從圖5的模擬結果可知,不同材料間存在溫差應力,此應力與材料的線膨脹系數差值及溫變幅度有關。從《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113-2009中6.1.3條可知,玻璃線膨脹系數為1.0x10-5/°C,不銹鋼板的線膨脹系數為1.8x10-5/°C,鋼板的線膨脹系數為1.2 x10-5/°C。因此,采用鋼板與玻璃肋粘接可有效降低兩者間的溫差應力。圖6模擬了鋼板與玻璃在40°C溫差作用下粘接面的溫差應力,計算結果顯示,粘接邊緣應力為20.1968Mpa,較之不銹鋼板有顯著下降。
圖8顯示了一種分離式膠粘方式,先將小塊鋼板分別與每段玻璃肋粘接,然后再通過特制銷栓及整體不銹鋼板將上下兩段玻璃肋連成整體。這種拼接方式的優勢在于,玻璃與鋼板之間的粘接可在工廠內可控的溫度環境中完成,充分保證了粘接質量。同時,選擇鋼板與玻璃粘接可減少兩者間的溫差應力,降低對粘接用膠變位能力的要求。由于玻璃肋板為分離式設計,可大大簡化運輸、安裝工作,大幅降低維修成本。內側鋼板與外側不銹鋼板采用栓接方式,通過銷栓孔壁傳力,連接更為可靠。內外側鋼板孔采用預先配鉆的方式進行加工,可有效保證現場拼裝精度。由于玻璃肋與鋼板之間采用粘接方式,內外鋼板間又依靠銷栓傳力,玻璃肋孔側不直接承受外載,可在保證玻璃截面強度的前提下,加大開孔直徑,并在孔內填充彈性膠,以消除孔邊應力集中的風險。
3.2. 3 肋支座設計
玻璃肋幕墻,無論采用何種固定方式,都需支承于主體結構上,因此幕墻系統應具有良好的追從性,以適應主體結構的變位。《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003中7.1.3條明確:吊掛全玻幕墻的主體結構或結構構件應有足夠的剛度,采用鋼桁架或鋼梁作為受力構件時,其撓度限值df,lim宜取其跨度的1/250。通常,為追求全玻幕墻的通透性,其主體結構跨度都較大,若以跨度8m為例,鋼梁的容許撓度為32mm,再加上加工、安裝誤差及溫度變形,玻璃肋板支座至少需滿足50mm以上的變位能力要求。因此,玻璃肋幕墻支承于鋼結構系統時,應認真核實其位移能力。采用圖9所示的成品肋支座可較好地適應主體結構的豎向變位,玻璃肋上端通過肋板支座懸掛于主體結構,下端通過肋板支座與固定耳板間的長孔,實現滑動連接,滿足位移要求。
4 工藝要點
玻璃裁切、開孔后會在玻璃邊緣形成損傷,而玻璃的邊緣強度通常在設計中起控制作用,因此面板及其孔洞邊緣均應倒棱和磨邊,倒棱寬度不宜小于1mm,磨邊宜細磨,不得出現崩邊。玻璃肋由于采用夾層玻璃,需在單層玻璃上鉆大小不同的孔,以保證多孔對位。根據規范要求玻璃的鉆孔位置偏差應小于±0.8mm,孔距偏差應小于±1.0mm。為保證肋夾板處玻璃孔能有效傳力,玻璃孔直徑應大于肋板直徑3mm以上,其間設置彈性襯套,玻璃孔周邊填充彈性膠。彈性膠可在玻璃孔周邊形成保護層,減緩玻璃表面裂紋擴展,配合彈性襯套可消減孔位誤差,減少應力集中。為保證連接安全,在驗核螺孔傳力時,應按單片計入,且應扣除孔兩側倒棱寬度。
從前述分析可知,溫度作用對玻璃肋幕墻系統存在諸多影響。肋板的粘接溫度宜取使用環境溫度的中值,并應在可控的環境中打膠粘接。鋼板與玻璃粘接前應去除表面污物,鋼板可采用庚烷,玻璃可采用異丙醇進行清潔。為提高粘接強度,鋼板表面應適度打磨,以此增加接觸面積并銳化表面溝紋,提高膠接強度。在進行全玻幕墻的安裝前應復核主體鋼結構的變位,根據施工環境溫度與極值溫度的變形差,控制好預留間隙,并應盡量避免在極端氣候環境下施工。
5 結語
全玻結構幕墻以其通透的質感為建筑師所推崇,但玻璃為脆性材料,對外界因素的影響極為敏感,尤其是大跨度拼接的玻璃肋幕墻系統,在系統的構造設計、材料選擇、施工工藝方面存在諸多技術要點。正如一個硬幣的兩面,任何事物的內部都包含肯定的和否定的兩個方面,它們既對立又統一。當我們享受玻璃結構的光影魅力時,也必須正面玻璃自身的弱點,只有針對材料特性,因材設計才能使全玻幕墻結構系統日臻完善。
參 考 文 獻
[1] 張其林,玻璃幕墻結構設計 ,同濟大學出版社
[2] 玻璃幕墻工程技術規范 JGJ102-2003
[3] 建筑玻璃應用技術規程 JGJ113-2009
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