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摘要：為了建筑表達(dá)上更加自由多變，越來(lái)越多的建筑圍護(hù)玻璃幕墻采用了曲面玻璃，同時(shí)為了保證建筑的節(jié)能要求和合理降低曲面玻璃的造價(jià)，夾膠中空冷彎成型曲面玻璃有著最廣泛的應(yīng)用。然而，對(duì)于冷彎（詞條“冷彎”由行業(yè)大百科提供）成型的曲面夾膠中空玻璃的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，尚未有規(guī)范對(duì)此進(jìn)行專門的總結(jié)歸納。相比于平面夾膠中空玻璃，冷彎成型曲面夾膠中空玻璃由于其冷彎成型，故長(zhǎng)期承受冷彎應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供），且由于其工作狀態(tài)為曲面，其溫度作用（詞條“溫度作用”由行業(yè)大百科提供）引起的玻璃應(yīng)力也較平板玻璃更大。另外，冷彎荷載和溫度作用對(duì)于剛度更大的玻璃會(huì)產(chǎn)生更大的應(yīng)力，故在此工況下國(guó)標(biāo)中默認(rèn)PVB夾膠片的抗剪強(qiáng)度為零的計(jì)算方法并非偏保守，需合理考慮工作溫度來(lái)選取合適的膠片強(qiáng)度（詞條“強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）。最后，由于此類中空玻璃往往承受短期(如風(fēng)荷載)、中期(如雪荷載)以及長(zhǎng)期(如冷彎荷載)兩種或兩種以上荷載的同時(shí)作用，而玻璃的強(qiáng)度在不同持荷時(shí)間下的差異較大，其組合方式以及判定方法也需被謹(jǐn)慎定義。本文詳細(xì)的總結(jié)了以上因素的物理原理和各國(guó)規(guī)范的描述和差異，最后總結(jié)出了適用于國(guó)內(nèi)規(guī)范的合理的玻璃強(qiáng)度計(jì)算流程和方法。
關(guān)鍵字：玻璃冷彎，中空玻璃，玻璃夾膠片強(qiáng)度，中空玻璃溫度作用
1 引 言
近年來(lái)，為了建筑表達(dá)上的標(biāo)新立異，越來(lái)越多的建筑采用曲面玻璃作為其表皮材料，而玻璃冷彎技術(shù)，即由幕墻工廠或工地現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械方式在玻璃的邊框或角部施加外力的方法使玻璃彎曲的辦法，由于其加工的簡(jiǎn)易性和成本較低等因素，在玻璃彎曲程度較小的曲面建筑中有廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，由于建筑節(jié)能的要求日益增高，中空玻璃已然成為建筑維護(hù)幕墻的標(biāo)準(zhǔn)配置，而且為了保證面積較大的玻璃的安全性以及防墜落的需求，中空外片玻璃，甚至有些跨層中庭或內(nèi)傾幕墻的內(nèi)側(cè)玻璃往往需要用到夾膠玻璃。因此，考慮冷彎作用下的夾膠中空玻璃在建筑中的運(yùn)用日益廣泛。
傳統(tǒng)的平板（詞條“平板”由行業(yè)大百科提供）夾膠中空玻璃的強(qiáng)度安全性計(jì)算方法，在各國(guó)規(guī)范中均有詳實(shí)的研究和詳細(xì)的方法描述。然而，冷彎這一因素的引入，由于在曲面中空玻璃使用過程中將一直保持此冷彎力的作用以保持其彎曲造型，此內(nèi)力需要與玻璃受到的其他荷載等進(jìn)行組合，以校核玻璃的強(qiáng)度來(lái)保證其安全性。另外，夾膠片對(duì)于玻璃冷彎應(yīng)力往往產(chǎn)生不利影響，這一點(diǎn)與玻璃承受其他荷載(如風(fēng)荷載)的響應(yīng)恰恰相反，在玻璃應(yīng)力計(jì)算中需要加以區(qū)別考慮。除此之外，對(duì)于曲面中空玻璃，對(duì)于溫度改變作用下導(dǎo)致中空層的膨脹和收縮對(duì)玻璃板面產(chǎn)生的應(yīng)力也相比于平板玻璃有所增加，也需要在曲面玻璃的校核中考慮在內(nèi)。
