点式玻璃采光顶安全性能分析

　　【摘要】本文通过点式玻璃采光顶与框架式玻璃采光顶的对比分析，提出点式玻璃采光顶与框架式玻璃采光顶比较在受力、安全方面存在的不足，建议玻璃采光顶（雨篷）尽量采用相对安全可靠的结构安装形式。


　　【主题词】 点式玻璃 框架是玻璃 采光顶 安全

　　玻璃采光顶最开始是以房屋采光为目的，主要满足室内采光的需要，后来，随着社会进步和建筑设计形式的不断发展，现在的玻璃采光顶不但为了采光的需要，越来越多的体现了装饰的风格。


　　采光顶的形式有很多，有采光罩、采光板、采光带，三角天窗等。随着建筑材料的的革新，不同的形式的采光顶应运而生，建筑的表现手法也越来越多，玻璃采光顶应用也越来越广泛，现在的玻璃采光顶从几何形状上表现风格也不同，有单坡、双坡、椎体、圆穹等，还有这些几何单元体组成的群体组成的采光顶联体。


　　玻璃采光顶的风格一般离不开建筑门窗、幕墙的设计理念，也就是说，目前还没有脱离门窗、幕墙的系统设计，其安装方式基本上是门窗、幕墙的形式转变，有什么样式的门窗、幕墙，就会出现什么样式的玻璃采光顶。和建筑幕墙一样，玻璃采光顶也分为隐框、明框、点驳接等几种形式。由于点驳接支撑方式具有通透、简洁、视野好等特点，目前在建筑采光上应用越来越广泛。


　　任何一个建筑离不开其使用功能。那么，一个好的建筑物，其本身必须满足使用者的生命安全。点式玻璃采光顶和隐框、明框玻璃采光顶相比较，存在着一定的隐患。


　　一． 影响点式玻璃采光顶安全的外力因素

　　影响玻璃采光顶强度的外力有风荷载、雪荷载、地震作用和自重等常规荷载，这些荷载在建筑设计时设计师已做考虑，设计强度应该满足这些荷载的破坏能力。那么，影响采光顶的安全主要是外力冲击（如高空坠物）和玻璃自身应力达到极限，造成玻璃的破碎、爆裂。这些外力一般是无法预见的，不可预报的。


　　根据现有的建筑风格，采光顶一般都是建在楼群中的底层大厅上部，也就是我们所说的裙楼部分的顶部，这些位置都是通道、会所、娱乐场馆等上部，下面人口密度相对较大。而周围高层建筑上的任何设施、物品的坠落都会影响玻璃采光顶的安全，有的甚至一个小螺钉坠落到玻璃板块的边缘，都会造成玻璃的破碎、脱落。由于现在玻璃采光顶采用夹层玻璃，玻璃自爆和比较小的磕碰造成的破碎碎片不会脱落，不会脱落伤人。因此采光顶的最大安全威胁是高处坠物在重力加速度作用产生强大外力，但外力达到一定程度时，玻璃破碎后，强度降低，容易整体脱落，伤人的不仅仅是“玻璃雨”。


　　二． 玻璃面板本身的安全隐患

　　根据目前建筑要求，所有采光顶的玻璃全部采用安全玻璃，即钢化夹胶玻璃。安全玻璃是一个相对的概念，是有条件的。对于安全玻璃脱离使用条件，其危害可能是致命的。玻璃采光顶还不能做到强而不自爆、碎而不散落、不飞溅、不坠落的真正安全玻璃。


　　玻璃易碎是其的物理特性，钢化玻璃只是通过人为的处理，使玻璃的强度增大，实验证明，钢化玻璃的抗冲击强度是浮法玻璃的3-5倍，抗弯强度是浮法玻璃的2-5倍。钢化玻璃遇到较大外力破坏后，产生无锐角的细小碎块（又称“玻璃雨”），在距离小范围内，不易伤人。


　　采用夹胶玻璃后，即使玻璃破碎后，碎块也不会脱落伤人。夹胶玻璃现在普遍用在采光顶上。那么，如何防止夹胶玻璃受到外在因素影响而不会整个板块脱落呢？尤其是点玻采光顶的出现以来，这也是这设计师应该值得考虑的问题。


　　三． 点式玻璃采光顶安装方式影响

　　点玻采光顶由于其具有独特的风格，应用也越来越广泛，点玻采光顶的安全性也应该值得关注，它和其它安装方式相比，安全性能受到影响。


　　点式玻璃采光顶所用的玻璃，由于钻孔而导致孔便玻璃强度降低约30%。即使采用钢化夹胶玻璃，只是提高其本身提抗外力能力，相对同种类玻璃（不需打孔的框架安装方式）强度还是降低了。也并不能保证采光顶的功能的绝对安全可靠。


　　我们在实际中，经常会遇到采光顶（雨篷）玻璃破碎现象。也遇到过点玻采光顶整体脱落的工程。

　　图1是点式玻璃采光顶3件玻璃（左边1件，右边2件）破碎脱落后情况，从中可以看出，右边两件已经完全脱落了，而左边1件在左边还有残损保留，基本没有脱落，右边玻璃PVB胶片与玻璃被拉断脱落的。其原因就是左边玻璃的左边是镶嵌在金属玻璃副框内并打胶处理的，当玻璃采光顶受到外力作用脱落时，槽口（副框）固定，受力面增加而保护玻璃不至于完全脱落，即使将夹胶玻璃拉断，也没有破坏槽口（副框）与玻璃的连接。


