1 玻璃的結(jié)構(gòu)性能

　　1.1 玻璃是獨特的結(jié)構(gòu)材料

　　不同于鋼材、混凝土（詞條“混凝土”由行業(yè)大百科提供）等傳統(tǒng)建筑材料，玻璃本身是透明的;玻璃具有很高的強度，尤其是很高的抗拉強度，鋼化玻璃的抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值可達到150N/m㎡至200N/m㎡，僅低于鋼材;由于強度高，玻璃構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）厚度很小，因而玻璃結(jié)構(gòu)的自重很小，全玻璃墻的自重(包括玻璃面板和玻璃柱)在 80kg/㎡ 至 120kg/㎡ 范圍內(nèi)，只為混凝土墻和砌體墻的1/4至1/8;玻璃是化學(xué)穩(wěn)定的物質(zhì)，幾乎沒有能腐蝕玻璃的天然介質(zhì)。

　　由于玻璃同時具備透明、高強、輕質(zhì)、耐久四大特點，它成為獨特的結(jié)構(gòu)材料(表1)。

表1 結(jié)構(gòu)材料的性能

　　* 鋁材（詞條“鋁材”由行業(yè)大百科提供）的耐久性取決于鍍膜或涂裝的質(zhì)量 ; ** 不銹鋼耐腐蝕，鋼材的耐久性取決于防銹措施。

　　1.2 用于建筑結(jié)構(gòu)的玻璃

　　1 鋼化玻璃：將平板玻璃加熱到玻璃軟化點溫度，用冷風(fēng)迅速降溫，對玻璃施加預(yù)應(yīng)力，就成為鋼化玻璃。

　　鋼化玻璃的強度可以達到平板玻璃強度的3倍到4倍，可以更好地滿足結(jié)構(gòu)受力的要求。此外，如遇意外，鋼化玻璃破損時，碎裂為顆粒狀鈍角小塊，避免對人體產(chǎn)生嚴(yán)重傷害(圖1)。

　　2 夾膠玻璃：夾膠玻璃又稱夾層玻璃。用于玻璃結(jié)構(gòu)的玻璃，其厚度為6mm至22mm。為滿足結(jié)構(gòu)截面的受力厚度，或者為了提高玻璃破碎后的安全性，常常將幾片玻璃用膠片粘結(jié)為一個整體。當(dāng)采用PVB膠片時，夾膠玻璃的承載力和剛度（詞條“剛度”由行業(yè)大百科提供）等于各片玻璃的承載力或剛度之和;采用SGP膠片時，夾膠玻璃的等效厚度可采用各片玻璃的厚度之和，因而其承載力和剛度極大地提高(圖2)。

　　1.3 超大尺寸玻璃

　　目前常用玻璃的長度在8m以內(nèi)，各國熱彎夾膠鋼化玻璃的長度一般不超過6m。超過長度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，用不銹鋼板（詞條“不銹鋼板”由行業(yè)大百科提供）和不銹鋼螺栓連接而成(圖3)。

　　2012年，中國已經(jīng)生產(chǎn)世界最大尺寸的玻璃。目前生產(chǎn)最大的玻璃為18m X 4m，厚度最大為25mm(圖4)。并且具備了相應(yīng)的鋼化、熱彎、夾膠的能力。中國的超大玻璃已經(jīng)為國內(nèi)外的玻璃結(jié)構(gòu)提供了強大的技術(shù)支持(圖5、圖6)。

　　2 玻璃結(jié)構(gòu)

　　玻璃結(jié)構(gòu)常用于板，包括墻板和承重樓板。此外，用于主要承重結(jié)構(gòu)時，有梁、柱和框架（詞條“框架”由行業(yè)大百科提供）。

　　2.1 梁式結(jié)構(gòu)

　　玻璃梁通常作為玻璃采光頂的支承結(jié)構(gòu)，用于高層建筑的頂部、裙房以及大型公共建筑。為了安全，采光頂?shù)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>面板和承重梁都必須采用夾膠玻璃。