本文將根據(jù)各國(guó)規(guī)范中現(xiàn)有的計(jì)算方法，針對(duì)冷彎夾膠中空玻璃的應(yīng)力計(jì)算與組合以及強(qiáng)度判定方法進(jìn)行總結(jié)和歸納，旨在解決冷彎夾膠中空玻璃應(yīng)力玻璃配置計(jì)算與驗(yàn)證的實(shí)操問題。
2 冷彎曲面中空玻璃強(qiáng)度計(jì)算需考慮的特殊荷載
冷彎曲面中空玻璃板面強(qiáng)度計(jì)算中，其除了需要考慮傳統(tǒng)玻璃在承受荷載下產(chǎn)生的應(yīng)力(包含重力荷載，風(fēng)荷載，雪荷載，活荷載，沖擊荷載以及地震荷載)以外，需要考慮其“冷彎”和“中空”兩個(gè)特殊特性所產(chǎn)生的額外荷載，玻璃配置選擇中需要考慮以上所有因素的荷載組合（詞條“荷載組合”由行業(yè)大百科提供）所產(chǎn)生的效應(yīng)，以計(jì)算玻璃中的應(yīng)力并進(jìn)行判定。
2.1 玻璃冷彎對(duì)于玻璃強(qiáng)度計(jì)算的影響
相對(duì)于熱彎玻璃工藝，即通過加熱玻璃使玻璃軟化進(jìn)而將平板玻璃加工成曲面玻璃的方法而言，冷彎的成型工藝通過玻璃邊界處(包括框架（詞條“框架”由行業(yè)大百科提供）(玻璃或金屬)或點(diǎn)夾等)施加的外力使玻璃產(chǎn)生永久性的變形，這種方法更加的經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，且可以大大的縮短工期，對(duì)于彎曲程度不大，以及對(duì)于彎曲后的形狀要求并非非常嚴(yán)格的項(xiàng)目，提供了更多的生產(chǎn)的便捷并節(jié)省了造價(jià)。
然而，由于熱彎玻璃在玻璃的工廠成型過程中即產(chǎn)生了彎曲，則在使用過程中彎曲成型早已在出廠前完成，玻璃使用狀態(tài)下其內(nèi)無(wú)彎曲成型造成的額外內(nèi)力。但對(duì)于冷彎玻璃而言，由于其彎曲成型是依靠玻璃與框的組合安裝過程中扣蓋、點(diǎn)夾或框?qū)ζ涫┘拥耐饬Ξa(chǎn)生，且在玻璃的正常使用狀態(tài)下一直保持著彎曲的形狀，那么勢(shì)必玻璃面板內(nèi)會(huì)在整個(gè)使用過程中產(chǎn)生由于彎曲成型造成的額外彎曲應(yīng)力（詞條“彎曲應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）。此應(yīng)力的大小與冷彎量、冷彎前后玻璃的形態(tài)、玻璃的板面大小，形狀以及玻璃配置有關(guān)。
根據(jù)論文[5]中的描述以及計(jì)算驗(yàn)證可知，對(duì)于同樣大小板塊的玻璃，玻璃等效厚度越厚，板幅越小，其剛度則越大，造成其冷彎應(yīng)力越大。另外，對(duì)于同一塊玻璃而言，冷彎前后曲率變化差越大，則冷彎應(yīng)力越大。此外，該篇論文同時(shí)提出了典型冷彎玻璃形態(tài)的簡(jiǎn)化手算計(jì)算方法，可以為冷彎應(yīng)力的初步估算提供依據(jù)以及快速估值方法。
2.2 溫度效應(yīng)對(duì)于中空玻璃的玻璃板面強(qiáng)度計(jì)算的影響
對(duì)于中空玻璃，玻璃的中空層的空氣或氬氣由于間隔條的保護(hù)形成一個(gè)封閉的腔體，以滿足玻璃的熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）需求。其內(nèi)空氣為密閉腔，在溫度變化的情況下，氣體的粒子數(shù)保持不變。根據(jù)理想氣體方程：
可知，溫度( )的上升(或下降)會(huì)導(dǎo)致中空腔內(nèi)氣體的壓強(qiáng)( )的升高(或降低)，與中空玻璃外的大氣壓形成差值，此壓強(qiáng)差會(huì)對(duì)玻璃板面形成向外(或向內(nèi))的均布?jí)毫Α４藟壕級(jí)毫τ刹ＡО迕嬉约爸锌?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>封邊結(jié)構(gòu)膠承擔(dān)且產(chǎn)生玻璃板面的彎曲變形和結(jié)構(gòu)膠拉伸(或壓縮)變形，變形后中空腔體積 (V)變大(或變小)，則空腔內(nèi)氣體的壓強(qiáng)( )相比玻璃變形前變小(或變大)，即壓強(qiáng)的升高(或降低)量由于空腔氣體體積的變化而程度減小，即空腔氣體體積的變化“緩解”了溫度帶來(lái)的氣體壓強(qiáng)變化。