本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載
一、前言
駁接玻璃肋點(diǎn)支承玻離幕墻是點(diǎn)支承玻離幕墻類(lèi)型中的一種形式,在建筑設(shè)計(jì)中是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一種重要的表現(xiàn)手法。建筑師們常用這種幕墻形式的無(wú)框、簡(jiǎn)潔而通透、跨度大，視野開(kāi)闊的特性展示建筑作品的魅力。以晶瑩剔透的墻面使室內(nèi)外相互呼應(yīng)，空間融合貫通，讓室內(nèi)的靜物和室外的大自然融為一體。由于駁接玻璃肋點(diǎn)支承玻離幕墻具有的這些突出優(yōu)點(diǎn)，在新建建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，倍受建筑師的青睞。
這類(lèi)幕墻在建筑設(shè)計(jì)中經(jīng)常出現(xiàn)在酒店、寫(xiě)字樓、大型場(chǎng)館和高層建筑的大堂、共享空間及裙樓等位置。大多是整棟建筑的臉面。其結(jié)構(gòu)形式從單肋、雙肋駁接，發(fā)展到多片玻璃肋駁接，從單一的豎向垂直玻璃肋發(fā)展到斜向肋、水平肋和異形駁接玻璃肋。駁接玻璃肋的使用受力跨度，從最初的幾米發(fā)展到二十多米，甚至接近三十米。駁接玻璃肋點(diǎn)支承玻離幕墻確實(shí)為現(xiàn)代建筑的外立面添了彩，豐富了建筑外立面的表現(xiàn)手法。(如圖1—4)
圖1雙片駁接玻璃肋
圖2 采用條形連接板的駁接玻璃肋
在玻璃幕墻的分類(lèi)中，玻璃肋支承點(diǎn)支式玻離幕墻是點(diǎn)支式玻璃幕墻中的一大類(lèi)。有整體玻璃肋支承的支承點(diǎn)支式玻離幕墻;有由多片玻璃通過(guò)連接板將其駁接成整體肋板支承的支承點(diǎn)支式玻離幕墻;有垂直地面安裝的也有與地面成一定夾角安裝的斜面玻璃幕墻;還有
將玻璃肋水平安裝的水平肋駁接點(diǎn)支式玻璃幕墻。連接件和駁接系統(tǒng)也根據(jù)不同的工程各有不同。
圖3單片整體玻璃肋點(diǎn)支承玻璃幕墻
圖4玻璃鉸接連接玻璃肋幕墻
二、駁接玻璃肋支承的點(diǎn)支式玻幕墻在實(shí)際項(xiàng)目中出現(xiàn)的問(wèn)題
在玻璃肋支承點(diǎn)支式玻離幕墻的實(shí)際應(yīng)用中也出現(xiàn)了不少讓我們無(wú)法回避的問(wèn)題和缺憾，由于這些已經(jīng)顯露的此類(lèi)幕墻的弱點(diǎn)的存在，實(shí)時(shí)提醒著我們?cè)诓ＡЮ咧С悬c(diǎn)支式玻離幕墻的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的對(duì)待每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)和施工安裝。真正做到玻璃肋的受力清晰、胸中有數(shù)、確保安全。
圖5、圖6中所示的是某些駁接玻璃肋支承點(diǎn)支式玻離幕墻在安裝或使用中的肋玻璃大面積破損照片;圖7是無(wú)框玻璃門(mén)上的水平玻璃肋與豎向玻璃肋連接不當(dāng)引起的玻璃肋爆裂;圖8至圖10中所示的是駁接玻璃肋支承點(diǎn)支式玻離幕墻在玻璃肋連接節(jié)點(diǎn)和肋與面板連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不當(dāng)而引起的玻璃爆裂情況。
圖5條形連接板玻璃肋破損
圖6點(diǎn)狀連接板玻璃肋破損
圖7與水平玻璃肋接口處破損
在圖5至圖10中可以看出，玻璃肋支承點(diǎn)支式玻離幕墻的實(shí)際應(yīng)用中由于設(shè)計(jì)或施工安裝不當(dāng)，使得肋玻璃出現(xiàn)嚴(yán)重的破損現(xiàn)象，給工程留下嚴(yán)重的安全隱患。這樣的玻璃爆裂情況不但出現(xiàn)在玻璃幕墻的安裝過(guò)程中，在加工和使用過(guò)程中也都會(huì)出現(xiàn)玻璃肋板和面板玻璃自爆的現(xiàn)象。更嚴(yán)重的是有個(gè)別項(xiàng)目在惡劣天氣來(lái)襲時(shí)其無(wú)法抵抗外力的沖擊，出現(xiàn)整體坍塌事件。
圖8在駁接件處破損
圖9玻璃肋連接處破損
圖10設(shè)計(jì)不當(dāng)而引起的爆裂
在海南海口市的某商場(chǎng)，大堂的全玻璃幕墻是采用了拼接玻璃肋支撐的點(diǎn)支式玻璃幕墻(圖11)，在超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)下整體塌落，只在邊部還有一片面玻璃和半截肋。門(mén)玻璃也有損毀(圖12)。該幕墻的面板玻璃和肋板玻璃都整體損毀，影響較大。
