全玻幕墻玻璃肋的支座設(shè)計(jì)

EM深圳市堅(jiān)朗建材有限公司 白寶鯤厲敏趙波【摘要】：本文以全玻幕墻的玻璃肋作為主要研究對(duì)象，對(duì)比了被實(shí)際應(yīng)用在工程中的幾種不同的玻璃肋受力模型。并對(duì)玻璃肋支座設(shè)計(jì)做了一些介紹與總結(jié)，重點(diǎn)推薦了利用鋼夾板使玻璃肋實(shí)現(xiàn)簡支梁受力的支座設(shè)計(jì)?！娟P(guān)鍵詞】：全玻璃幕墻、玻璃肋、受力模型、支座設(shè)計(jì)。一、前言。7=I'HEla.7=I'HEla.簡支梁二、玻璃肋的受力模型:對(duì)玻璃肋進(jìn)行支座設(shè)計(jì)的首要目的就是為了保證玻璃肋的的受力。但要想保證玻璃肋的正常b.—端固定另一端簡支梁C.兩端固定梁C.兩端固定梁注：1.實(shí)際工程中，仍有其它形式的梁存在，因使用

量相對(duì)較小，不再列出。圖1、常見的玻璃肋受力模型。受力及安全，就要我們對(duì)玻璃肋的受力模型有一個(gè)清晰的概念。這樣，進(jìn)行受力分析及設(shè)計(jì)時(shí)才不會(huì)出錯(cuò)，至今仍有一些設(shè)計(jì)師還只知道簡支梁。當(dāng)然，玻璃肋的最好設(shè)計(jì)就是讓其按簡支梁受力。如果只知道簡支梁，并將玻璃肋設(shè)計(jì)成簡支梁受力本身也沒什么錯(cuò)。但一些設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)所選用的公式是簡支梁公式，實(shí)際工程做出來的卻不是，這樣就給工程造成了很大的隱患。因此，在下面介紹支座設(shè)計(jì)之前，讓我們先對(duì)工程中常見的玻璃肋的受力模型進(jìn)行一些回顧。1.78它仍然是1.78它仍然是我們簡單驗(yàn)證一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，不管采用上述的哪一種受力模型，如果玻璃肋強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求，則撓度一定也能夠滿足《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102-2003）中關(guān)于玻璃肋撓度不大于1/200的要求。因此，將三種梁的撓度進(jìn)行對(duì)比并無太大實(shí)際意義。我們僅對(duì)上述三種梁模型的彎矩進(jìn)行對(duì)比（彎矩為玻璃肋強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的控制因素），可得到如下結(jié)論：1、一端固定另一端簡支梁的最大彎矩出現(xiàn)在跨中至簡支端中間的一個(gè)位置（詳細(xì)位置為距簡支端0.375L處），其值為相同跨度簡支梁的倍，另外，其固端有負(fù)彎矩存在，其絕對(duì)值等于相同跨度簡支梁跨中最大彎矩。1、兩端固定梁的最大彎矩同簡支梁一樣出現(xiàn)在跨中，其值為相同跨度簡支梁的 3倍，且固端也有彎矩存在，其值為簡支梁最大彎矩的0.67倍。三、玻璃肋的支座設(shè)計(jì)：由全玻幕墻的玻璃肋受力特點(diǎn)可知，玻璃肋最好能夠拉彎受力。因此，不管采用何種力學(xué)模型的玻璃肋，上部端支座的設(shè)計(jì)除了要考慮能夠約束玻璃肋在平面內(nèi)、平面外的自由度外，還要考慮到玻璃肋的吊掛受力（吊掛是為了約束其豎向平動(dòng)自由度）。目前常見的玻璃肋的端支座設(shè)計(jì)一般由下列幾種做法：1、上部由玻璃吊夾吊掛及鋼結(jié)構(gòu)限位、下部嵌槽：玻璃吊夾吊掛的機(jī)理是先將玻璃與吊夾壓塊粘接起來，然后由吊夾主體的一對(duì)夾具將夾片夾住并把玻璃吊掛起來。為保證壓塊與玻璃之間具有較大的粘接磨擦力，這種吊夾通常都設(shè)計(jì)有自夾緊機(jī)構(gòu)。自夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力與所吊掛的重量成正比，即所吊掛玻璃越重，夾緊力越大。這樣的設(shè)計(jì)可避免在人為施加螺栓預(yù)緊力時(shí)，操作不當(dāng)而將玻璃肋夾碎。從傳統(tǒng)的玻璃吊夾的構(gòu)造來看，其主要作用就是為了承受玻璃自重，它在直接承受風(fēng)荷載方面幾乎沒任何作用。