中空玻璃的空腔在溫度變化過程中，通過不斷地體積變化和壓強(qiáng)變化，最終達(dá)到平衡。此平衡狀態(tài)下溫度荷載對(duì)于玻璃板面產(chǎn)生的均布?jí)毫粗锌詹ＡУ臏囟茸饔茫俗饔脮?huì)導(dǎo)致玻璃板面彎曲而產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。此應(yīng)力同樣需要與玻璃在其他工況下的荷載效應(yīng)進(jìn)行疊加，以判定玻璃的強(qiáng)度是否滿足設(shè)計(jì)要求。
由以上物理原理闡述可知，對(duì)于同一尺寸的中空玻璃而言，溫度作用對(duì)其玻璃板面產(chǎn)生的應(yīng)力影響不僅僅與溫度變化的程度有關(guān)，也與玻璃彎曲的剛度有著密切的關(guān)系。當(dāng)玻璃的剛度越大(如玻璃板面越小，玻璃厚度越厚，膠片抗剪性能越強(qiáng)，玻璃的彎曲程度越大等)，在相同的溫度作用下玻璃產(chǎn)生的變形量越少，那么溫度作用產(chǎn)生的壓力由于體積變化的“緩解”程度越低，即相同的溫度變化下，對(duì)于剛度越大的玻璃板塊，其溫度作用越為明顯。由此可知，相對(duì)于平板曲面中空玻璃而言，曲面中空玻璃由于其玻璃剛度大于平板玻璃，所以即使是相同的玻璃配置和玻璃尺寸，在相同的溫度變化下，曲面中玻璃的溫度作用將大于平板中空玻璃，且其彎曲程度越大，溫度作用更大，此因素需在所有中空曲面玻璃的計(jì)算中予以考慮，并與其他荷載效應(yīng)進(jìn)行疊加，以判斷玻璃配置的安全性。
EN 166112:2019[8]附錄C中對(duì)于平板中空玻璃的溫度效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，對(duì)于常規(guī)矩形中空玻璃的溫度效應(yīng)給出了理論計(jì)算公式，可方便的計(jì)算出玻璃所受的溫度作用等效均布?jí)毫χ怠Ｈ欢瑢?duì)于曲面中空玻璃在溫度荷載下的應(yīng)力計(jì)算，由于其玻璃的彎曲程度各異，無(wú)法推導(dǎo)出具體的形變方程，其計(jì)算仍有賴于有限元計(jì)算與迭代[11][12]。
3 夾膠片抗剪強(qiáng)度對(duì)玻璃應(yīng)力計(jì)算的影響
建筑幕墻中對(duì)于板面面積較大的玻璃往往采用夾膠玻璃的形式以形成安全玻璃，保證玻璃在破碎情況下不墜落，以確保玻璃幕墻使用安全。常用的夾膠片為聚乙烯醇縮丁醛膠片(PVB)以及Sentryglass Plus離子型膠片(SGP)兩種。《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003[1]中對(duì)于夾膠玻璃在承受面荷載(如風(fēng)荷載)的作用下，利用剛度分配法，將荷載分配到兩層單片玻璃中，計(jì)算其等效厚度，保守的忽略了夾層（詞條“夾層”由行業(yè)大百科提供）膠片對(duì)于受力性能的影響。根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院與美國(guó)杜邦公司共同開展的夾層玻璃受彎性能試驗(yàn)研究結(jié)果以及國(guó)外的研究資料，夾層膠片自身的性能對(duì)夾膠玻璃的受力性能影響很大。根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范《建筑幕墻工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡(jiǎn)稱2019版上海幕墻規(guī)范)[4]引用的美國(guó)杜邦公司提供的PVB與SGP的材料性能參數(shù)可見(見表1)，其剪切模量以及泊松比對(duì)于溫度條件和持荷時(shí)間極其敏感，如PVB膠片的抗剪模量在20℃下持荷時(shí)間為3s工況下，其剪切模量約8.06MPa，然而在大于30℃以及持荷時(shí)間大于一年工況下，其剪切模量降低至約0.052MPa，兩者相差近150倍，而SGP膠片在同等溫度和持荷時(shí)間下的抗剪模量遠(yuǎn)大于PVB，工程中往往采用SGP膠片代替PVB膠片的方法降低玻璃配置，以減輕玻璃板塊重力的同時(shí)又滿足玻璃強(qiáng)度的要求。
