肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的理論分析

蔣雪嘯 王衛(wèi)軍

摘 要：筆者主要就肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的受力特點(diǎn)、傳力方式，給出肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻的一般計(jì)算公式，并通過工程實(shí)例證明此計(jì)算公式的可行性，提出肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和關(guān)鍵理論，同時(shí)筆者給出大跨度玻璃肋設(shè)計(jì)時(shí)連接玻璃肋夾板的設(shè)計(jì)方法，膠粘接玻璃肋和不銹鋼板連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法，校核膠的粘接強(qiáng)度，并對(duì)可行性進(jìn)行論證。

關(guān)鍵詞： 肋駁接； 點(diǎn)式； 玻璃幕墻； 理論分析

一.國內(nèi)現(xiàn)狀及研究意義

自20世紀(jì)90年代中期至今，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建筑業(yè)和幕墻業(yè)的發(fā)展也是突飛猛進(jìn)，80年代中期從有框玻璃幕墻到隱框玻璃幕墻，單元式玻璃幕墻，還有鋁板、石材幕墻等等。98年全國有了第一個(gè)點(diǎn)駁接式幕墻，2000年開始在國內(nèi)的北京、深圳，南京幾個(gè)大城市點(diǎn)駁接式玻璃幕墻才有所增長。點(diǎn)駁接式玻璃幕墻，可以簡稱為點(diǎn)駁式玻璃幕墻，也可以簡稱點(diǎn)式玻璃幕墻。點(diǎn)式玻璃幕墻是由駁接頭和玻璃通過通透式駁接和背切式駁接而組成的，玻璃是重要連接件和受力件。

點(diǎn)駁接式玻璃幕墻，至今十幾年的發(fā)展，已經(jīng)演變成多種形式的點(diǎn)式玻璃幕墻體系，就其支撐體系大體可分為鋼管點(diǎn)式、拉索點(diǎn)式、拉桿點(diǎn)式、肋駁接點(diǎn)式等；而肋駁接點(diǎn)式就其支撐吊掛方式大體可分為采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和吊夾吊掛面玻璃、采用吊夾同時(shí)吊掛肋玻璃和面玻璃、采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃、采用吊夾只吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃。筆者所要研究的肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻，就是面板玻璃采用點(diǎn)支撐受力方式，其面板的支撐結(jié)構(gòu)為玻璃肋，采用的吊掛方式是采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃。肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻較鋼管式、拉索式和拉桿式更具有明亮開闊，通透晶瑩的效果。此種玻璃幕墻適用于很多公共建筑，如：歌劇院、展覽大廳、機(jī)場候機(jī)室、建筑的大堂和大門入口等。

二.理論分析

1 體系傳力過程

由于筆者所研究的肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻，采用的吊掛方式是采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃，所以垂直面板方向的風(fēng)載和水平地震荷載均是通過面玻璃傳給肋玻璃，再傳給支座；平行面板方向的玻璃自重通過駁接爪傳給玻璃肋，再由玻璃肋傳給支座，而玻璃肋的自重直接由玻璃肋傳給支座，體系的基本傳力過程。

水平荷載作用（風(fēng)荷載+地震荷載） 玻璃面板 玻璃肋 支座

玻璃面板自重 玻璃肋 支座

豎向荷載作用

玻璃肋自重 支座

圖1 體系傳力過程

2 玻璃肋及其連接設(shè)計(jì)

2.1 玻璃肋的設(shè)計(jì)：

每個(gè)分格處作用在玻璃肋上的的豎向力

N1=γQ1（Gkb+Gkl） （2.1.1）

γQ1-風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)；

Gkb –每個(gè)分格處面板自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

Gkb=l×B×t×γ?！?.1 （2.1.2）

Gkl -每個(gè)分格處玻璃肋自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

Gkl=l×B×t×γ?！?.1 （2.1.3）

γ玻-玻璃的容重（KN/m2）；

l -分格高（m）；

B-分格寬（m）；

t-玻璃厚度（m）；

1.1-自重放大系數(shù)；

每個(gè)分格處作用在玻璃肋上的水平力：

P1=γQ1Wk+γQ2ΨC1Ek

γQ1-風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)；

γQ2-地震荷載分項(xiàng)系數(shù)；

ΨC1-地震荷載組合系數(shù)；

Wk-每個(gè)分格處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

Wk=l×B×wk （2.1.4）

wk-風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN/m2）；

wk=βgZ×μs1×μz×Wo （2.1.5）

βgZ –高度Z處的陣風(fēng)系數(shù)；

μs -風(fēng)荷載體型系數(shù)；

μz –風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

Wo –基本風(fēng)壓（KN/m2）。

Ek –每個(gè)分格處地震荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

Ek=βeαmax（Gkb+Gkl） （2.1.6）

βe-動(dòng)力放大系數(shù)

