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玻璃肋支承点支式玻璃幕墙在设计中应该考虑的问题

来源:2016年会论文集  作者:王德勤  日期:2016-3-23
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  摘要:玻璃肋支承点支式玻璃幕墙作为一种建筑幕墙形式,已经在各类建筑上得以广泛的应用。但是,在这类幕墙的实际应用中也出现了不少让我们无法回避的问题和缺憾。在本文的内容中,从玻璃肋支承点支式玻璃幕墙的分类和问题,到具体案例的分析。并对玻璃肋在连接节点设计和构造设计时需要考虑的间题作了深人地解析。特别是对玻璃肋局部稳定计算的计算方法和玻璃肋整体稳定性计算方法作了详细的介绍。
  关键词:玻璃肋支承点支式玻璃幕墙;驳接玻璃肋;连接节点;玻璃肋整体稳定性计算

  在整体设计时,要考虑到主体结构或结构构件应有足够的刚度,采用钢桁架或钢梁作为受力构件时,按照规范的规定取其跨度的1/250以下。因为顶部支承结构的刚度直接影响着底部节点的变形量。

  拼接玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙虽然在项目上使用已经很广,但由其特点和材料所致其安全度还有待深入研究。所以建议,在台风多发地区应谨慎选用拼接玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙。如一定要采用玻璃肋支承的点支式玻璃幕墙,就应严格按照规范中要求方法进行计算;在夹胶玻璃的选型时,应考虑使用SGP胶片或三层玻璃夹胶。经破坏性实验证明其破损后的稳定性和安全性后方可使用。

  3.2、在构造设计时应考虑的问题

  由于玻璃材料的特性要求,在玻璃肋的设计时,尽可能的减少在肋板上钻孔,也尽量不要在玻璃肋上设计凹缺口。尽可能的减少由于孔边应力引起的肋板爆裂现象。玻璃钻孔的尺寸和位置应按《门窗幕墙用钢化玻璃》标准中要求的进行设计。

  在玻璃经过切割后,其周边会隐藏着许多微小的裂口。这些裂口在各种效应与热应力影响下,会扩展成裂纹,如果裂纹进一步发展会导致玻璃破裂。所以为了减少和消除玻璃因钻孔或切割加工后留下的小裂纹而导致玻璃破裂。应该要求在玻璃加工成型后,用磨边机进行处理,对玻璃板(词条“玻璃板”由行业大百科提供)块的四周边,和钻孔的孔边进行精磨边和抛光的加工处理。消除玻璃周边隐藏的微小的裂痕。

  对于钢化玻璃来说,由于钢化玻璃表面有约占其总厚度1/6的受压应力区,其余的为拉应力区,钢化玻璃的内外拉、压应力总体平衡,使其机械性能得到明显提升,但一旦玻璃表面裂纹扩展到受拉区,钢化玻璃将立即破裂。

  另一方面,应该考虑到玻璃破碎后玻璃肋的稳定性和安全性。在对较高的玻璃肋板设计时,除了要认真设计每一个连接节点,还要充分考虑到玻璃肋板的整体稳定性。当玻璃肋达到一定的高度时,就需要考虑其侧向稳定性。按照《玻璃幕墙工程技术规范》对大玻璃肋的规定:“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。”在条文说明充分作了说明,由于吧玻璃肋在平面外的刚度较小有发生屈曲的可能。当正风压作用使玻璃肋产生弯曲时,玻璃肋的受压部位有面板作为平面外的支撑;当反向风压作用时,受压部位在玻璃肋的自由边,就可能产生平面外屈曲。所以,跨度大的玻璃肋在设计时应考虑其侧向稳定性要求,必要时要进行稳定性验算,并采取横向支撑或拉结等措施。