然而，對(duì)于玻璃冷彎應(yīng)力計(jì)算以及中空玻璃的溫度作用計(jì)算而言，其產(chǎn)生的玻璃應(yīng)力均與玻璃的厚度呈正相關(guān)：即玻璃的厚度越厚，其剛度越大，則在相同的冷彎量或溫度變化量下，玻璃內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力越大。因此，對(duì)于玻璃冷彎應(yīng)力計(jì)算與溫度作用計(jì)算中，均應(yīng)考慮夾膠片的剪切模量對(duì)于等效厚度的影響，并根據(jù)實(shí)際工況的持荷時(shí)間和環(huán)境溫度，來(lái)選擇合適且保守的膠片剪切模量，以防低估或高估該荷載下的效應(yīng)。
4 中空玻璃強(qiáng)度計(jì)算的效應(yīng)組合與判定
玻璃材料由于其實(shí)際狀態(tài)下存在著微觀和宏觀的缺陷，特別是表面存在微裂紋，在長(zhǎng)期荷載的作用下裂縫會(huì)進(jìn)行擴(kuò)展，直至玻璃破壞;然而，對(duì)于短期荷載，例如風(fēng)荷載下，其強(qiáng)度就相對(duì)較高。其次，玻璃為親水性材料，其表面和大氣中的水分子的反應(yīng)，產(chǎn)生一種靜態(tài)疲勞效應(yīng)，專業(yè)一會(huì)進(jìn)一步暴露玻璃的缺陷，增加應(yīng)力集中并對(duì)玻璃中的化學(xué)鍵施加更高的應(yīng)變，同樣也會(huì)影響玻璃的力學(xué)性能。為此，各國(guó)的規(guī)范中對(duì)于玻璃強(qiáng)度的規(guī)定也均根據(jù)持荷時(shí)間的不同做出了不同的規(guī)定。
基于以上基本理論，不同的國(guó)家規(guī)范提出的玻璃強(qiáng)度驗(yàn)算方法以及考慮強(qiáng)度折減的方法均有所不同。下面將根據(jù)以下兩個(gè)因素對(duì)于各個(gè)規(guī)范的異同來(lái)進(jìn)行整理和綜述：
(1)組合與判定，即不同持荷時(shí)間的荷載組合與玻璃強(qiáng)度判定
(2)強(qiáng)度折減，即考慮玻璃強(qiáng)度在不同的持荷時(shí)間下的強(qiáng)度折減的考慮方法
4.1 中國(guó)規(guī)范計(jì)算方法
4.1.1 玻璃強(qiáng)度折減
《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003[1](下文簡(jiǎn)稱JGJ102)中，對(duì)于玻璃的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（詞條“強(qiáng)度設(shè)計(jì)值”由行業(yè)大百科提供）的取值，根據(jù)玻璃的厚度，持荷時(shí)間以及玻璃強(qiáng)度位置，給出了具體的數(shù)字，用于不同工況下的玻璃強(qiáng)度校核。其中，如正則化厚度以及玻璃強(qiáng)度位置的影響，根據(jù)規(guī)范中不同厚度不同玻璃位置的玻璃“長(zhǎng)期強(qiáng)度“與”短期強(qiáng)度“的數(shù)值進(jìn)行比較，可以歸納出玻璃的荷載類型影響系數(shù)如下表所示：
以上兩種計(jì)算玻璃強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的方法有所類似，即JGJ102中給出了具體的持荷時(shí)間下的玻璃強(qiáng)度的數(shù)值，而《玻璃結(jié)構(gòu)》規(guī)范中給出了具體的持荷時(shí)間系數(shù)取值，更加直接的反映了不同持荷時(shí)間下玻璃強(qiáng)度之間的關(guān)系;在應(yīng)用范圍上，JGJ102僅給出了短期和長(zhǎng)期荷載下玻璃強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取值，而《玻璃結(jié)構(gòu)》規(guī)范中除此之外，還給出了中期荷載下玻璃強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的取值;在具體數(shù)值上，對(duì)于長(zhǎng)期荷載和短期荷載下持荷時(shí)間系數(shù)，兩本規(guī)范給出的數(shù)值一致。