　　从这种现象可以说明，钢化夹胶玻璃（通常认为是安全玻璃）也不是完全安全可靠的。也是可以遭到破坏拉断的。点式玻璃采光顶的安全性能和框架连接相比，安全性相对要差一些。


　　四． 玻璃采光顶强度对比计算

　　我们根据玻璃幕墙（采光顶）计算的相关规范做一下比较，看看同种玻璃材料相同规格，不同安装方式的抗拉强度的比较,即点驳接式与框架结构胶胶结玻璃板块的抗拉强度对比。


　　1.框架式采光顶玻璃板块应力计算公式

　　垂直于玻璃平面的荷载作用下，其最大应力σ1w可按下式计算：


　　σ1＝６m1Sa2/t2 η1

　　式中 σ1──荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2）； ---
　　S──荷载设计值（N/mm2）；

　　a── 玻璃短边边长 （mm）
　　t── 玻璃的厚度mm； 中空玻璃的厚度取单片外侧玻璃厚度的1.2 倍；

　　夹层玻璃的厚度取单片玻璃厚度的1.25倍；

　　m1──系数，可按边长比a/b由表1查出 (b为长边边长)；

　　η1──折减系数。由表2查的。


　　表1

a/b	0.00		0.25		0.33		0.40		0.50		0.55		0.60		0.65
m1	0.125		0.1230		0.1180		0.1115		0.1000		0.0934		0.0868		0.0804
a/b		0.70		0.75		0.80		0.85		0.90		0.95		1.00
m1		0.0742		0.0683		0.0628		0.0576		0.0528		0.0483		0.0442

　　表2中θ=Sα4/(Et4) , 从表2中可以看出，折减系数由1.0—0.5，在这里考虑框架采光顶σ1应该取最大值，因此，η1取1.0.则：

θ	≤5.0	10.0	20.0	40.0	60.0	80.0	100.0
η1	1.00	0.96	0.92	0.84	0.78	0.73	0.68
θ	120.0	150.0	200.0	250.0	300.0	350.0	≥400
η1	0.65	0.61	0.57	0.54	0.52	0.51	0.50

　　σ1＝６m1Sα2/t2

　　2.点式采光顶玻璃板块应力计算公式

　　垂直于玻璃平面的荷载作用下，其最大应力σ1w可按下式计算：


　　σ2＝６m2Sb2/t2 η2

　　式中 σ1──荷载作用下玻璃最大应力（N/mm2）；

　　S──荷载设计值（N/mm2）；

　　b── 玻璃长边边长 （mm）
　　t── 玻璃的厚度mm； 中空玻璃的厚度取单片外侧玻璃厚度的1.2 倍；

　　夹层玻璃的厚度取单片玻璃厚度的1.25倍；

　　M2──系数，可按边长比a/b由表3查出 (b为长边边长)；

　　η2──折减系数。由表4查的。


　　表3　　

a/b	0.00		0.25		0.33		0.40		0.50		0.55		0.60		0.65
m2	0.125		0.126		0.127		0.129		0.130		0.132		0.134		0.136
a/b		0.70		0.75		0.80		0.85		0.90		0.95		1.00
m2		0.138		0.140		0.142		0.145		0.148		0.151		0.154

　　表4中θ=Sα4/(Et4) , 从表4中可以看出，折减系数由1.0—0.5，在这里考虑点式玻璃采光顶σ2 与框架玻璃采光顶做比较时，为了更好地说明问题，这里σ2 取最小值，因此，η2取0.50.则：

θ	≤5.0	10.0	20.0	40.0	60.0	80.0	100.0
η1	1.00	0.96	0.92	0.84	0.78	0.73	0.68
θ	120.0	150.0	200.0	250.0	300.0	350.0	≥400
η1	0.65	0.61	0.57	0.54	0.52	0.51	0.50

　　σ2＝６m2Sb2/t2 *0.5

　　2.应力比较

　　框架式采光顶玻璃板块应力σ1与点式支承采光顶玻璃板块应力σ2比较

　　σ1/σ2=(６m1Sα2/t2)/ (６m2Sb2/t2 *0.5)

　　=2*(m1/m2)*(α/ b) 2

　　那么，相同玻璃品种规格，相同荷载等条件下，框架式与点式玻璃采光顶应力比较见表5

　　表5

a/b	0.00	0.25	0.33	0.40	0.50	0.55	0.60	0.65
m1	0.1250	0.1230	0.1180	0.1115	0.1000	0.0934	0.0868	0.0804
m2	0.125	0.126	0.127	0.129	0.130	0.132	0.134	0.136
σ1/σ2	0.000	0.122	0.206	0.276	0.384	0.418	0.466	0.50
a/b	0.70	0.75	0.80	0.85	0.90	0.95	1.00
m1	0.0742	0.0683	0.0628	0.0576	0.0528	0.0483	0.0442
m2	0.138	0.140	0.142	0.145	0.148	0.151	0.154
σ1/σ2	0.528	0.548	0.566	0.574	0.578	0.577	0.574

　　相同玻璃品种规格，相同荷载等条件下，框架式采光顶玻璃板块计算折减系数取1.0，点式玻璃板块的折现系数取0.5，框架式采光顶玻璃板块应力仅为点式玻璃板块的（0.122~0.578）倍。这说明框架式玻璃板块承受强度能力增加。


　　五．结论
　　从安全性能方面，框架式玻璃采光顶（雨篷）要好于点驳接式玻璃采光顶（雨篷）。虽然框架式采光顶（雨篷）也不是绝对安全的，但是，框架式玻璃采光顶（雨篷）相对点式玻璃采光顶安全可靠一些。因此，在施工设计中，不要一昧追求点驳接式玻璃形式，尽量多采用框架式玻璃采光顶（雨篷），增大建筑的安全系数。

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