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隱框幕墻中空玻璃結構粘接設計探討

來源:2011年年會論文集  作者:馬啟元 陶偉  日期:2011-5-19
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摘要:中空玻璃邊緣結構為∏型三面粘接,受力情況及荷載效應不同于常規兩面粘接(H型),粘接體在同樣受力情況下變位較小,而在結構變位時產生的應力較高,在粘接界面交匯點存在撕裂力。按極限承載能力狀態設計粘接寬度必須綜合考慮更多因素,在給定粘接厚度下應選擇變位能力更大的結構膠。
關鍵詞:幕墻設計 中空玻璃結構粘接
 
  1) 風荷載下粘接寬度的設定
  中空玻璃∏型粘接體在橫向荷載作用下產生拉應力和局部撕裂應力,應力分布及應力變化決定于荷載大小、品牌結構膠材質、間隔條尺寸及形狀、環境條件等因素相關,可變因素和不確定未知數較多,難于精確地確定實際應力及應力分布。考慮降低建筑使用期內中空玻璃更換頻度和維護花費的因素,粘接設計要保證不出現結露、滲水和耐久密封?紤]以上因素,應適當減小結構膠強度設計值,以緩解粘接設計對∏型粘接及粘性變化的憂慮2。
  考慮中空玻璃單元件形狀和尺寸等因素,考慮玻璃非線性撓曲的荷載傳遞作用與內外片玻璃板片厚度相關(圖7),不考慮一道密封膠的作用,中空玻璃結構粘接寬度(Cs,mm)可按公式(1)驗算:

  2) 永久荷載作用下粘接寬度的設定
  隱框幕墻不宜推薦中空玻璃在無支撐裝置條件下安裝,如果一定要這樣安裝,密封膠廠、玻璃廠家及專業設計人員應對評定設計細節。這樣安裝的中空玻璃的外層玻璃板片自重將由∏型結構粘接體支撐,應限定結構膠強度設計值f2不大于7kpa,為避免外玻璃板片自重產生的剪應力使兩玻璃板片錯動,導致一道密封膠變位誘發內空間結露、滲水,或宜采用更小f2值(如3.45kpa)2,6。不考慮一道密封膠的貢獻,可按下式計算∏型粘接體的粘接寬度Cs:

大;為減少安全風險f2宜取值345kPa,粘接寬度計算結果為14.8mm。

  結果表明選用結構膠的柔量(δ)不應小于10%,即應變10%的模量不應大于0.14MPa。但這樣的計算結果可能不足以滿足中空玻璃結構粘接要求,因為∏型粘接結構在同樣位移下應力遠大于0.14MPa(參見表1),必須選用變為能力δ值(柔量)更大的結構膠才能保障位移時應力不大于強度設計值,所以以上計算只是滿足中空玻璃結構粘接選材的起碼要求2• 。此外,中空玻璃結構粘接體可能還應考慮其他位移因素,如高溫下氣體膨脹引起中空玻璃內外面板撓曲引起的位移(圖8),其量值與溫升及面板尺寸相關 。
  柔量(模量)表征硅酮結構膠力學特性,隨配方和制備工藝變化,歐洲規范產品符合性要求柔量(模量)測試值不應超出均值的75%6。GB 16776強制要求結構膠產品檢驗報告應力-應變關系(10%、20%、40%伸長率時的應力)以表征其δ值,中國幕墻網公示對比國內20多個產品的應力-應變特性,品牌產品的柔量(δ)范圍約為3%~11%可供結構粘接設計選用,可見δ取值沒有隨意性,必須對應于某一品牌膠,例如:粘接計算隨意取值δ=40%,固然可大幅減少粘接厚度,但符合要求的結構膠不存在,無膠可用。幕墻工程中需要高、中、低模量(柔量)不同的結構膠,分別滿足不同工程設計要求,所以產品標準GB16776、ASTM C1369及ASTMC1401、ASTM C1294、prEN15434、E002 等規范,均要求報告產品模量。
  有人認為只有高模量結構膠才能保證中空玻璃密封性,要求拉伸10%模量必須高于0.14MPa,這種誤解可能使一些質地剛硬的結構膠進入建筑工程,導致粘接結構高應力狀態,誘發粘接早期破壞3。所以,密封膠模量(柔量)選擇顯得十分重要。
  3. 結語
  中空玻璃結構粘接失效造成外片墜落的偶發事故,可能與結構粘接設計和選材考慮不周有關 ,應通過試驗深入研究結構粘接特性和分析相關因素的影響,提高結構粘接設計的合理性。本文提出有關結構粘接設計方法的探討意見,供業內參考,恭請同仁指正!
  參考文獻
  JGJ 102 建筑玻璃幕墻工程技術規范,中國建筑工業出版社,北京,2003.12
  對GB24266《中空玻璃用硅酮結構密封膠》的技術質疑,門窗,2010,6
  ASTM C1401,Standard Guide forStructural Sealant Glazing
   GB 50068 建筑結構可靠度設計統一標準,中國建筑工業出版社,北京,2001
  ETAG 002 GUIDELINE FOR EUROPEAN TECHNICAL APPROVALFORSTRUCTURAL SEALANTGLAZING SYSTEMS (SSGS)ASTM C 1369 Standard Specification for Secondary Edge Sealants for Structurally Glazed Insulating Glass Unit, Annual Book of ASTM Standards, Vol 04.07
   劉明,中空玻璃的密封結構在建筑中的應用,中國幕墻網,2006.10.18
   馬啟元,建筑幕墻中空玻璃脫膠墜落事故分析,門窗,2011.2


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