4.1.2 荷載組合與判定
由于異形曲面中空玻璃中往往同時(shí)存在著長(zhǎng)期荷載工況、中期荷載工況以及短期荷載工況至少兩種工況同時(shí)存在的情況，例如傾斜的冷彎玻璃在承受風(fēng)和雪荷載的情況下，即屬于這種情況。但是，由于玻璃在不同持荷時(shí)間下的強(qiáng)度表現(xiàn)不同，那么對(duì)于玻璃破壞的判定需考慮運(yùn)用合適的荷載組合方法和判定手段，來(lái)對(duì)玻璃的強(qiáng)度進(jìn)行合理但不至于太過保守的判定，以滿足工程設(shè)計(jì)的要求。
在JGJ102中，由于傳統(tǒng)幕墻項(xiàng)目往往用于豎直的幕墻系統(tǒng)，玻璃的主要荷載來(lái)自于面外的風(fēng)荷載和地震荷載的組合，故國(guó)標(biāo)僅描述了荷載組合的方式，即以概率論為基礎(chǔ)，以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)極限狀態(tài)，并在極限承載力（詞條“承載力”由行業(yè)大百科提供）組合下計(jì)算不同荷載作用的組合得到玻璃最大拉應(yīng)力（詞條“拉應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）的設(shè)計(jì)值。對(duì)于垂直于地面的幕墻玻璃，此設(shè)計(jì)值往往僅包含了風(fēng)荷載和地震荷載，即短期荷載，故其玻璃最大拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值可與玻璃的短期強(qiáng)度進(jìn)行比較，來(lái)判定玻璃強(qiáng)度的安全性，即：
4.2 美國(guó)規(guī)范計(jì)算方法
美國(guó)規(guī)范《ASTME1300-12aStandard Practice for Determining Load Resistance of Glass in Buildings》[6]中對(duì)于玻璃在長(zhǎng)期荷載下的影響的計(jì)算方法與中國(guó)規(guī)范有所不同，其中，對(duì)于玻璃在不同持荷長(zhǎng)度的荷載作用的組合計(jì)算中，美國(guó)規(guī)范ASTM將不同持荷長(zhǎng)度的荷載值乘以一個(gè)與荷載時(shí)間長(zhǎng)度有關(guān)的系數(shù)(Load Duration Factor)全部換算為等效3秒持荷時(shí)間下的荷載，再將換算后的等效3秒荷載再進(jìn)行組合相加，得到一個(gè)等效3秒荷載組合，以便進(jìn)行玻璃應(yīng)力的驗(yàn)算。
從表中描述可知，持荷時(shí)間越長(zhǎng)，其相當(dāng)于等效到3秒的荷載越大，與玻璃的物理性質(zhì)定性一致。
另外，美國(guó)規(guī)范中的荷載組合采用容許應(yīng)力法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，即不計(jì)荷載組合系數(shù)。
其中，對(duì)于不同持荷時(shí)間下玻璃的強(qiáng)度的折減，主要體現(xiàn)在系數(shù) 上，對(duì)于不同持荷時(shí)間下 系數(shù)的取值規(guī)定如下：
此描述中基本方法與《玻璃結(jié)構(gòu)》規(guī)范中提到的方法一致，即對(duì)于中期和長(zhǎng)期荷載下的玻璃強(qiáng)度設(shè)計(jì)值進(jìn)行折減，以描述隨著持荷時(shí)間越長(zhǎng)，玻璃強(qiáng)度降低的物理現(xiàn)象。
4.4 歐洲規(guī)范計(jì)算方法
三種工況下浮法玻璃、半鋼化玻璃和鋼化玻璃的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，列表如下：
4.5 不同規(guī)范計(jì)算方法對(duì)比