圖11 海口某商場(chǎng)全玻幕墻整體塌落
圖12 海口某商場(chǎng)全玻幕墻未塌落前全景
在超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”的襲擊下，菲律賓馬尼拉的某大廈大堂玻璃盒子的全玻璃幕墻也出現(xiàn)了整體坍塌。其幕墻形式也是采用了拼接玻璃肋點(diǎn)支式玻璃幕墻，在此次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)下整體塌落，無(wú)框玻璃門(mén)也完全損毀(圖13)。
這些出問(wèn)題的項(xiàng)目告訴我們，在幕墻設(shè)計(jì)時(shí)一定要充分分析自然環(huán)境和在極限狀態(tài)時(shí)對(duì)幕墻的影響，確保幕墻在使用過(guò)程中的安全性。在《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102中4.4.3條文說(shuō)明條中就提到“采用玻璃肋支承的點(diǎn)支承玻璃幕墻，其肋玻璃屬支承結(jié)構(gòu)，打孔處應(yīng)力集中明顯，強(qiáng)度要求較高;另一方面，如果玻璃肋破碎，則整片幕墻會(huì)塌落。所以，應(yīng)采用鋼化夾層玻璃”。在正文的4.4.3條規(guī)定了“采用玻璃肋支承的點(diǎn)支承玻璃幕墻，其玻璃肋應(yīng)采用鋼化夾層玻璃”。
圖13 菲律賓馬尼拉某大廈全玻幕墻整體塌落
在《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中對(duì)全玻璃幕墻的玻璃肋截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）高度hr和在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值下撓度dr都有嚴(yán)格的計(jì)算公式，并規(guī)定了“風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值下，玻璃肋的撓度df宜取其計(jì)算跨度的1/200”。同時(shí)還強(qiáng)調(diào)“高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算;高度大于12m的玻璃肋，應(yīng)進(jìn)行平面外穩(wěn)定驗(yàn)算，必要時(shí)應(yīng)采取防止側(cè)向失穩(wěn)的構(gòu)造措施。”在條文說(shuō)明中作了充分的說(shuō)明，
三、在構(gòu)造設(shè)計(jì)和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題
根據(jù)實(shí)際工程的情況看，采用拼接的玻璃肋支承點(diǎn)支式玻璃幕墻只考慮了采用鋼化夾膠玻璃還不夠，還應(yīng)該考慮到在夾膠玻璃同時(shí)破損的情況下玻璃肋的整體性，還應(yīng)該保持一定的體型和穩(wěn)定性。這是在臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)和易出現(xiàn)極限荷載狀態(tài)的地區(qū)需要關(guān)注的安全性問(wèn)題。同時(shí)，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)上要特別關(guān)注整體玻璃幕墻在工作狀態(tài)時(shí)變位能力和在極限狀態(tài)時(shí)的適應(yīng)能力。
a加工后的肋玻璃孔和邊精度都不夠 b肋玻璃孔邊已經(jīng)出現(xiàn)開(kāi)膠現(xiàn)象
3.1、在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的問(wèn)題
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。在玻璃肋的拼接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，由于玻璃的特性，不宜采用連接螺栓（詞條“螺栓”由行業(yè)大百科提供）與玻璃孔壁之間的作用(包括在玻璃孔內(nèi)加套墊或注膠（詞條“注膠”由行業(yè)大百科提供）)來(lái)提高連接板與玻璃立面的連接強(qiáng)度。(見(jiàn)圖3,1a、b)