因此，采用玻璃吊夾的玻璃肋除有吊夾外，還應(yīng)有其它的附助限位措施，為玻璃肋端部提供平面內(nèi)、外的支承，將玻璃面板傳至玻璃肋的作用有效的傳遞給主體結(jié)構(gòu)。由上面分析可知，采用吊夾的玻璃肋其頂部完整的端支座設(shè)計(jì)就需要上述的兩部分組成，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)看起來相對(duì)比較雜亂。另外，還必須在安裝完畢后將其封住，這樣又會(huì)占用比較大的建筑空間。和這種上部端支座相配套的下部的端支座處理通常用的嵌槽式，嵌槽式大家都很熟悉，這里不再做介紹。符合這種上、下端支座特點(diǎn)的玻璃肋所適用的計(jì)算模型為大家所熟知的簡支梁，我們可由規(guī)范所提供的公式直接進(jìn)行計(jì)算。由于玻璃在支座部位并沒有開孔，對(duì)玻璃肋的強(qiáng)度不會(huì)產(chǎn)生太大的影響。在傳統(tǒng)的全玻璃幕墻工程中，最為廣泛應(yīng)用的構(gòu)造方法。圖2.吊夾吊掛玻璃肋的上部節(jié)點(diǎn)W__"?，少：J斗/MlULIIK可 口 圖3.嵌槽式的玻璃肋下部節(jié)點(diǎn)。5544所示。2、上部由鋼夾板及螺栓固定、下部嵌槽：這種上部端支座采用螺栓、夾板將玻璃肋與結(jié)構(gòu)直接連接，下部嵌槽的玻璃肋支承方式在實(shí)際工程中也不少見。嵌槽的端支座設(shè)計(jì)已有多年的應(yīng)用歷史，而夾板配以緊固螺栓的支座設(shè)計(jì)方法在以前卻不多見。但自從點(diǎn)支承玻璃幕墻在我國應(yīng)用以來，受點(diǎn)支式玻璃幕墻裝配方式的啟發(fā)，由夾板、螺栓這種機(jī)械設(shè)計(jì)上常用的連接方法才被大家應(yīng)用在玻璃肋的端支座設(shè)計(jì)上。 這種方法由于使用起來較為方便、快捷，也沒有吊夾吊掛那樣占用很多的建筑室內(nèi)空間。所以，也曾被應(yīng)用在一些工程中。但在一些失敗的全玻幕墻工程案例中，此種夾板螺栓的端支座設(shè)計(jì)造成玻璃肋破裂的現(xiàn)象最為嚴(yán)重。筆者總結(jié)了一下，主要有如下兩個(gè)方面的原因：1）、工程設(shè)計(jì)時(shí)還處于這種連接方式應(yīng)用的初期，一些設(shè)計(jì)人員對(duì)這種鋼板夾連接的工作機(jī)理認(rèn)識(shí)不夠，套用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的理論來做連接計(jì)算，即依靠承壓螺栓的抗剪、抗壓和玻璃孔壁的抗壓來承力，或考慮利用玻璃、夾板之間的磨擦力來受力。實(shí)際上，由于玻璃材料的特殊性，我們不能在此套用鋼結(jié)構(gòu)連接公式，其原因在筆者所著的文獻(xiàn)2中曾有過詳細(xì)分析，這里不再贅述。目前比較好的處理辦法是將墊片換成樹脂膠，利用粘膠層的抗剪能力來受力。2）、在設(shè)計(jì)時(shí)，選錯(cuò)了玻璃肋的受力模型。最為可能的是將簡支梁模型計(jì)算公式作為萬能公式也應(yīng)用在此種結(jié)構(gòu)的玻璃肋設(shè)計(jì)中，忽略了固端彎矩的存在和最大彎矩的增大。這種結(jié)構(gòu)的玻璃肋最為接近的受力模型是圖 1b所示的一端固定一端簡支梁。扮K叮9圖4.固定鋼夾板固定玻璃肋的上部節(jié)點(diǎn)3、上、下部均采用鋼夾板、螺栓固定：這種做法的上、下端支座設(shè)計(jì)均如圖它的上、下部均由螺栓、夾板將玻璃肋與結(jié)構(gòu)連接起來。它同前一種做法是同一時(shí)期的產(chǎn)物，夾板、螺栓連接的端支座具有相同的特點(diǎn)。兩種玻璃肋之間僅有的區(qū)別就是玻璃肋的受力模型的不同。和它最為接近的受力模型是兩端固定梁。由圖1可知，它的最大跨中彎矩是簡支梁的 3倍,支座處還有一個(gè)絕對(duì)值為簡支梁跨中最大彎矩0.67倍的固端彎矩。在JGJ102規(guī)范中，玻璃肋的截面高度是由簡支梁的最大跨中彎矩推導(dǎo)而來的，由此可見，此種的結(jié)構(gòu)如果套用簡支梁的公式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，截面將小得多。