對(duì)于建筑幕墻中運(yùn)用的曲面中空玻璃，常見的荷載如下表表7所示。當(dāng)設(shè)計(jì)階段無(wú)法確定具體的持荷時(shí)間的情況下，對(duì)于常見荷載的持荷時(shí)間可按照長(zhǎng)期荷載、中期荷載和短期荷載來(lái)進(jìn)行區(qū)分，具體如下：
對(duì)于玻璃強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值的持荷時(shí)間系數(shù)，不同規(guī)范的數(shù)值對(duì)比如下：
4a. 美國(guó)規(guī)范中，長(zhǎng)期荷載取一年以上，中期荷載取一周
b. 澳洲規(guī)范中，長(zhǎng)期荷載取大于10分鐘，中期荷載取大于3秒小于10分鐘
c. 歐洲規(guī)范中，長(zhǎng)期荷載取50年，中期荷載取3周
d. 對(duì)于歐洲規(guī)范，前者表示半鋼化玻璃的持荷時(shí)間系數(shù)，后者表示鋼化玻璃的持荷時(shí)間系數(shù)
對(duì)于不同持荷時(shí)間的荷載進(jìn)行組合時(shí)，不同規(guī)范中也采取了不同的抗力取值方式用于判定。在長(zhǎng)期、中期、短期荷載同時(shí)存在的工況下，不同規(guī)范采用判定的手段也總結(jié)如下：
由以上對(duì)比，我們可以得到以下結(jié)論：
(1) 不同的規(guī)范中均考慮了持荷時(shí)間對(duì)于玻璃強(qiáng)度的影響這一重要因素，即持荷時(shí)間越長(zhǎng)，玻璃的強(qiáng)度越低。
(2) 對(duì)于不同持荷時(shí)間下玻璃強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值折減，各國(guó)規(guī)范的取值不盡相同。具體來(lái)講，各國(guó)規(guī)范中對(duì)于浮法玻璃在長(zhǎng)期荷載下持荷時(shí)間系數(shù)基本一致，在0.29-0.31之間，對(duì)于浮法玻璃在中期荷載下持荷時(shí)間系數(shù)也比較穩(wěn)定，除澳洲規(guī)范中略大(0.72)以外，其他規(guī)范中此持荷時(shí)間系數(shù)在0.45-0.5之間。對(duì)于半鋼化和鋼化玻璃的持荷時(shí)間系數(shù)，對(duì)于長(zhǎng)期荷載下，除了歐洲規(guī)范外略大(0.61-0.80)以外，其他規(guī)范均采用了0.5，但對(duì)于中期荷載，不同規(guī)范的持荷時(shí)間系數(shù)的范圍較大，在0.7-1.0之間。
(3) 對(duì)于第(2)點(diǎn)的差距，可以推測(cè)出，學(xué)者們對(duì)于時(shí)間與浮法玻璃性能的關(guān)系研究比較深入，美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、澳洲標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)中，均給出了此系數(shù)與時(shí)間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，即系數(shù)與(1/16)次方成正比，可見各國(guó)規(guī)范對(duì)于浮法玻璃的持荷時(shí)間影響系數(shù)是完全相同的。以上表8中浮法玻璃一欄各國(guó)規(guī)范系數(shù)取值的差距僅來(lái)自對(duì)于“長(zhǎng)期”、“中期”、“短期”的具體時(shí)長(zhǎng)的數(shù)值的區(qū)別，例如澳洲規(guī)范中對(duì)于中期荷載的定義是大于3秒但小于10分鐘的荷載，然而其他國(guó)家對(duì)于中期荷載的時(shí)長(zhǎng)定義卻往往更長(zhǎng)。
(4) 然而，對(duì)于建筑中更加常用的半鋼化和鋼化玻璃而言，各國(guó)規(guī)范中規(guī)定的持荷時(shí)間系數(shù)大小差距較大。此差距可能不僅僅來(lái)源于對(duì)于“長(zhǎng)期”、“中期”、“短期”的具體時(shí)長(zhǎng)的數(shù)值的區(qū)別，也來(lái)源于對(duì)于玻璃物理性能的假設(shè)以及簡(jiǎn)化方法。為了工程上設(shè)計(jì)出安全可靠的玻璃配置，建議工程實(shí)際計(jì)算中采用的計(jì)算方法與系數(shù)取值一致。