　　玻璃梁通常采用鉸支座，按簡支梁計算。

　　玻璃采光頂的夾層玻璃面板可以周邊支承，也可以采用點支承。按照其支承條件分別進行計算，通常多采用板的有限元分析軟件。

　　2.2 玻璃柱

　　玻璃柱在受彎平面內(nèi)截面尺寸很大，可以到800mm或更多;而在受彎平面外，受玻璃厚度所限，通常很小。為提高平面外的穩(wěn)定性，除高度較小(通常高度6m以下)時可以采用底部支承外，多數(shù)情況下采用頂部懸掛的支承方式，使玻璃柱處于拉彎的受力狀態(tài)。當(dāng)玻璃柱的高度很大時，常采用多片玻璃夾膠以增大玻璃的厚度，從而加大玻璃柱截面的寬度(圖15)。

　　玻璃柱上下端均采用鉸支承，承受玻璃面板傳來的自重、風(fēng)荷載和地震力。玻璃面板可以采用邊緣支承方式或點支承方式與玻璃柱連結(jié)(圖16)。

　　玻璃柱較高時,可以采用不銹鋼板將幾段玻璃柱連接為長柱(圖17)。

　　圖18為北京芳草地中心高層辦公綜合建筑，大面積玻璃墻面用玻璃柱支承，形成通透的室內(nèi)空間。

　　玻璃柱平面外剛度很小，其平面外穩(wěn)定性問題要有足夠的注意。雖然玻璃柱的一側(cè)有玻璃面板作為平面外的支撐，但是另一側(cè)玻璃柱是無約束的，當(dāng)承受風(fēng)吸力時，自由邊受壓，存在失穩(wěn)的危險。因此·，當(dāng)玻璃柱的高度大于8m時，應(yīng)考慮玻璃柱的穩(wěn)定問題;大于12m時，必須進行平面外穩(wěn)定性計算。必要時增加平面外的支撐(圖19)。

　　平面外支撐可以采用水平玻璃梁、水平不銹鋼撐桿、水平不銹鋼板等。圖20為廈門國際會議中心玻璃柱的不銹鋼板水平梁式支撐，不銹鋼梁自重由豎向不銹鋼吊桿支承。

　　蘇州科技園區(qū)設(shè)計院高層辦公樓，整座建筑的各層玻璃外墻均采用玻璃柱支承，大大擴展了玻璃結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域(圖24)。

　　2015年，杭州浙商財富中心的全玻璃大堂創(chuàng)造了全世界最高玻璃柱的記錄，玻璃柱高度達到28m。玻璃柱分為3段，在現(xiàn)場安裝、就位、連接。玻璃柱截面高度850mm，截面厚度104.1mm，采用5片19mm超白鋼化玻璃用2.25mm厚的SGP高強膠片夾膠。三段玻璃柱構(gòu)件用不銹鋼板和不銹鋼螺栓現(xiàn)場連接。

　　柱的上下端均采用不銹鋼夾板形成鉸支座(圖25)。

　　2.3 超大尺寸玻璃面板

　　我國已有多家玻璃公司可以生產(chǎn)世界最大規(guī)格的玻璃平板(18m X 4m X 25mm)，并且北京玻璃公司已具有相應(yīng)的鋼化、熱彎、夾膠等深加工能力。所以目前世界各地的超大玻璃面板均由中國供應(yīng)。

　　2012年，我國首先生產(chǎn)了12m X 2.6m 熱彎、鋼化、夾膠玻璃，供應(yīng)上海蘋果店，打破了國外長度不大于6m 的局限。12塊彎曲玻璃，每塊玻璃價格達到RMB 120萬元。從此，更大規(guī)格的面板玻璃不斷供應(yīng)客戶要求(圖26)。