  3.2.1、玻璃肋局部稳定计算

  玻璃肋结构通常由玻璃面板和玻璃肋组成,玻璃肋与玻璃面板一般垂直放置,承受玻璃面板传来的风荷载及地震荷载。由于厚度较薄,玻璃肋类似于承受平面内荷载的薄板(词条“薄板”由行业大百科提供),在风荷载或自重作用下会产生压应力,如压应力较大,则会发生薄板的局部屈曲失稳现象。因此,玻璃肋的局部稳定验算是首先需要考虑的问题。

  3.2.2、玻璃肋整体稳定性计算

  由于玻璃肋平面外的刚度远小于平面内刚度,对于超高玻璃肋,如果缺乏必要的侧向约束,则当荷载达到一定的临界值,就有可能发生平面外的弯曲并扭转,也即称为平面外失稳或侧向屈曲。因此,为了防止发生玻璃肋的平面外失稳,对于超高玻璃肋尚应进行整体稳定的验算。玻璃幕墙工程技术规范中也建议对于“高度大于 8m 的玻璃肋宜考虑平面外的稳定验算,但并未提供具体计算方法。

  根据上述公式以及采用有限元法对玻璃肋的研究分析发现,玻璃肋的极限侧向屈曲弯矩主要与玻璃肋的厚度和高度有关,临界荷载随着宽度或厚度的增大而增大,随着跨度的增大而减小。并且,对玻璃肋稳定性的影响,肋的厚度和跨度比肋的宽度的影响大,玻璃肋的宽度对于超高玻璃肋的极限侧向屈曲弯矩的提高作用并不明显。

  而玻璃肋的自重对于玻璃肋的整体稳定有一定影响,采用悬挂式玻璃肋要比落地式玻璃肋具有更高的抗侧向屈曲能力,这是由于悬挂系统中的玻璃肋的自重产生了对于抗侧向屈曲有利的拉力作用。不过,与玻璃肋的厚度和高度相比,自重在其中的影响还是较小的。

  4、结束语

  在近些年,超高的驳接玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙出的问题比较多,问题主要集中在玻璃肋连接节点上,因为在这一部位的受力较为复杂,再加上玻璃材料自身的特性所以容易出现问题。在实际工程中也出现了不少由于节点处理不当,造成面玻璃破损的情况。

  对于跨度大的玻璃肋在设计时应考虑其侧向稳定性要求,必要时要进行稳定性验算,并采取横向支撑或拉结等措施。目前国内对于玻璃肋的稳定性的设计及计算的理论较少,在设计计算时可以参考经典板壳理论和国外的相关规范。对于玻璃肋结构分析,即使玻璃肋正截面承载力不是由临界屈曲荷载控制,但是分析玻璃肋临界荷载仍然有一定的意义。

  对于采用玻璃孔边受力的节点设计时一定要进行受力分析、模拟计算和实体实验后才能确定方案。在玻璃肋板的孔位设计时,应该充分考虑到玻璃钻孔的加工精度(词条“加工精度”由行业大百科提供)对玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙整体性能的影响。

  参考文献

  [1] 《玻璃幕墙工程技术规范》,中华人民共和国行业标准, JGJ102-2003

  [2]蒋金博 、郭迪、 张冠琦,强台风影响下幕墙安全分析,《幕墙设计》,2014第五期,总第35期

  [3] 计苓,大跨度玻璃肋幕墙技术要点探析,《中国幕墙网》,2013.04

  [4] 王德勤,点支式玻璃幕墙的设计与施工问题解答,《建筑幕墙设计与施工》, 2006.09

  [5] 周冬磊,全玻幕墙超高玻璃肋设计计算及稳定性分析,《中国幕墙网》,2015.02

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专家介绍

 王德勤

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:北京德宏工程技术科研中心

技术职称:教授级高工

专业:门窗幕墙标准编制、建筑玻璃与金属结构设计与研究

专长:大型金属屋面、双曲面索结构点支承玻璃幕墙的产品开发、节点设计、施工技术研究与应用。在国内是最早进行点支式玻璃幕墙研发、推广人之一。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2016-3-23/40951-1.htm
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