(5) 對(duì)于長(zhǎng)期，中期和短期荷載同時(shí)存在的玻璃強(qiáng)度的判定準(zhǔn)則，不同規(guī)范中呈現(xiàn)了較大的不同。其中《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113-2015規(guī)范最為保守，認(rèn)為采光頂玻璃計(jì)算中，由于玻璃的重力將作為長(zhǎng)期荷載作用于玻璃表面，則無(wú)論其疊加有其他任何中期和短期荷載，玻璃的強(qiáng)度僅可以取長(zhǎng)期強(qiáng)度(即最不利)作為比較;但《玻璃結(jié)構(gòu)》以及意大利規(guī)范和香港地標(biāo)中，考慮玻璃在不同持荷時(shí)間下的強(qiáng)度區(qū)別，采用玻璃在一定持荷時(shí)間下產(chǎn)生的作用效應(yīng)與該持荷時(shí)間下的抗力來(lái)進(jìn)行比較，且把不同持荷時(shí)間下的比值進(jìn)行相加的方法來(lái)進(jìn)行判定，一定程度上更具有說服力;美國(guó)規(guī)范中雖然采用了不同的表達(dá)形式，即將所有的荷載換算為等效3秒荷載來(lái)進(jìn)行判定，然而根據(jù)本文推導(dǎo)，其表達(dá)的核心觀點(diǎn)與《玻璃結(jié)構(gòu)》采用的方法一致，且相應(yīng)的持荷時(shí)間系數(shù)也非常相近;然而，在最新的歐洲規(guī)范EN16612中創(chuàng)新的提出了玻璃在低應(yīng)力水平的中長(zhǎng)期荷載下，即使出現(xiàn)了微小裂縫，玻璃分子會(huì)重新進(jìn)行排布，產(chǎn)生一種“自愈”現(xiàn)象，使得其強(qiáng)度會(huì)有所上升，基于這種現(xiàn)象，歐洲規(guī)范中認(rèn)為當(dāng)長(zhǎng)中短期荷載同時(shí)存在時(shí)，玻璃用來(lái)判定采用的強(qiáng)度應(yīng)按持荷時(shí)間最短的荷載對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行驗(yàn)算，即玻璃強(qiáng)度取值其中最大值，強(qiáng)度判定結(jié)果最為樂觀和不保守。
5 冷彎曲面中空玻璃強(qiáng)度計(jì)算方法與建議
對(duì)于特定的國(guó)內(nèi)實(shí)際工程項(xiàng)目中遇到的包含玻璃冷彎的曲面中空玻璃的強(qiáng)度計(jì)算中，為了同時(shí)考量到以上提到的冷彎和溫度作用的影響、夾膠片對(duì)玻璃等效厚度的影響以及持荷時(shí)間對(duì)于玻璃強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的影響，并考慮到實(shí)際工程中以上因素帶來(lái)的影響的組合效應(yīng)，我們總結(jié)并推薦以下的工作流來(lái)進(jìn)行此類中空玻璃的強(qiáng)度計(jì)算和判定：
其中，
(a) 關(guān)于第一步中采用簡(jiǎn)易算法預(yù)選玻璃配置這一步中，我們可根據(jù)已知的項(xiàng)目需求和初步計(jì)算來(lái)進(jìn)行初算。這一步中需要考慮的項(xiàng)目需求包含但不限于：
i. 玻璃的使用位置(如立面或采光頂，傾斜或直立等)，玻璃的規(guī)范要求(例如根據(jù)玻璃大小和當(dāng)?shù)氐貥?biāo)等)來(lái)確定玻璃是否需要夾膠以及夾膠玻璃的具體位置
ii. 玻璃的節(jié)能要求等，來(lái)確定中空玻璃的中空腔數(shù)量
iii. 玻璃的力學(xué)計(jì)算所需條件，例如邊部支撐情況(如四邊支撐、對(duì)邊支撐)，基本荷載(重力，風(fēng)，雪，檢修，地震等)和特殊荷載(冷彎和溫度)，來(lái)根據(jù)已有的計(jì)算方法來(lái)初步估測(cè)玻璃配置。
