統(tǒng)應(yīng)具有良好的追從性，以適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的變位?！恫Ａ粔こ碳夹g(shù)規(guī)范》JGJ102-2003中7.1.3條明確：吊掛全玻幕墻的主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)有足夠的剛度，采用鋼桁架或鋼梁作為受力構(gòu)件時(shí)，其撓度限值df，lim宜取其跨度的1/250。通常，為追求全玻幕墻的通透性，其主體結(jié)構(gòu)跨度都較大，若以跨度8m為例，鋼梁的容許撓度為32mm，再加上加工、安裝誤差及溫度變形，玻璃肋板支座至少需滿足50mm以上的變位能力要求。因此，玻璃肋幕墻支承于鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真核實(shí)其位移能力。采用圖9所示的成品肋支座可較好地適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的豎向變位，玻璃肋上端通過(guò)肋板支座懸掛于主體結(jié)構(gòu)，下端通過(guò)肋板支座與固定耳板間的長(zhǎng)孔，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)連接，滿足位移要求。
4 工藝要點(diǎn)
玻璃裁切、開(kāi)孔后會(huì)在玻璃邊緣形成損傷，而玻璃的邊緣強(qiáng)度通常在設(shè)計(jì)中起控制作用，因此面板及其孔洞邊緣均應(yīng)倒棱和磨邊，倒棱寬度不宜小于1mm，磨邊宜細(xì)磨，不得出現(xiàn)崩邊。玻璃肋由于采用夾層玻璃，需在單層玻璃上鉆大小不同的孔，以保證多孔對(duì)位。根據(jù)規(guī)范要求玻璃的鉆孔位置偏差應(yīng)小于±0.8mm，孔距偏差應(yīng)小于±1.0mm。為保證肋夾板處玻璃孔能有效傳力，玻璃孔直徑應(yīng)大于肋板直徑3mm以上，其間設(shè)置彈性襯套，玻璃孔周邊填充彈性膠。彈性膠可在玻璃孔周邊形成保護(hù)層，減緩玻璃表面裂紋擴(kuò)展，配合彈性襯套可消減孔位誤差，減少應(yīng)力集中。為保證連接安全，在驗(yàn)核螺孔傳力時(shí)，應(yīng)按單片計(jì)入，且應(yīng)扣除孔兩側(cè)倒棱寬度。
從前述分析可知，溫度作用對(duì)玻璃肋幕墻系統(tǒng)存在諸多影響。肋板的粘接溫度宜取使用環(huán)境溫度的中值，并應(yīng)在可控的環(huán)境中打膠粘接。鋼板與玻璃粘接前應(yīng)去除表面污物，鋼板可采用庚烷，玻璃可采用異丙醇進(jìn)行清潔。為提高粘接強(qiáng)度，鋼板表面應(yīng)適度打磨，以此增加接觸面積并銳化表面溝紋，提高膠接強(qiáng)度。在進(jìn)行全玻幕墻的安裝前應(yīng)復(fù)核主體鋼結(jié)構(gòu)的變位，根據(jù)施工環(huán)境溫度與極值溫度的變形差，控制好預(yù)留間隙，并應(yīng)盡量避免在極端氣候環(huán)境下施工。
5 結(jié)語(yǔ)
全玻結(jié)構(gòu)幕墻以其通透的質(zhì)感為建筑師所推崇，但玻璃為脆性材料，對(duì)外界因素的影響極為敏感，尤其是大跨度拼接的玻璃肋幕墻系統(tǒng)，在系統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)、材料選擇、施工工藝方面存在諸多技術(shù)要點(diǎn)。正如一個(gè)硬幣的兩面，任何事物的內(nèi)部都包含肯定的和否定的兩個(gè)方面，它們既對(duì)立又統(tǒng)一。當(dāng)我們享受玻璃結(jié)構(gòu)的光影魅力時(shí)，也必須正面玻璃自身的弱點(diǎn)，只有針對(duì)材料特性，因材設(shè)計(jì)才能使全玻幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)日臻完善。