拼接玻璃肋板可通過(guò)螺栓將鋼板（詞條“鋼板”由行業(yè)大百科提供）與玻璃之間的界面材料壓緊提高其摩擦力，以此來(lái)有效的將連接節(jié)點(diǎn)固定。所以，最好采用膠粘接的方法，即通過(guò)在玻璃與鋼板間用粘接劑來(lái)傳遞彎矩及剪力，形成等強(qiáng)連接(可采用樹(shù)脂類(lèi)的粘接劑)。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。還有一種有效的方法就是，采用在鋼板與玻璃之間的位置用硅膠板或橡膠板為界面材料，通過(guò)螺栓將鋼板、硅膠板或橡膠板與玻璃壓緊來(lái)提高其摩擦力，以此來(lái)有效的將連接節(jié)點(diǎn)采用摩擦力的作用將鋼板與玻璃固定。
在設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的是，如采用粘接的方案要考慮到。不銹鋼與玻璃的線(xiàn)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)溫度位移。有計(jì)算證明，不銹鋼與玻璃在40℃溫差作用下，粘接邊緣的應(yīng)力已達(dá)到80.8861Mpa,大于鋼化玻璃邊緣強(qiáng)度限值。在此部位極易出現(xiàn)由于溫差的變化引起的玻璃爆裂現(xiàn)象。不同材料在組合時(shí)要考慮溫差應(yīng)力，此應(yīng)力與材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)（詞條“線(xiàn)膨脹系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）差值及溫變幅度有關(guān)。玻璃線(xiàn)膨脹系數(shù)為1.0x10-5/℃，不銹鋼板的線(xiàn)膨脹系數(shù)為1.8x10-5/℃，鋼板的線(xiàn)膨脹系數(shù)為1.2x10-5/℃。因此，采用鋼板與玻璃肋粘接可有效降低減小由溫差應(yīng)力帶來(lái)不利影響。
在粘結(jié)劑的選擇方面，除了要滿(mǎn)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度應(yīng)力的影響。要注意，粘接強(qiáng)度越高，變位能力越弱，兩者需綜合考慮。
圖15拼接玻璃肋中部連接節(jié)點(diǎn)三維圖
圖16拼接玻璃肋中部連接節(jié)點(diǎn)三維圖
要提醒注意的是在玻璃肋與面板玻璃連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，在充分分析其受力狀態(tài)、節(jié)點(diǎn)適應(yīng)變形的能力的基礎(chǔ)上，還要對(duì)爪件與玻璃肋的連接形式進(jìn)行分析，要在有效連接的前提下考慮爪件對(duì)肋板玻璃的影響。不得采用將爪件未經(jīng)螺栓壓合，而直接粘節(jié)在玻璃肋板上已有項(xiàng)目證明，這種連接方式很容易出現(xiàn)在面玻璃受到風(fēng)荷載作用時(shí)，在粘接點(diǎn)的邊緣，由于應(yīng)力過(guò)于集中而將鋼化玻璃壓應(yīng)力層玻璃撕裂的現(xiàn)象(圖17)。
圖17玻璃肋與面板玻璃連接節(jié)點(diǎn)
圖18玻璃吊夾吊掛玻璃的連接方
在玻璃肋頂部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)最好采用不打孔的連接方式，減少由于孔邊應(yīng)力引起的玻璃破損現(xiàn)象。應(yīng)該盡可能的采用玻璃吊夾吊掛玻璃的連接方式(圖19)這種連接方式能在有效的傳遞玻璃自重力的同時(shí)，充分適應(yīng)由于外界影響引起的變形位移能力，是一種較為成熟的吊掛玻璃連接方式。
在整體設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到主體結(jié)構(gòu)（詞條“主體結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）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)，按照規(guī)范的規(guī)定取其跨度的1/250以下。因?yàn)轫敳恐С薪Y(jié)構(gòu)的剛度直接影響著底部節(jié)點(diǎn)的變形量。
