基于結(jié)構(gòu)膠粘接不同厚度的建筑幕墻結(jié)構(gòu)抗變形能力

徐志彪

摘 要：隨著建筑幕墻結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，隱框式建筑幕墻逐漸成為主要發(fā)展趨勢(shì)，其中需要使用結(jié)構(gòu)膠將玻璃粘接到框架上，所以為了提高建筑幕墻的安全性，有必要對(duì)結(jié)構(gòu)膠粘接性能對(duì)建筑幕墻安全性的影響進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)膠粘接不同厚度對(duì)粘接性能的影響比較突出，于是文章主要分析結(jié)構(gòu)膠粘接不同厚度對(duì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)抗變形能力的影響。文章對(duì)環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠和丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，研究結(jié)構(gòu)膠粘接厚度對(duì)結(jié)構(gòu)膠變形能力和建筑幕墻變形能力的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)粘接厚度不斷增加時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度先增加后降低;當(dāng)丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度為0.6時(shí)，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度為0.4時(shí)，結(jié)構(gòu)膠的拉伸剪切強(qiáng)度為最大值，此時(shí)建筑幕墻變形程度受到結(jié)構(gòu)膠粘接變形影響最小;丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠整體變形和建筑幕墻之間的存在正相關(guān)性，且結(jié)構(gòu)膠變形是建筑幕墻結(jié)構(gòu)變形位移量的19%～20%。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)膠;厚度;建筑幕墻結(jié)構(gòu);變形

中圖分類號(hào)：TQ436+.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1001-5922（2021）10-0103-04

Deformation Resistance of Building Curtain Wall Structures Based on Structural Adhesive Bonding of Different Thicknesses

Xu Zhibiao

（Yangling Vocational and Technical College， Yang Ling 712100， China ）

Abstract：With the continuous development of the building curtain wall structure， the hidden frame building curtain wall has gradually become the main development trend， which requires the use of structural glue to bond the glass to the frame， so in order to improve the safety of building curtain walls， it is necessary to analyze the influence of structural adhesive bonding performance on the safety of building curtain walls. Different thickness of structural adhesive bonding has a prominent influence on bonding performance， so the paper mainly analyzes the influence of different thickness of structural adhesive bonding on the deformation resistance of building curtain wall structure. This paper conducts an experimental analysis on epoxy resin structural adhesive and acrylic structural adhesive， and studies the influence of the bonding thickness of structural adhesive on the deformability of structural adhesive and the deformability of building curtain wall. The experimental results show that when the bonding thickness increases， the shear strength and tensile strength of the two structural adhesives first increase and then decrease; when the bonding thickness of the acrylic structural adhesive is 0.6， when the bonding thickness of the epoxy structural adhesive is 0.4， the tensile shear strength of the structural adhesive is the maximum value， at this time， the deformation of the building curtain wall is least affected by the deformation of the structural adhesive; there is a positive correlation between the overall deformation of the acrylic structural adhesive and the building curtain wall， and the deformation of the structural adhesive is 19% to 20% of the deformation displacement of the building curtain wall structure.

Key words：structural glue; thickness; building curtain wall structure; deformation

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑幕墻從明框玻璃幕墻發(fā)展到隱框玻璃幕墻，隱框玻璃幕墻通過(guò)使用結(jié)構(gòu)膠將玻璃固定在幅框上，然后再將幅框固定到主框上[1-2]。這種幕墻結(jié)構(gòu)相比于明框玻璃幕墻在材料的浪費(fèi)上比較少，并且更加美觀[3]。由于隱框玻璃幕墻是使用結(jié)構(gòu)膠將玻璃進(jìn)行粘接固定，一開始這種幕墻結(jié)構(gòu)并不被我國(guó)人民認(rèn)可，擔(dān)心粘接效果不牢固就容易發(fā)生重大安全事故。隨著我國(guó)對(duì)隱框玻璃幕墻的不斷深入研究，其中主要包含對(duì)結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能的分析，然后使用合適的粘接工藝，將玻璃能夠穩(wěn)定牢固的固定在副框上[4-6]。再加上隱框玻璃幕墻的外表具有干凈、整潔、美觀的特點(diǎn)，使其在建筑建設(shè)中使用范圍更加廣泛。比較典型的隱框玻璃幕墻工程就是北京環(huán)球貿(mào)易中心，其中全部使用的隱框玻璃幕墻作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在隱框玻璃幕墻設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)膠厚度直接影響著建筑幕墻結(jié)構(gòu)抗變形能力，在一定程度上能夠說(shuō)明結(jié)構(gòu)膠厚度對(duì)建筑幕墻的安全性能有著非常重要影響，所以有必要對(duì)結(jié)構(gòu)膠厚度進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，從而提高建筑幕墻的安全性能，提高建筑幕墻的抗變形能力[7-8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