此步驟中，初步估測(cè)考慮的越嚴(yán)密，則越可以減少計(jì)算迭代的次數(shù)。但如無(wú)法準(zhǔn)確判斷玻璃配置的選擇，也可以根據(jù)已掌握的方法來(lái)進(jìn)行初步選擇，根據(jù)具體計(jì)算中遇到的問題來(lái)進(jìn)行玻璃配置的調(diào)整并按上述方法重新驗(yàn)證。
(b) 關(guān)于的組合與判定，本文建議采用《玻璃結(jié)構(gòu)》中建議的方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算，即，
且采用分項(xiàng)系數(shù)法來(lái)進(jìn)行荷載組合。此選擇的原因是此方法得到各國(guó)規(guī)范中最廣泛的運(yùn)用，且在國(guó)內(nèi)規(guī)范中有明確的規(guī)定和引用依據(jù)。雖然歐洲規(guī)范中提出了玻璃“自愈”的概念并采用了更加激進(jìn)的組合和判定方法，然而其附錄中也對(duì)以上《玻璃結(jié)構(gòu)》中的方法表示認(rèn)可且認(rèn)為其偏保守。
另外，荷載組合時(shí)需注意不同荷載下最大應(yīng)力在玻璃板面上的分布情況，例如，玻璃在冷彎荷載下的最大應(yīng)力多發(fā)生在玻璃的邊緣以及角點(diǎn)處，而四邊支撐的玻璃在承受風(fēng)荷載下最大應(yīng)力往往發(fā)生在玻璃跨中位置，那么在其組合時(shí)，正確的做法應(yīng)該將各個(gè)部位的應(yīng)力進(jìn)行分別組合。當(dāng)然，為了偏保守的快速判定玻璃的配置，也可將各個(gè)單工況下玻璃最不利應(yīng)力按照以上判定方法進(jìn)行組合和判定，用于項(xiàng)目初期的快速玻璃選擇。
利用以上的流程，可以兼顧到冷彎曲面中空玻璃的強(qiáng)度計(jì)算中夾膠片的剪切強(qiáng)度（詞條“剪切強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）取值對(duì)于不同荷載下的響應(yīng)相反的情況，即對(duì)于冷彎和溫度荷載下夾膠片越強(qiáng)越不利以及在其他荷載下夾膠片越強(qiáng)越有利這一矛盾，同時(shí)也避免了過于保守造成實(shí)際項(xiàng)目的資源浪費(fèi)。
6 結(jié)論
本文詳細(xì)描述了冷彎成型的曲面夾膠中空玻璃強(qiáng)度計(jì)算與傳統(tǒng)平面夾膠中空玻璃強(qiáng)度計(jì)算的特殊之處，包含：
(1) 冷彎中空玻璃除傳統(tǒng)需要考慮的荷載外，還需特別考慮冷彎成型對(duì)于玻璃板面增加的附加應(yīng)力，也需要考慮溫度變化導(dǎo)致中空腔的鼓起和內(nèi)凹對(duì)于曲面玻璃產(chǎn)生的額外應(yīng)力相較同樣的平板中空玻璃會(huì)有所增大的情況，故需對(duì)以上兩個(gè)荷載進(jìn)行謹(jǐn)慎計(jì)算。
(2) 玻璃冷彎荷載和溫度荷載導(dǎo)致的玻璃內(nèi)應(yīng)力與玻璃強(qiáng)度呈正相關(guān)，即玻璃剛度越大，相同荷載情況下玻璃應(yīng)力越大，故在以上單工況下需要考慮夾膠片的剪切強(qiáng)度來(lái)計(jì)算夾膠玻璃的剛度增大情況。美標(biāo)、歐標(biāo)以及上海市幕墻規(guī)范中均給出了PVB和SGP不同溫度下的剪切模量以及等效厚度的計(jì)算方法。
(3) 冷彎成型曲面夾膠中空玻璃強(qiáng)度校核計(jì)算中，由于同時(shí)存在短期、中期、長(zhǎng)期荷載，需考慮其組合方法以及強(qiáng)度判定時(shí)如何選擇玻璃的強(qiáng)度。本文總結(jié)了各國(guó)規(guī)范中對(duì)于玻璃強(qiáng)度在不同持荷時(shí)間下的折減系數(shù)，并比較了其玻璃判定計(jì)算的不同方法，并總結(jié)了其中異同以及原因。
(4) 本文最后總結(jié)了冷彎成型的曲面夾膠中空玻璃的計(jì)算流程，并給出了判定參照的規(guī)范依據(jù)，旨在指導(dǎo)此類玻璃的全方位考慮的去設(shè)計(jì)與計(jì)算。
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作者單位：阿法建筑設(shè)計(jì)咨詢(上海)有限公司
