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          玻璃肋支承點支式玻璃幕墻在設計中應該考慮的問題

          來源:2016年會論文集  作者:王德勤  日期:2016-3-23
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            摘要:玻璃肋支承點支式玻璃幕墻作為一種建筑幕墻形式,已經在各類建筑上得以廣泛的應用。但是,在這類幕墻的實際應用中也出現了不少讓我們無法回避的問題和缺憾。在本文的內容中,從玻璃肋支承點支式玻璃幕墻的分類和問題,到具體案例的分析。并對玻璃肋在連接節點設計和構造設計時需要考慮的間題作了深人地解析。特別是對玻璃肋局部穩定計算的計算方法和玻璃肋整體穩定性計算方法作了詳細的介紹。
            關鍵詞:玻璃肋支承點支式玻璃幕墻;駁接玻璃肋;連接節點;玻璃肋整體穩定性計算

            在整體設計時,要考慮到主體結構或結構構件應有足夠的剛度,采用鋼桁架或鋼梁作為受力構件時,按照規范的規定取其跨度的1/250以下。因為頂部支承結構的剛度直接影響著底部節點的變形量。

            拼接玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻雖然在項目上使用已經很廣,但由其特點和材料所致其安全度還有待深入研究。所以建議,在臺風多發地區應謹慎選用拼接玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻。如一定要采用玻璃肋支承的點支式玻璃幕墻,就應嚴格按照規范中要求方法進行計算;在夾膠玻璃的選型時,應考慮使用SGP膠片或三層玻璃夾膠。經破壞性實驗證明其破損后的穩定性和安全性后方可使用。

            3.2、在構造設計時應考慮的問題

            由于玻璃材料的特性要求,在玻璃肋的設計時,盡可能的減少在肋板上鉆孔,也盡量不要在玻璃肋上設計凹缺口。盡可能的減少由于孔邊應力引起的肋板爆裂現象。玻璃鉆孔的尺寸和位置應按《門窗幕墻用鋼化玻璃》標準中要求的進行設計。

            在玻璃經過切割后,其周邊會隱藏著許多微小的裂口。這些裂口在各種效應與熱應力影響下,會擴展成裂紋,如果裂紋進一步發展會導致玻璃破裂。所以為了減少和消除玻璃因鉆孔或切割加工后留下的小裂紋而導致玻璃破裂。應該要求在玻璃加工成型后,用磨邊機進行處理,對玻璃板(詞條“玻璃板”由行業大百科提供)塊的四周邊,和鉆孔的孔邊進行精磨邊和拋光的加工處理。消除玻璃周邊隱藏的微小的裂痕。

            對于鋼化玻璃來說,由于鋼化玻璃表面有約占其總厚度1/6的受壓應力區,其余的為拉應力區,鋼化玻璃的內外拉、壓應力總體平衡,使其機械性能得到明顯提升,但一旦玻璃表面裂紋擴展到受拉區,鋼化玻璃將立即破裂。

            另一方面,應該考慮到玻璃破碎后玻璃肋的穩定性和安全性。在對較高的玻璃肋板設計時,除了要認真設計每一個連接節點,還要充分考慮到玻璃肋板的整體穩定性。當玻璃肋達到一定的高度時,就需要考慮其側向穩定性。按照《玻璃幕墻工程技術規范》對大玻璃肋的規定:“高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩定驗算;高度大于12m的玻璃肋,應進行平面外穩定驗算,必要時應采取防止側向失穩的構造措施。”在條文說明充分作了說明,由于吧玻璃肋在平面外的剛度較小有發生屈曲的可能。當正風壓作用使玻璃肋產生彎曲時,玻璃肋的受壓部位有面板作為平面外的支撐;當反向風壓作用時,受壓部位在玻璃肋的自由邊,就可能產生平面外屈曲。所以,跨度大的玻璃肋在設計時應考慮其側向穩定性要求,必要時要進行穩定性驗算,并采取橫向支撐或拉結等措施。