本實(shí)驗(yàn)中選擇兩種不同類型的結(jié)構(gòu)膠作為研究對(duì)象，分別為環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠和丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠，實(shí)驗(yàn)過(guò)程還需要的主要材料有：工業(yè)酒精、鋼質(zhì)立柱（30mm×120mm）、粗砂紙、玻璃面板等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要的主要儀器為電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

1.2 試樣制備

首先對(duì)四根鋼質(zhì)立柱進(jìn)行清潔，用工業(yè)酒精清潔完成之后，再用砂紙打磨，將立柱表面的污漬和銹垢清除干凈，目的在于使得鋼片表面清潔光澤，從而有利于結(jié)構(gòu)膠的粘接固定。然后在被粘接試件上涂抹結(jié)構(gòu)膠，結(jié)構(gòu)膠的粘接面積設(shè)置為15mm×25mm，粘接厚度分別設(shè)置為0.2mm、0.4mm、0.6mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm。于是每一種結(jié)構(gòu)膠需要設(shè)置6個(gè)試件。最后玻璃面板粘接到立柱上，并且將接觸壓設(shè)置為固化壓力。

1.3 實(shí)驗(yàn)方案

研究結(jié)構(gòu)膠粘接厚度對(duì)建筑幕墻抗變形能力的影響，首先實(shí)驗(yàn)中將測(cè)試結(jié)構(gòu)膠粘接厚度對(duì)結(jié)構(gòu)膠變形能力的影響，其測(cè)試方式是使用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)，將不同厚度的結(jié)構(gòu)膠的試件放于儀器上之后，使用恒定加載速度對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，并且將加速度設(shè)置為2.5mm/min，當(dāng)試件遭到破壞變形之后，立即停止加載，記錄此時(shí)試件的復(fù)合上限，然后使用此時(shí)的恒定荷載施加于試件，直至其完全破壞為止，于是記錄結(jié)構(gòu)膠粘接破壞類型。

最后實(shí)驗(yàn)需要測(cè)試結(jié)構(gòu)膠變形對(duì)建筑幕墻變形能力的影響，其測(cè)試方式同樣需要使用到電子萬(wàn)能測(cè)試機(jī)，研究幕墻的變形能力，實(shí)驗(yàn)中對(duì)幕墻面板的4個(gè)角落設(shè)置測(cè)點(diǎn)，其中A-1、A-2、B-1、B-2表示的拉伸變形，A-3、A-4、B-3、B-4表示的是剪切變形，其中A表示水平結(jié)構(gòu)膠角點(diǎn)區(qū)域，B表示垂直結(jié)構(gòu)膠角點(diǎn)區(qū)域。使用儀器對(duì)不同測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其中加載方式設(shè)置為單向加載，加載控制設(shè)置為位移加載控制。加載完成之后，需要獲得實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的水平推力和建筑幕墻測(cè)向變形位移，最后還需要得到獲得結(jié)構(gòu)膠剪切和拉伸的變形。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述的實(shí)驗(yàn)過(guò)程可知，實(shí)驗(yàn)中測(cè)試了結(jié)構(gòu)膠粘接厚度對(duì)結(jié)構(gòu)膠變形能力和建筑幕墻變形能力的影響，所以最后獲得結(jié)果主要表現(xiàn)在這兩個(gè)方面。下面將對(duì)這兩種結(jié)果分別進(jìn)行分析。

2.1 對(duì)結(jié)構(gòu)膠變形能力的影響

玻璃面板通過(guò)使用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行粘接固定，結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度不同，必然會(huì)影響到結(jié)構(gòu)膠的變形能力。結(jié)構(gòu)膠粘接厚度就是玻璃面板和立柱之間的膠粘劑的厚度，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠受到外力的作用之后，粘接強(qiáng)度受到影響，就會(huì)使得玻璃幕墻出現(xiàn)相應(yīng)的變形[9-10]。一般情況下，受到外力的影響之后，主要會(huì)出現(xiàn)4種不同形式的變形，分別為結(jié)構(gòu)膠變形、粘接界面變形、被粘接構(gòu)件變形和綜合變形。其中粘接界面變形可以通過(guò)相應(yīng)的方式的防止出現(xiàn)，即結(jié)構(gòu)膠到達(dá)一定的粘接厚度之后，受到外力的影響下，結(jié)構(gòu)膠的厚度層中會(huì)出現(xiàn)一種內(nèi)聚變形，然后構(gòu)件使用的結(jié)構(gòu)膠具有非常好的粘接質(zhì)量，就算受到外力的影響，也不會(huì)出現(xiàn)粘接界面變形現(xiàn)象。從而可知通過(guò)分析結(jié)構(gòu)膠厚度能夠提高建筑幕墻的抗變形能力。

