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建筑幕墻結構膠的屬性及力學性能淺析

來源:中國幕墻網收集整理  作者:李少甫 馬啟元  日期:2013-4-3
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  提要:結構密封膠是結構性連接材料,用于結構另部件及組成結構構件的粘接。結構膠的品牌繁多,性能各異,為保證結構可靠性,必需根據結構連接要求,選擇適用的產品。本文簡要闡述建筑幕墻結構膠的基本屬性及亟待深入實驗研究的一些性能,對直接關系結構可靠性及合理選材的技術性能,尤其是物理力學性能提出了些建議。
  關鍵詞:建筑幕墻  結構膠  粘接  結構可靠性  力學性能實驗
 
  1 建筑幕墻結構膠的屬性特征
  1.1建筑幕墻結構的組成及其材料
  建筑幕墻是建筑物外圍護結構,具有極強的裝飾效果和功能要求。它通常由面板及其支承構件的元件經連接組成并安裝在主體建筑結構上,一般不參與主體結構的受力,但其所受荷載、作用將傳遞于主體結構,而主體結構的位移將引起該結構的相應位移、變形和可能的受力改變,是建筑物主體結構的一種附屬結構。建筑幕墻的面板所用材料可有:玻璃、天然石材、人工石材陶瓷質等脆性材料鋁合金不銹鋼等延展性好的金屬材料;其支承結構所用材料多是金屬材料,有時也采用與面板相同的材料,如全玻璃幕墻

  1.2 建筑幕墻連接方法、材料及其性能的基本要求
  建筑幕墻元件、桿件、構件乃至結構及其與主體結構間的連接均屬結構性連接,其方法有:以金屬材料為主的焊接連接、機械性連接(如螺釘螺栓連接等)和以結構膠類的粘接性連接(粘接),以及兩類的混合性連接等。

  不言而喻,各種結構性連接方法及其材料的基本性能都必須具備與其所連接的另部件和結構要求的性能相匹配,否則將導致其連接另部件間的不協調或離散,甚至引起結構的解體失效。

  1.3結構性連接的屬性與要求
  結構性連接是結構的重要組成部分,屬工程結構性的部件。其特征應是具有所連接結構設計要求的各項性能和足夠的可靠性(安全性、適用性和耐久性)。其連接形式可有對接,搭接,角接和T接等。以其受力變形性能劃分可有:剛性連接,即被連接件間不存在或有可忽略不計的相對變形及位移;鉸接,即被連接件間可有很大相對轉動變形或角位移;柔性(或稱半剛性)連接,即被連接件間可有介于剛性連接及鉸接之間的相對變形或位移。

  建筑結構承受風、雪、雨、露、溫度變化、地震等自然環境和人為環境(人群、重物)等各種可能的作用,應有足夠的可靠性和良好的社會經濟效益。結構連接既`是結構的重要組成部分,因此不論何種連接形式、性能、方法和材料,包括結構膠粘接的結構性連接,都應具有足夠且不低于其連接另部件和結構的可靠性,即必需的安全性、適用性和耐久性。

  1.4 建筑幕墻結構膠粘接的力學性能與基本要求
  建筑幕墻結構膠粘接是幕墻結構中的一種結構性連接,用于玻璃等脆性材料或與金屬等其他材料之間的連接。由于幕墻是建筑的外圍護結構,這種連接要承受可能的自然環境和人為環境作用,并應具有必要的安全性、適用性和耐久性。在此,其安全性主要指應有足夠大的承載能力或達到不適于繼續承載的足夠大變形;適用性主要指變形能力,具有較好的可恢復性和好的施工操作性;耐久性主要指應有足夠的耐老化和疲勞性能,在設計壽命期內的環境(相應溫度、大氣壓力、荷載等)反復作用下具有不失效性。粘接連接的這些性能不僅取決其材料本身的物理化學性能和力學性能,還需要合理的連接設計和結構膠的選用。

  2 建筑幕墻膠粘接的合理設計及膠的選用
  2.1板件間結構膠粘接的基本形式
  建筑幕墻結構膠粘接的基本型式可歸納有以下幾種:

  (1)搭接是被連接板件表面間的粘接,可有較大粘接面積,提供較大的承載力。相同面積粘接的承載力,取決于結構膠的粘接強度

  (2)對接是位于同一平面內的被連接板件對接邊端面間的粘接,承載力取決于板件厚度和相接觸邊的長度及結構膠的強度

  (3)角接是不處于同一平面內的兩被連接板件邊交接端面間的粘接,承載力亦取決于板件的厚度和相交接觸邊的長度及結構膠的強度,但其受力狀態復雜承載力較低。

  (4)丁接是不處于同一平面內的兩被連接板件間的相互連接,即一個板的邊端面與另一板表面間的相互粘接,承載力亦取決于前者板件的厚度和相接觸邊的長度及結構膠的強度。但其受力狀態復雜承載力亦較低。

  (5)結構膠粘接和金屬件機械性連接共同作用的板件間混合性連接,常可提供較強的承載力,但是它常需根據具體的受力狀況精心構造設計、驗算、選用性能適用的結構膠并經必要的試驗驗證,此外,還需要精心地施工。

  2.2 建筑幕墻結構粘接的合理設計及其膠的選用要求
  幕墻結構粘接形式及其粘接界面通常由結構的構造設計確定。為滿足其承載力、變形適應性和耐久性要求,結構膠品牌的選用及其力學性能的合理利用和粘接界面的構造狀態判定,對保證粘接可靠性十分重要。例如,周邊受約束的對接的玻璃板縫間的結構膠,不僅應有足夠的強度,也應根據板縫寬度,經計算選用變形適應性較好的結構膠,否則當溫差變化較大時,板縫可能被反復擠壓拉伸剪切斷裂中空玻璃兩片玻璃周邊間的結構膠粘接,應經設計計算選用模量較低、變形能力較強的結構膠,以有助于減輕因溫度及大氣壓力改變引起兩玻璃板間空腔內壓的過度增大,致使該粘接的可靠性降低或失效。此外,被粘接表面的物理化學狀態與界面粘接可靠性直接相關,因此,相應的試驗驗證對保證結構粘接安全和耐久性十分必要。

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