不但端支座處有危險(xiǎn)，跨中則更加危險(xiǎn)，尤其是將玻璃肋的連接設(shè)計(jì)在跨中時(shí)（肋駁接玻璃幕墻中經(jīng)常出現(xiàn)此類情況）。4、上、下部均采用鋼板與結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉸連接：這種利用鋼板與結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行鉸接，使玻璃肋實(shí)現(xiàn)簡支受力的做法是在鋼夾板、螺栓連接的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它是在常用的鋼板上設(shè)計(jì)了鉸連接孔，然后與固定在結(jié)構(gòu)上的耳板通過銷釘銷接在一起，上部端支座處為固定鉸連接（圓孔），可釋放一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度；下端端支座處為活動(dòng)鉸連接（長孔），可釋放一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度和一豎向平動(dòng)自由度。它的結(jié)構(gòu)雖然看起來并不復(fù)雜，但很好的解決了玻璃肋的吊掛和簡支受力問題。相信在以后的全玻幕墻工程中，這種支座系統(tǒng)會(huì)被使用得越來越多?？偨Y(jié)起來，這種系統(tǒng)主要有如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn):1）、可實(shí)現(xiàn)玻璃肋完全意義的簡支受力。保證了端支座處不受彎矩，受力最小，玻璃肋所最大彎矩最小。玻璃肋設(shè)計(jì)時(shí)也可直接采用 JGJ102規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。2）、固定方便。鋼板與玻璃肋之間采用快干型樹脂膠采用粘接，緊固螺栓僅提供膠接所需的正壓力，數(shù)量較少，易于均勻控制預(yù)緊力（預(yù)緊力要求也相對(duì)較小）。3）、鋼板鉸采用不銹鋼精密鑄造及機(jī)械加工，外形美觀、精度較高。與結(jié)構(gòu)之間連接采用鉸釘連接，有一種機(jī)構(gòu)美。整個(gè)鉸支座可露在外面，不但不影響幕墻效果，反而會(huì)令人耳目一新。4）、可如圖6所示那樣很方便的安裝于各種支承結(jié)構(gòu)上。若在此處采用玻璃吊夾或嵌槽，不以上是我們對(duì)于玻璃肋支座設(shè)計(jì)上的一點(diǎn)經(jīng)但實(shí)施起來不太容易，節(jié)點(diǎn)外形也不美觀。a.鋼板鉸連接的玻璃肋上部節(jié)點(diǎn)驗(yàn)總結(jié)。但我們更建議大家能夠盡量采用簡支梁來設(shè)計(jì)玻璃肋。這也是和《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)a.鋼板鉸連接的玻璃肋上部節(jié)點(diǎn)驗(yàn)總結(jié)。但我們更建議大家能夠盡量采用簡支梁來設(shè)計(jì)玻璃肋。這也是和《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102）的原則相一致的。規(guī)范中全玻璃幕墻一章所提供的全玻璃幕墻玻璃肋的計(jì)算公式均是由簡支梁的公式演化而來，是規(guī)范所優(yōu)先推薦的做法。即使在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，我們也會(huì)發(fā)現(xiàn)玻璃肋簡支設(shè)計(jì)時(shí)，可使玻璃肋板受力最為合理、寬度最小、成本最低。但在在用戶不得已采用其它支座設(shè)計(jì)時(shí)，一定要判斷準(zhǔn)確玻璃肋的支座類型。實(shí)際上，一些連接方式受條件限制，并不易做不到完全的固接或鉸接，在這樣情況下，應(yīng)采用最不利情況選取計(jì)算模型，不能照抄照搬JGJ102計(jì)算公式，以防造成工程隱患，給業(yè)主及設(shè)計(jì)單位造成損失。參考文獻(xiàn):《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊》 （第二版），中國建筑工業(yè)出版社1998.9白寶