在玻璃肋的下部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)最好采用入U(xiǎn)型槽的連接方式(圖19)，這也是能夠很好的適應(yīng)玻璃肋板在長(zhǎng)度方向變形能力的成熟節(jié)點(diǎn)。在玻璃入U(xiǎn)型槽的深度和在槽內(nèi)預(yù)留變形量的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該考慮到玻璃在溫度變化影響下會(huì)熱脹冷縮，玻璃的線(xiàn)脹系數(shù)為1×10-5，一塊邊長(zhǎng)1500mm的玻璃，當(dāng)溫度升高80℃時(shí)會(huì)伸長(zhǎng)1 .2mm。如果在安裝玻璃時(shí)，玻璃與鑲嵌槽底緊密接觸，一旦伸長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，這種應(yīng)力很大，σt=αEΔT 。當(dāng)ΔT=80℃時(shí)，σt=1×10-5×0.72×105×80=57.6N/mm2，大于浮法玻璃強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，因此在設(shè)計(jì)玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)使玻璃邊緣與鑲嵌槽底板間留有配合間隙，防止玻璃產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。
圖19玻璃吊夾吊掛玻璃的連接方式
圖20玻璃肋端部連接方式
拼接玻璃肋支承的點(diǎn)支承玻璃幕墻雖然在項(xiàng)目上使用已經(jīng)很廣，但由其特點(diǎn)和材料所致其安全度還有待深入研究。所以建議，在臺(tái)風(fēng)多發(fā)地區(qū)應(yīng)謹(jǐn)慎選用拼接玻璃肋支承的點(diǎn)支承玻璃幕墻。如一定要采用玻璃肋支承的點(diǎn)支式玻璃幕墻，就應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范中要求方法進(jìn)行計(jì)算;在夾膠玻璃的選型時(shí)，應(yīng)考慮使用SGP膠片或三層玻璃夾膠。經(jīng)破壞性實(shí)驗(yàn)證明其破損后的穩(wěn)定性和安全性后方可使用。
3.2、在構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題
由于玻璃材料的特性要求，在玻璃肋的設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能的減少在肋板上鉆孔（詞條“鉆孔”由行業(yè)大百科提供），也盡量不要在玻璃肋上設(shè)計(jì)凹缺口。盡可能的減少由于孔邊應(yīng)力引起的肋板爆裂現(xiàn)象。玻璃鉆孔的尺寸和位置應(yīng)按《門(mén)窗幕墻用鋼化玻璃》JGJ455標(biāo)準(zhǔn)中要求的進(jìn)行設(shè)計(jì)。
在玻璃經(jīng)過(guò)切割（詞條“切割”由行業(yè)大百科提供）后，其周邊會(huì)隱藏著許多微小的裂口。這些裂口在各種效應(yīng)與熱應(yīng)力影響下，會(huì)擴(kuò)展成裂紋，如果裂紋進(jìn)一步發(fā)展會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致玻璃破裂。應(yīng)該要求在玻璃加工成型后，用磨邊機(jī)進(jìn)行處理，對(duì)玻璃板塊的四周邊，和鉆孔的孔邊進(jìn)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(duì)于鋼化玻璃來(lái)說(shuō)，由于鋼化玻璃表面有約占其總厚度1/6的受壓應(yīng)力區(qū)，其余的為拉應(yīng)力（詞條“拉應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）區(qū)，鋼化玻璃的內(nèi)外拉、壓應(yīng)力總體平衡，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)，鋼化玻璃將立即破裂。