            3.2.1、玻璃肋局部穩定計算

            玻璃肋結構通常由玻璃面板和玻璃肋組成,玻璃肋與玻璃面板一般垂直放置,承受玻璃面板傳來的風荷載及地震荷載。由于厚度較薄,玻璃肋類似于承受平面內荷載的薄板(詞條“薄板”由行業大百科提供),在風荷載或自重作用下會產生壓應力,如壓應力較大,則會發生薄板的局部屈曲失穩現象。因此,玻璃肋的局部穩定驗算是首先需要考慮的問題。

            3.2.2、玻璃肋整體穩定性計算

            由于玻璃肋平面外的剛度遠小于平面內剛度,對于超高玻璃肋,如果缺乏必要的側向約束,則當荷載達到一定的臨界值,就有可能發生平面外的彎曲并扭轉,也即稱為平面外失穩或側向屈曲。因此,為了防止發生玻璃肋的平面外失穩,對于超高玻璃肋尚應進行整體穩定的驗算。玻璃幕墻工程技術規范中也建議對于“高度大于 8m 的玻璃肋宜考慮平面外的穩定驗算,但并未提供具體計算方法。

            根據上述公式以及采用有限元法對玻璃肋的研究分析發現,玻璃肋的極限側向屈曲彎矩主要與玻璃肋的厚度和高度有關,臨界荷載隨著寬度或厚度的增大而增大,隨著跨度的增大而減小。并且,對玻璃肋穩定性的影響,肋的厚度和跨度比肋的寬度的影響大,玻璃肋的寬度對于超高玻璃肋的極限側向屈曲彎矩的提高作用并不明顯。

            而玻璃肋的自重對于玻璃肋的整體穩定有一定影響,采用懸掛式玻璃肋要比落地式玻璃肋具有更高的抗側向屈曲能力,這是由于懸掛系統中的玻璃肋的自重產生了對于抗側向屈曲有利的拉力作用。不過,與玻璃肋的厚度和高度相比,自重在其中的影響還是較小的。

            4、結束語

            在近些年,超高的駁接玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻出的問題比較多,問題主要集中在玻璃肋連接節點上,因為在這一部位的受力較為復雜,再加上玻璃材料自身的特性所以容易出現問題。在實際工程中也出現了不少由于節點處理不當,造成面玻璃破損的情況。

            對于跨度大的玻璃肋在設計時應考慮其側向穩定性要求,必要時要進行穩定性驗算,并采取橫向支撐或拉結等措施。目前國內對于玻璃肋的穩定性的設計及計算的理論較少,在設計計算時可以參考經典板殼理論和國外的相關規范。對于玻璃肋結構分析,即使玻璃肋正截面承載力不是由臨界屈曲荷載控制,但是分析玻璃肋臨界荷載仍然有一定的意義。

            對于采用玻璃孔邊受力的節點設計時一定要進行受力分析、模擬計算和實體實驗后才能確定方案。在玻璃肋板的孔位設計時,應該充分考慮到玻璃鉆孔的加工精度(詞條“加工精度”由行業大百科提供)對玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻整體性能的影響。

            參考文獻

            [1] 《玻璃幕墻工程技術規范》,中華人民共和國行業標準, JGJ102-2003

            [2]蔣金博 、郭迪、 張冠琦,強臺風影響下幕墻安全分析,《幕墻設計》,2014第五期,總第35期

            [3] 計苓,大跨度玻璃肋幕墻技術要點探析,《中國幕墻網》,2013.04

            [4] 王德勤,點支式玻璃幕墻的設計與施工問題解答,《建筑幕墻設計與施工》, 2006.09

            [5] 周冬磊,全玻幕墻超高玻璃肋設計計算及穩定性分析,《中國幕墻網》,2015.02

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          專家介紹

           王德勤

          鋁門窗幕墻委員會專家組

          工作單位:北京德宏工程技術科研中心

          技術職稱:教授級高工

          專業:門窗幕墻標準編制、建筑玻璃與金屬結構設計與研究

          專長:大型金屬屋面、雙曲面索結構點支承玻璃幕墻的產品開發、節點設計、施工技術研究與應用。在國內是最早進行點支式玻璃幕墻研發、推廣人之一。

          原文地址:http://www.52mqw.com/info/2016-3-23/40951-1.htm
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