全玻幕墙设计计算要点分析.DOCVIP

全玻幕墙设计计算要点分析 胡世高 姚琼 （中建三局装饰有限公司，北京） 【摘要】全玻幕墙因其通透、美观被建筑师大量用于建筑幕墙中。但因为玻璃是脆性材料，全玻幕墙的设计和计算不能完全按照钢和铝等塑性材料来。其设计和计算重点主要在连接设计和稳定性计算。本文主要从力学角度出发介绍了全玻幕墙中面板的连接形式及其许用面积，玻璃肋顶部和底部常见不合理和合理的连接形式，玻璃肋常用的拼接形式及其计算，不同边界条件下玻璃肋的整体稳定性计算方法。为全玻幕墙的设计和计算提供一些理论依据。 【关键字】 全玻幕墙；节点设计；稳定性计算； 一、全玻幕墙定义 玻璃肋全玻幕墙是大片玻璃与支承框架均为玻璃的幕墙，又称全玻幕墙，是一种全透明、全视野的玻璃幕墙。玻璃肋全玻幕墙的大片玻璃与支承框架在层高较低时，玻璃安装在下部的镶嵌槽内，上部镶嵌槽槽底与玻璃之间留有伸缩的空隙。当层高较高时，由于玻璃较高、长细比较大，如果玻璃安装在下部的镶嵌槽内，玻璃在自重作用下会变形，导致玻璃破坏。此时需采用吊挂式，将玻璃吊挂起来，下部槽底与玻璃之间留有伸缩空隙。 二、全玻幕墙设计要点分析 玻璃幕墙结构广泛应用于现代工程中。由于玻璃是脆性材料，不同于钢、铝合金等塑性材料达到屈服应力时靠塑性变形来抵抗外荷载。对玻璃等脆性材料而言一旦应力超过极限应力值就会破碎。对以玻璃肋为支撑的全玻幕墙结构还有可能发生整体坍塌的危险。关于全玻幕墙的破坏主要体现在以下五个方面：1、面板和玻璃肋连接处发生破坏。2、玻璃肋顶部连接发生破坏。3、玻璃肋底部连接发生破坏。4、玻璃肋之间的连接发生破坏。5、玻璃肋整体失稳破坏。本文主要从结构受力方面分析玻璃肋上述五种破坏形式的原因,为全玻幕墙的设计提供理论依据。 三、面板连接设计计算 全玻幕墙中面板的连接形式主要有以下三种形式：1）、驳接爪连接：面板分段，通过驳接爪以吊挂形式固定于玻璃肋上，玻璃肋既承受面板自重也承受其传递的风荷载。2）不锈钢夹板连接：面板分段，通过不锈钢夹板以吊挂或座立的形式固定于玻璃肋上，玻璃肋既承受面板自重也承受其传递的风荷载。3）、面板整体吊挂：面板整块，通过不锈钢夹板或玻璃吊夹以吊挂形式固定于主体结构上。玻璃肋只承受面板传递的风荷载。 1、驳接爪连接 图1：驳接爪连接示意图 对驳接爪连接形式的全玻幕墙而言，其玻璃面板不宜过大，主要基于以下4个方面的考虑：1）、自重放大效应，玻璃肋孔承受的压力远远大于面板自重。2）、玻璃肋开孔处会出现应力集中现象。3）、玻璃肋开大小孔，最不利情况下会出现单片玻璃肋承压。4）、玻璃肋承受玻璃面板的长期荷载，在长期荷载作用下玻璃肋的强度减半。此种连接形式发生破坏的位置一般在驳接爪和玻璃肋连接处。下面通过简单的力学分析来阐述其破坏原理。如图2所示的简支悬臂梁为驳接爪受力模型图，FZ为玻璃自重设计值，A、B为分别对应驳接爪在玻璃肋上的孔位。 图2：驳接爪受力模型示意图 如下假设：面板高度为H，宽度为B，面荷载标准值为GK，玻璃肋单片玻璃的厚度为t。则单个驳接爪承受面板的自重FZ=1.35GK·H·B。 孔B受到的压力为：FB=FZ·(L2+L1)/L1；以L250系列驳接爪为例计算得到B孔局部压力为玻璃自重设计值的165/65=2.54倍。 孔B承压设计值为：NCb = d·t·fab，按最不利玻璃肋单片承压考虑。 当NCb≤FB时连接处发生破坏，如图1右图所示。 以L250系列驳接爪为例,当玻璃肋上开孔直径为19.5mm，玻璃面板的最大许用面积如下： 表1：驳接爪连接面板面积允许值(m2) 肋厚度 面板厚度 8+8mm 10+10mm 12+12mm 15+15m 19+19mm 6+12A+6 4.5 5.6 6.6 7.2 9.1 6+12A+8 3.7 4.7 5.7 6.2 7.9 8+12A+8 3.4 4.1 5.0 5.4 6.9 8+12A+10 2.9 3.7 4.5 4.8 6.0 10+12A+10 2.7 3.4 4.0 4.3 5.4 2、不锈钢夹板连接 图3：不锈钢夹板连接示意图 对不锈钢夹板连接形式的全玻幕墙而言，其发生破坏的位置一般在不锈钢板和玻璃肋连接位置，其受力和计算原理同驳接爪连接形式。通过计算得到肋开孔处局部压力为玻璃自重设计值的(122+95)/95=2.28倍，当玻璃肋上开孔直径为34.5mm，玻璃面板的最大许用面积如下： 表2：不锈钢夹板连接面板面积允许值(m2) 肋厚度 面板厚度 8+8mm 10+10mm 12+12mm 15+15m 19+19