　　2.4 無立柱玻璃板（詞條“玻璃板”由行業(yè)大百科提供）外墻

　　2015年，形狀如同巨型飛碟的蘋果公司總部在美國加州興建，玻璃外墻采用14m X 3.3m的超大熱彎、鋼化、中空玻璃(圖27)，玻璃加工設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）由中國供應(yīng)。玻璃外墻不設(shè)玻璃柱，全部荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）由玻璃板單獨承擔(dān)。

　　圖28為美國華盛頓總部辦公樓，外墻全部為一層樓高的熱彎玻璃，由上下層樓面結(jié)構(gòu)簡支，玻璃尺寸為3.2m X 1.5m。室內(nèi)向外望非常通透。

　　同樣的設(shè)計也在巴黎的UNIC項目13層住宅中采用，全部外墻為無玻璃柱支承大尺寸玻璃板，連外挑陽臺的欄板也全部采用透明玻璃(圖29)。

　　2.5 玻璃框架

　　全玻璃建筑要求采用透明的玻璃框架。玻璃框架的梁柱構(gòu)件受力很大，要采用夾膠鋼化玻璃�？蚣芰褐�節(jié)點為剛性連接時，可以采用不銹鋼板和不銹鋼螺栓連接，也有工程采用膠接(圖30，圖31)。

　　 圖32為2000年建成的第一個蘋果店，位于紐約曼哈頓第五大街，由于當(dāng)時沒有超大玻璃，玻璃面板沿高度分為3塊，玻璃柱整根，高度9m，5片15mm玻璃夾膠。玻璃框架梁柱用不銹鋼螺栓連接，雙向布置，頂部成為交叉梁系。

　　此后,蘋果店大量采用玻璃框架結(jié)構(gòu)。上海浦東蘋果店2012年首次采用了12塊高度達12.6m的整片超大玻璃，相應(yīng)布置了12榀12.6m高的玻璃框架，匯交于頂部的玻璃環(huán)梁上。其中4榀組成正交的門式框架 。

　　2014年建成的北京三里屯蘋果店采用L形玻璃框架，梁柱一體，由整塊玻璃切割而成(圖34)。

　　2.6 玻璃樓梯

　　在玻璃建筑中，樓梯自然也采用玻璃結(jié)構(gòu)。玻璃樓梯，無論直樓梯還是螺旋樓梯，都以扶手欄板為承重主梁，樓梯踏板安裝在欄板上。欄板和踏板都采用夾膠玻璃以保證安全。踏板通常3片玻璃夾膠，面層玻璃常用刻花玻璃防滑(圖35、圖36)。

　　類似于玻璃樓梯，美國洛杉磯國民銀行大樓300m高空設(shè)置了玻璃滑梯，也是以玻璃欄板作為主梁，32mm厚的夾膠玻璃底板承重(圖37)。

　　3 玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計的一些問題

　　玻璃雖然強度高，但畢竟是脆性材料，而且玻璃構(gòu)件很薄，所以設(shè)計時必須進行認(rèn)真的強度和剛度計算，玻璃柱還應(yīng)考慮側(cè)向穩(wěn)定的問題。曾經(jīng)發(fā)生過玻璃結(jié)構(gòu)在強風(fēng)作用下破壞的事例。如世界上建筑面積最大的單體工程—成都環(huán)球中心的玻璃墻，2016年8月7日，12m高的玻璃柱在強風(fēng)作用下破壞，導(dǎo)致玻璃墻大面積塌落(圖38)。

　　3.1 玻璃的材料力學(xué)性能

　　1 強度設(shè)計值

　　玻璃是脆性材料，一直到臨近破壞，應(yīng)力與應(yīng)變幾乎是直線關(guān)系。玻璃的總設(shè)計安全系數(shù)K一般取為2.5。考慮到主要荷載風(fēng)力分項系數(shù)K1為1.4，所以材料分項系數(shù)K2取為1.8。按照《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 JGJ 102 的規(guī)定，玻璃的強度設(shè)計值可按表2的規(guī)定采用。表2中端面指玻璃切割后所形成的表面，其寬度等于玻璃的厚度。邊緣指臨近端面的玻璃表面，因切割產(chǎn)生微裂縫，強度有所降低。

