在2014年7月18日,“威马逊”前后在海南省文昌市沿海登陆,登陆时中心附近最大风力有17级。按照香港天文台资料,威马逊则是继1979年台风“荷贝”后,35年以来登陆华南的最强风暴。截止7月20日中央气象台停止编号,“威马逊”共造成海南、广东、广西的59个县市区、742.3万人、468.5千公顷农作物受灾,直接经济损失约为265.5亿元。
17级超强台风“威马逊”台风是对海口诸多幕墙工程的严峻考验。经过“威马逊”台风后,幕墙的安全性表现如何?
通过调查分析,总体来说,在超强台风下,绝大多数幕墙工程主体结构未见损坏,能经受住此次超强台风的严峻考验。个别项目在超强台风袭击下,幕墙出现了以下问题:面玻璃破裂、密封失效漏水、铝塑板整体剥落、开启扇坠落、玻璃肋支承拼接肋点支式玻离幕墙整体坍塌、玻璃整体坠落等。
在海南海口市的某商场,大堂的全玻璃幕墙是采用了拼接玻璃肋支撑的点支式玻璃幕墙,在此次超强台风下整体塌落,只在边部还有一片面玻璃和半截肋。门(词条“门”由行业大百科提供)玻璃也有损毁(见图11)。该幕墙的面板玻璃和肋板玻璃都整体损毁,影响较大。
在这次超强台风“威马逊”的袭击下,菲律宾马尼拉的某大厦大堂玻璃盒子的全玻璃幕墙也出现了整体坍塌。其幕墙形式也是采用了拼接玻璃肋点支式玻璃幕墙,在此次超强台风下整体塌落,无框玻璃门也完全损毁(见图11至图14)。
这些出问题的项目告诉我们,在幕墙设计时一定要充分分析自然环境和在极限状态时对幕墙的影响,确保幕墙在使用过程中的安全性。在《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102中4.4.3条文说明条中就提到“采用玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙(词条“点支承玻璃幕墙”由行业大百科提供),其肋玻璃属支承结构,打孔处应力集中明显,强度要求较高;另一方面,如果玻璃肋破碎,则整片幕墙会塌落。所以,应采用钢化夹层玻璃”。在正文的4.4.3条规定了“采用玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙,其玻璃肋应采用钢化夹层玻璃”。
在《玻璃幕墙工程技术规范》中对全玻璃幕墙的玻璃肋截面高度hr和在风荷载标准值下挠度dr都有严格的计算公式,并规定了“风荷载标准值下,玻璃肋的挠度df宜取其计算跨度的1/200”。同时还强调“高度大于8m的玻璃肋宜考虑平面外的稳定验算;高度大于12m的玻璃肋,应进行平面外稳定验算,必要时应采取防止侧向失稳的构造措施。”在条文说明中作了充分的说明,
3、在构造设计和节点设计时需要考虑的问题
根据实际工程的情况看,海口某商场玻璃肋支承的点支式玻璃幕墙虽采用钢化夹层玻璃,但在此次超强台风的作用下仍出现了整体塌落;菲律宾马尼拉某大厦的玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙在台风中也出现整体坍塌的现象。这说明了这种采用拼接的玻璃肋支承的点支式玻璃幕墙只考虑了采用钢化夹胶玻璃还不够,还应该考虑到在夹胶玻璃同时破损的情况下玻璃肋的整体还应该保持一定的体型和稳定性。这是在台风多发地区和易出现极限荷载状态的地区需要关注的安全性问题。同时,在节点设计上要特别关注整体玻璃幕墙在工作状态时变位能力和在极限状态时的适应能力。
3.1、在节点设计时 需要考虑的问题
为适应大跨度建筑造型,玻璃肋需要通过拼接才能成为整体,其所受的弯矩与肋的跨度平方成正比,跨度越大,拼接处的弯矩及剪力(词条“剪力”由行业大百科提供)也越大。在玻璃肋的拼接节点设计时应注意,由于玻璃的特性,不宜采用连接螺栓与玻璃孔壁之间的作用(包括在玻璃孔内加套垫或注胶)来提高连接板与玻璃立面的连接强度。
拼接玻璃肋板可通过螺栓将钢板与玻璃之间的界面材料压紧提高其摩擦力,以此来有效的将连接节点固定。所以,最好采用胶粘接的方法,即通过在玻璃与钢板间用粘接剂来传递弯矩及剪力,形成等强连接(可采用树脂类的粘接剂)。这种方法有效避免了栓接方式孔边应力集中所带来的连接节点承载力低下问题。还有一种有效的方法就是,采用在钢板与玻璃之间的位置用硅胶板或橡胶板为界面材料,通过螺栓将钢板、硅胶板或橡胶板与玻璃压紧来提高其摩擦力,以此来有效的将连接节点采用摩擦力的作用将钢板与玻璃固定。
在设计中应该注意的是,如采用粘接的方案要考虑到。不锈钢与玻璃的线胀系数不同,除考虑传递内力外,粘接面还应考虑两种材质之间的相对温度位移。有计算证明,不锈钢与玻璃在40℃温差作用下,粘接边缘的应力已达到80.8861Mpa,大于钢化玻璃边缘强度限值。在此部位极易出现由于温差的变化引起的玻璃爆裂现象。不同材料在组合时要考虑温差应力,此应力与材料的线膨胀系数(词条“线膨胀系数”由行业大百科提供)差值及温变幅度有关。玻璃线膨胀系数为1.0x10-5/℃,不锈钢板的线膨胀系数为1.8x10-5/℃,钢板的线膨胀系数为1.2x10-5/℃。因此,采用钢板与玻璃肋粘接可有效降低减小由温差应力带来不利影响。
在粘结剂的选择方面,除了要满足抗剪强度(词条“抗剪强度”由行业大百科提供)外,还必须具有一定的变位能力,以化解或降低玻璃表面温度应力的影响。要注意,粘接强度越高,变位能力越弱,两者需综合考虑。
要提醒注意的是在玻璃肋与面板玻璃连接节点设计时,在充分分析其受力状态、节点适应变形的能力的基础上,还要对爪件与玻璃肋的连接形式进行分析,要在有效连接的前提下考虑爪件对肋板玻璃的影响。不得采用将爪件未经螺栓压合,而直接粘节在玻璃肋板上(如图3.1.3、3.1.4) 已有项目证明,这种连接方式很容易出现在面玻璃受到风荷载作用时,在粘接点的边缘,由于应力过于集中而将钢化玻璃压应力层玻璃撕裂的现象(如图3.1.5)。
在玻璃肋顶部节点设计时最好采用不打孔的连接方式,减少由于孔边应力引起的玻璃破损现象。应该尽可能的采用玻璃吊夹吊挂玻璃的连接方式(如图3.1.6、)这种连接方式能在有效的传递玻璃自重力的同时,充分适应由于外界影响引起的变形位移能力,是一种较为成熟的吊挂玻璃连接方式。
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