αmax-水平地震影響系數(shù)最大值

玻璃肋兩端鉸接在土建結(jié)構(gòu)上，下部放開豎向約束，則玻璃肋的受力模型采用簡支梁計(jì)算模型。根據(jù)《建筑靜力學(xué)計(jì)算手冊(cè)》中，單跨簡支梁計(jì)算公式得，當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，

玻璃肋跨中撓度應(yīng)滿足：

（2.1.7）

f-玻璃肋跨中的撓度；

n-玻璃肋的受力個(gè)數(shù)；

E-玻璃的彈性模量；

I-玻璃肋的慣性矩；

P1-作用在玻璃肋每分格處的水平力；

L-玻璃肋的跨度；

玻璃肋強(qiáng)度應(yīng)滿足：

（2.1.8）

σ-玻璃肋的強(qiáng)度；

N-作用在玻璃肋上的豎向力；

N=10P

M-作用在玻璃肋上的彎矩；

（2.1.9）

2.2 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：

2.2.1 膠連接的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：

由于玻璃肋采用上部懸掛式連接方法，所以上部支座處的反力最大，則只校核上部節(jié)點(diǎn)即可，至于玻璃肋斷開處節(jié)點(diǎn)需要該處設(shè)計(jì)成與玻璃肋等強(qiáng)。連接螺栓起到增大連接板和玻璃肋間摩擦力和限位的作用，因現(xiàn)無具體資料和試驗(yàn)?zāi)軌蚯宄f明摩擦力大小，因此本次計(jì)算保守考慮，只計(jì)算AB膠的粘接力，則

（2.2.1）

F-作用在玻璃肋上支點(diǎn)的合力；

σj-AB膠的粘接應(yīng)力設(shè)計(jì)值；

A0j-AB膠的有效粘接面積。

2.2.2 摩擦力連接的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)：

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003中，高強(qiáng)螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力計(jì)算公式：

（2.2.2）

A0b-高強(qiáng)螺栓的有效截面面積；

fu-高強(qiáng)螺栓材料經(jīng)熱處理后的最低抗拉強(qiáng)度，對(duì)于8.8S螺栓，fu=830N/mm2；10.9S螺栓，fu=1040N/mm2；

由 （2.2.3）

（2.2.4）

且 （2.2.5）

μ-高強(qiáng)螺栓的摩擦面抗滑移系數(shù)；

nf-傳力摩擦面數(shù)目：單剪時(shí)，nf=1；雙剪時(shí)，nf=2；

n-連接高強(qiáng)螺栓的數(shù)目；

σb-玻璃的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；

A0-鋼板和玻璃的有效擠壓面積。

2.3 穩(wěn)定性設(shè)計(jì)：

對(duì)于跨度較大的玻璃肋，考慮在遠(yuǎn)離駁接點(diǎn)位置（即玻璃肋斷開處）加平衡不銹鋼管以保持玻璃肋穩(wěn)定，根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003中的規(guī)定來考慮穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，且宜采用吊掛式。

三.結(jié)論

1.筆者研究的膠粘連接玻璃肋的連接方法適用于大跨度肋駁接點(diǎn)式玻璃幕墻；

2.筆者建議粘接膠應(yīng)考慮膠的下垂度，失效期，最大伸長率等因素；

3.筆者給出只考慮摩擦力連接的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)中抗滑移系數(shù)的計(jì)算公式（2.2.4）；

4.連接不應(yīng)設(shè)計(jì)在靠近彎矩中心的位置；

5.連接節(jié)點(diǎn)處不宜用螺栓承重，應(yīng)減少螺栓數(shù)量采用膠粘連接玻璃肋的做法。

參考文獻(xiàn)：

[1]《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003；

[2]《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113-2009；

[3]《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊(cè)（第二版）》；

[4]《堅(jiān)朗點(diǎn)支式幕墻配件典型產(chǎn)品目錄》2010年版；

[5]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003。