　　玻璃存在許多微觀裂縫，在持續(xù)應(yīng)力作用下，其后期強度會降低。因此，采光頂?shù)牟Ａ�面板、玻璃梁、長期水壓作用下的水族箱板、水池底板等永久性受力的玻璃構(gòu)件，其強度設(shè)計值應(yīng)按表2數(shù)值的50%采用。

　　2 其他力學(xué)性能（詞條“力學(xué)性能”由行業(yè)大百科提供）

　　玻璃的彈性模量E為0.72 X 10⁵ N/m㎡，玻璃的線膨脹系數(shù)為1.0 X 10^-5。

　　3.2 內(nèi)力分析和截面計算

　　玻璃可以認(rèn)為是彈性均質(zhì)材料，按彈性構(gòu)件進行內(nèi)力分析，并采用通行的彈性內(nèi)力分析軟件。

　　截面計算可按材料力學(xué)方法進行。

　　3.3 相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　與玻璃結(jié)構(gòu)相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)，包括鋼—玻璃混合結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)部分，按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 GB50017進行。采用不銹鋼板連接玻璃構(gòu)件，連接計算也按鋼結(jié)構(gòu)的方法進行。

　　4 結(jié)語

　　對于大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員來說，玻璃是一種尚待熟悉的結(jié)構(gòu)材料，玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗還較少。近年來建筑師采用玻璃結(jié)構(gòu)逐漸增多，結(jié)構(gòu)設(shè)計也開始接觸這一領(lǐng)域。新材料、新結(jié)構(gòu)，對于我們將是新的機遇。

　　本文出自2017-2018版《中國門窗幕墻主流技術(shù)及市場熱點分析報告》，本書以幕墻工程、門窗系統(tǒng)產(chǎn)品兩大類體系為主線，圍繞其產(chǎn)業(yè)鏈上的型材、玻璃、建筑用膠、五金配件、隔熱（詞條“隔熱”由行業(yè)大百科提供）(詞條“隔熱”由行業(yè)大百科提供)(密封)材料和生產(chǎn)加工設(shè)備等刊出各類市場及技術(shù)分析論文。全書堅持為廣大讀者提供前沿的行業(yè)資訊，引導(dǎo)企業(yè)家，堅持新品研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新以適應(yīng)經(jīng)濟新常態(tài)發(fā)展;旨在為建筑門窗幕墻行業(yè)推送最新的產(chǎn)品、工程技術(shù)應(yīng)用信息等。同時還針對近期竣工的超高層、機場等大型幕墻工程，案例進行分析，并邀請多位標(biāo)準(zhǔn)委員會專家，結(jié)合最新的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行了宣貫和解讀。

2017-2018版《中國門窗幕墻主流技術(shù)及市場熱點分析報告》

　　本書可用于房地產(chǎn)開發(fā)商、設(shè)計院、咨詢顧問公司以及廣大門窗幕墻上、下游企業(yè)，管理、市場、技術(shù)等人士的參考工具書，也可作為門窗幕墻相關(guān)從業(yè)人員的專業(yè)技能培訓(xùn)教材。