另一方面，應(yīng)該考慮到玻璃破碎后玻璃肋的穩(wěn)定性和安全性。在對(duì)較高的玻璃肋板設(shè)計(jì)時(shí)，除了要認(rèn)真設(shè)計(jì)每一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)，還要充分考慮到玻璃肋板的整體穩(wěn)定性。當(dāng)玻璃肋達(dá)到一定的高度時(shí)，就需要考慮其側(cè)向穩(wěn)定性。按照《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》對(duì)大玻璃肋的規(guī)定：“高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算;高度大于12m的玻璃肋，應(yīng)進(jìn)行平面外穩(wěn)定驗(yàn)算，必要時(shí)應(yīng)采取防止側(cè)向失穩(wěn)的構(gòu)造措施。”在條文說(shuō)明充分作了說(shuō)明，由于吧玻璃肋在平面外的剛度較小有發(fā)生屈曲的可能。當(dāng)正風(fēng)壓作用使玻璃肋產(chǎn)生彎曲時(shí)，玻璃肋的受壓部位有面板作為平面外的支撐;當(dāng)反向風(fēng)壓作用時(shí)，受壓部位在玻璃肋的自由邊，就可能產(chǎn)生平面外屈曲。所以，跨度大的玻璃肋在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其側(cè)向穩(wěn)定性要求，必要時(shí)要進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，并采取有效的橫向支撐等措施。
四、結(jié)束語(yǔ)
近來(lái)超高的駁接玻璃肋支承的點(diǎn)支承玻璃幕墻出的問(wèn)題比較多，問(wèn)題主要集中在玻璃肋連接節(jié)點(diǎn)上，因?yàn)樵谶@一部位的受力較為復(fù)雜，再加上玻璃材料自身的特性所以容易出現(xiàn)問(wèn)題。在實(shí)際工程中也出現(xiàn)了不少由于節(jié)點(diǎn)處理不當(dāng)，加工精度不夠、安裝精度不高而造成肋板玻璃和面板玻璃破損的情況。
對(duì)于跨度大的玻璃肋在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其側(cè)向穩(wěn)定性要求，必要時(shí)要進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，并采取橫向支撐或拉結(jié)等措施。目前國(guó)內(nèi)對(duì)于玻璃肋的穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)及計(jì)算的理論較少，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可以參考經(jīng)典板殼理論和國(guó)外的相關(guān)規(guī)范。對(duì)于玻璃肋結(jié)構(gòu)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(duì)于采用玻璃孔邊受力的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)一定要進(jìn)行受力分析、模擬計(jì)算和實(shí)體實(shí)驗(yàn)后才能確定方案。在玻璃肋板的孔位設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分考慮到玻璃鉆孔的加工精度對(duì)玻璃肋支承的點(diǎn)支承玻璃幕墻整體性能的影響。
在這里還想正中強(qiáng)調(diào)，玻璃肋支承的點(diǎn)支承玻璃幕是一種對(duì)玻璃加工和安裝精度要求極高的玻璃幕墻產(chǎn)品。玻璃上的鉆孔磨邊等深加工技術(shù)是要由高精的設(shè)備來(lái)保證的。這種幕墻的單位平米造價(jià)很高，是一種高檔次的幕墻產(chǎn)品。要有充分的心理準(zhǔn)備才能制造出好的產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)
[1] 《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》，中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn), JGJ102-2003
[2]蔣金博、郭迪、張冠琦，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)影響下幕墻安全分析，《幕墻設(shè)計(jì)》，2014第五期，總第35期
[3] 王德勤（詞條“王德勤”由行業(yè)大百科提供），玻璃肋支承點(diǎn)支式玻璃幕墻在設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮的問(wèn)題，《幕墻設(shè)計(jì)》，2016.01
[4] 王德勤，點(diǎn)支式玻璃幕墻的設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題解答，《建筑幕墻設(shè)計(jì)與施工》, 2006.09