首先對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不管是何種厚度的結(jié)構(gòu)膠，試件受到破壞之后，試件上都會(huì)存在一定量的結(jié)構(gòu)膠，并且結(jié)構(gòu)膠的外表較為光滑，但是在沒(méi)有結(jié)構(gòu)膠的區(qū)域中，沒(méi)有出現(xiàn)變形后的毛刺，于是能夠從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中分析出結(jié)構(gòu)膠不同粘接厚度情況下的結(jié)構(gòu)膠變形表現(xiàn)為粘接界面變形。

再對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)膠粘接不同厚度對(duì)結(jié)構(gòu)膠的剪切和拉伸變形影響如圖1和圖2所示，其中包含使用兩種不同結(jié)構(gòu)膠的變形結(jié)果。

從圖1中可以看出，不管是何種結(jié)構(gòu)膠類型，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度不斷增加時(shí)，結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度變化趨勢(shì)是先增加后降低;然后對(duì)比兩種結(jié)構(gòu)膠，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度相同時(shí)，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度明顯強(qiáng)于環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠;另外當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度為0.6mm時(shí)，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度為0.4mm時(shí)，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，在此粘接厚度條件下，建筑幕墻變形程度受到結(jié)構(gòu)膠粘接變形影響最小;從折線的變化趨勢(shì)可以看出，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度越來(lái)越大，且剪切強(qiáng)度開始降低之后，厚度越大，剪切強(qiáng)度的降低情況越發(fā)顯著。

從圖2中可以看出，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度不斷增加時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度變化趨勢(shì)是先增加后降低;對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行比較，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度相同時(shí)，發(fā)現(xiàn)丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度明顯大于環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠;當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度為0.6mm時(shí)，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠粘接厚度為0.4mm時(shí)，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，在此粘接厚度條件下，建筑幕墻變形程度受到結(jié)構(gòu)膠粘接變形影響最小。

所以，綜合上述分析，不同結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于建筑幕墻中的最適合厚度存在差別，本文研究的兩種結(jié)構(gòu)膠中，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠具有更好的應(yīng)用效果;另外，當(dāng)丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度為0.6時(shí)，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度為0.4時(shí)，建筑幕墻變形程度受到結(jié)構(gòu)膠粘接變形影響最小。

建筑幕墻中使用的結(jié)構(gòu)膠會(huì)受到不同因素的影響，加之結(jié)構(gòu)膠粘接界面或者其自身會(huì)存在一些缺陷，比如有裂縫和微孔等，這些缺陷就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，即該應(yīng)力集中的位置承載力就會(huì)明顯的大于應(yīng)力均值，最終就會(huì)造成結(jié)構(gòu)膠整體大面積變形[11]。大多情況結(jié)構(gòu)膠都會(huì)存在這樣的缺陷，并且當(dāng)所用的結(jié)構(gòu)膠尺寸和體積越大時(shí)，結(jié)構(gòu)膠內(nèi)部缺陷存在概率也會(huì)越大，所以在建筑幕墻中使用的結(jié)構(gòu)膠厚度越大時(shí)，其內(nèi)部微孔和裂縫就會(huì)越大，結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)下降趨勢(shì)。但是結(jié)構(gòu)膠厚度也不是越小越好，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)膠厚度太小，與試件之間的接觸牢固程度就會(huì)降低，其剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度就會(huì)比較小，就會(huì)導(dǎo)致粘接界面較弱和應(yīng)力集中問(wèn)題，所以結(jié)構(gòu)膠厚度不斷增加時(shí)，結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的變化趨勢(shì)是先增加后降低。