　　如需要2017-2018版《中國門窗幕墻主流技術(shù)及市場熱點分析報告》》的讀者，敬請聯(lián)系：QQ：712050366  黃玲

　　2017-2018版《中國門窗幕墻主流技術(shù)及市場熱點分析報告》目錄

　　序——郝際平

　　第一部分行業(yè)政策解讀

　　我國鋁合金門窗建筑幕墻行業(yè)發(fā)展分析——黃圻

　　關(guān)注綠色、持續(xù)發(fā)展——2017年鋁門窗幕墻委員會工作報告——董紅

　　中國建筑幕墻標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀和新規(guī)范介紹——顧泰昌

　　工程質(zhì)量保險制度簡介——張仁瑜

　　第二部分主流技術(shù)介紹

　　雙層幕墻（詞條“雙層幕墻”由行業(yè)大百科提供）構(gòu)造與性能——劉忠偉

　　“既有建筑外立面改造”的思考和研究——陳勇

　　BIM技術(shù)在阿布扎比國際機場項目中的應(yīng)用——陶偉章紹玉

　　玻璃幕墻室內(nèi)側(cè)耐撞擊性能設(shè)計及計算——閉思廉 劉曉烽 林偉藝

　　玻璃幕墻結(jié)構(gòu)（詞條“玻璃幕墻結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計的安全風(fēng)險評價概述——陳峻

　　建筑新材及應(yīng)用——杜繼予

　　超高層建筑空間曲面幕墻工程設(shè)計分析——陳清輝花定興

　　基于BIM技術(shù)的建筑幕墻設(shè)計下料——曾曉武

　　金屬屋面及斜面幕墻的排水（詞條“排水”由行業(yè)大百科提供）、防水（詞條“防水”由行業(yè)大百科提供）構(gòu)造特點分析 ——王德勤

　　建筑幕墻設(shè)計新理念與實踐——孟根寶力高

　　主被動巧妙結(jié)合的多功能光伏幕墻——羅多

　　傾斜式豎向單拉索點支式幕墻設(shè)計與施工——劉長龍洪源晁曉剛

　　裝配式建筑對密封膠及施工操作性要求的研究——竇錦兵 劉延林

　　淺談幕墻開啟窗的設(shè)計規(guī)程——劉曉烽閉思廉

　　三維激光掃描技術(shù)與精密測量在復(fù)雜幕墻工程中的應(yīng)用研究——陶偉肖飛

　　超低能耗綠色建筑鋁合金門窗解決方案——李進劉軍

　　第三部分市場熱點分析

　　迅速發(fā)展的玻璃結(jié)構(gòu)——趙西安

　　促進我國房地產(chǎn)與門窗幕墻企業(yè)的合作共贏——黃圻

　　淺析工程門窗與家裝門窗市場現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢——吳智勇

　　國內(nèi)幕墻咨詢行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀——趙志剛

　　2017年建筑用密封膠產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查結(jié)果報告——朱德明

　　種植綠色幕墻對現(xiàn)代建筑及環(huán)境的影響——劉玉琦

　　建筑門窗幕墻用密封膠條材料特性及發(fā)展趨勢——莊澎 趙本軍

　　太陽能光伏板陽光房的市場應(yīng)用與前景分析——龔怡林

　　破局：論我國中小型門窗企業(yè)發(fā)展瓶頸的解決之道 ——趙觀新

　　裝配式建筑節(jié)能窗研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化淺析——張國峰

　　新規(guī)范下的防火玻璃應(yīng)用——酈江東徐松輝楊永華

　　“互聯(lián)網(wǎng)+”驅(qū)動鋁型材加工行業(yè)轉(zhuǎn)型升級——盧文榮

　　“四大因素”引爆門窗幕墻原材料漲價 ——曾毅、黃玲

　　密封膠企業(yè)致：甲方、工程商的一封信《107膠、硅油漲得太兇了》——黃玲

　　劃重點!“十九大”和“建筑有關(guān)的哪些事兒” ——楊伶

　　第四部分行業(yè)調(diào)查報告

　　2017-2018年度中國門窗幕墻行業(yè)市場研究報告——雷鳴

　　2017年度建筑幕墻顧問行業(yè)“分析報告” ——曾毅

　　中國最牛的“超級幕墻工程”展播——蘭燕

　　盤點：中國門窗幕墻行業(yè)的2017年——黃玲、楊伶