2.2 對(duì)建筑幕墻抗變形能力的影響

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)分析之后，可知相比于環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠具有更好的性能，于是在研究結(jié)構(gòu)膠粘接不同厚度對(duì)建筑幕墻抗變形能力的影響實(shí)驗(yàn)中只分析丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠，且將其粘接厚度設(shè)置為0.4mm時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中得到不同測(cè)點(diǎn)變形結(jié)果如表1所示，結(jié)構(gòu)膠變形和建筑幕墻變形位移間的相關(guān)性如圖3所示，從表和圖中可以看出，結(jié)構(gòu)膠內(nèi)部的變形包含剪切變形和拉伸變形，并且結(jié)構(gòu)膠的拉伸變形和剪切變形與建筑幕墻變形之間存在線性相關(guān)性。從圖中可以看出，當(dāng)建筑幕墻變形位移不斷增加時(shí)，拉伸強(qiáng)度和剪切變形隨之不斷增加;當(dāng)結(jié)構(gòu)膠處于初始加載階段時(shí)，即建筑幕墻變形位移比較小時(shí)，4個(gè)不同測(cè)點(diǎn)在拉伸變形上面的區(qū)別變化非常小，即變形大致上統(tǒng)一，但是在加載經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后，也就是建筑幕墻結(jié)構(gòu)變形位移提升之后，4個(gè)測(cè)點(diǎn)區(qū)域在拉伸變形上面存在比較大的不一致性，即存在不同程度的離散性。出現(xiàn)這種變化特點(diǎn)主要原因在于建筑幕墻面板下面存在托條，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)膠受到一定荷載作用之后，托條會(huì)對(duì)豎向自由轉(zhuǎn)動(dòng)變形產(chǎn)生一定的制約。另外，從圖中觀察剪切變形的變化可知，結(jié)構(gòu)膠在不同測(cè)點(diǎn)區(qū)域剪切變形值之間的變化范圍比較小，即使當(dāng)建筑幕墻變形位移不斷增加之后，每個(gè)點(diǎn)的剪切變形波動(dòng)較小，同時(shí)能夠看出各值的離散性不顯著。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果為4個(gè)不同點(diǎn)區(qū)域的變形，最后還分析了建筑幕墻結(jié)構(gòu)膠角點(diǎn)區(qū)域的整體變形計(jì)算，其結(jié)果如表2所示。從表中可以看出，結(jié)構(gòu)膠受到不同荷載的影響之后，產(chǎn)生的變形是建筑幕墻結(jié)構(gòu)變形位移量的19%到20%，并且能夠看到結(jié)構(gòu)膠變形和建筑幕墻變形存在正相關(guān)性。從表中還可以看出當(dāng)進(jìn)駐幕墻層間位移角不斷增加時(shí)，結(jié)構(gòu)膠總變形也處于不斷增加的趨勢(shì);另外，當(dāng)建筑幕墻層間位移角越來(lái)越大之后，也就是大于或等于1/240之后，結(jié)構(gòu)膠變形和建筑幕墻變形之間的相關(guān)性沒(méi)有發(fā)生變化，一直處于20%。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著建筑幕墻的不斷使用，對(duì)其使用性能要求不斷提高，其中使用的結(jié)構(gòu)膠粘接厚度不同，對(duì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)變形影響程度不同。通過(guò)上文分析結(jié)構(gòu)膠不同厚度對(duì)結(jié)構(gòu)膠自身變形影響和結(jié)構(gòu)膠變形和建筑幕墻結(jié)構(gòu)變形之間的相關(guān)性可以，不同結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度對(duì)自身變形影響程度存在差別，所以在選擇建筑幕墻的結(jié)構(gòu)膠之后需要根據(jù)其要求指標(biāo)選擇合適的結(jié)構(gòu)膠。文章研究的兩種結(jié)構(gòu)膠，當(dāng)其粘接厚度不斷增加之后，兩種結(jié)構(gòu)膠受到荷載的影響之后，其剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度的變化趨勢(shì)是先增加后降低，所以并不是結(jié)構(gòu)膠粘接厚度越厚，其粘接強(qiáng)度就會(huì)越強(qiáng)，需要根據(jù)不同結(jié)構(gòu)膠的特點(diǎn)，選擇最為合適的粘接厚度，從而使得其力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)值;對(duì)于文章分析的兩種結(jié)構(gòu)膠中，丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠具有更好的應(yīng)用效果;另外，當(dāng)丙烯酸酯結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度為0.6時(shí)，環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的粘接厚度為0.4時(shí)，結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，建筑幕墻變形程度受到結(jié)構(gòu)膠粘接變形影響最小;最后結(jié)構(gòu)膠整體變形和建筑幕墻之間的存在正相關(guān)性，且結(jié)構(gòu)膠變形是建筑幕墻結(jié)構(gòu)變形位移量的19%～20%。

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