全玻幕墻玻璃肋的支座設(shè)計

EM深圳市堅朗建材有限公司 白寶鯤厲敏趙波【摘要】：本文以全玻幕墻的玻璃肋作為主要研究對象，對比了被實際應(yīng)用在工程中的幾種不同的玻璃肋受力模型。并對玻璃肋支座設(shè)計做了一些介紹與總結(jié)，重點推薦了利用鋼夾板使玻璃肋實現(xiàn)簡支梁受力的支座設(shè)計?！娟P(guān)鍵詞】：全玻璃幕墻、玻璃肋、受力模型、支座設(shè)計。一、前言。7=I'HEla.7=I'HEla.簡支梁二、玻璃肋的受力模型:對玻璃肋進(jìn)行支座設(shè)計的首要目的就是為了保證玻璃肋的的受力。但要想保證玻璃肋的正常b.—端固定另一端簡支梁C.兩端固定梁C.兩端固定梁注：1.實際工程中，仍有其它形式的梁存在，因使用

量相對較小，不再列出。圖1、常見的玻璃肋受力模型。受力及安全，就要我們對玻璃肋的受力模型有一個清晰的概念。這樣，進(jìn)行受力分析及設(shè)計時才不會出錯，至今仍有一些設(shè)計師還只知道簡支梁。當(dāng)然，玻璃肋的最好設(shè)計就是讓其按簡支梁受力。如果只知道簡支梁，并將玻璃肋設(shè)計成簡支梁受力本身也沒什么錯。但一些設(shè)計人員在設(shè)計計算時所選用的公式是簡支梁公式，實際工程做出來的卻不是，這樣就給工程造成了很大的隱患。因此，在下面介紹支座設(shè)計之前，讓我們先對工程中常見的玻璃肋的受力模型進(jìn)行一些回顧。1.78它仍然是1.78它仍然是我們簡單驗證一下就會發(fā)現(xiàn)，不管采用上述的哪一種受力模型，如果玻璃肋強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計要求，則撓度一定也能夠滿足《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102-2003）中關(guān)于玻璃肋撓度不大于1/200的要求。因此，將三種梁的撓度進(jìn)行對比并無太大實際意義。我們僅對上述三種梁模型的彎矩進(jìn)行對比（彎矩為玻璃肋強(qiáng)度計算時的控制因素），可得到如下結(jié)論：1、一端固定另一端簡支梁的最大彎矩出現(xiàn)在跨中至簡支端中間的一個位置（詳細(xì)位置為距簡支端0.375L處），其值為相同跨度簡支梁的倍，另外，其固端有負(fù)彎矩存在，其絕對值等于相同跨度簡支梁跨中最大彎矩。1、兩端固定梁的最大彎矩同簡支梁一樣出現(xiàn)在跨中，其值為相同跨度簡支梁的 3倍，且固端也有彎矩存在，其值為簡支梁最大彎矩的0.67倍。三、玻璃肋的支座設(shè)計：由全玻幕墻的玻璃肋受力特點可知，玻璃肋最好能夠拉彎受力。因此，不管采用何種力學(xué)模型的玻璃肋，上部端支座的設(shè)計除了要考慮能夠約束玻璃肋在平面內(nèi)、平面外的自由度外，還要考慮到玻璃肋的吊掛受力（吊掛是為了約束其豎向平動自由度）。目前常見的玻璃肋的端支座設(shè)計一般由下列幾種做法：1、上部由玻璃吊夾吊掛及鋼結(jié)構(gòu)限位、下部嵌槽：玻璃吊夾吊掛的機(jī)理是先將玻璃與吊夾壓塊粘接起來，然后由吊夾主體的一對夾具將夾片夾住并把玻璃吊掛起來。為保證壓塊與玻璃之間具有較大的粘接磨擦力，這種吊夾通常都設(shè)計有自夾緊機(jī)構(gòu)。自夾緊機(jī)構(gòu)的夾緊力與所吊掛的重量成正比，即所吊掛玻璃越重，夾緊力越大。這樣的設(shè)計可避免在人為施加螺栓預(yù)緊力時，操作不當(dāng)而將玻璃肋夾碎。從傳統(tǒng)的玻璃吊夾的構(gòu)造來看，其主要作用就是為了承受玻璃自重，它在直接承受風(fēng)荷載方面幾乎沒任何作用。因此，采用玻璃吊夾的玻璃肋除有吊夾外，還應(yīng)有其它的附助限位措施，為玻璃肋端部提供平面內(nèi)、外的支承，將玻璃面板傳至玻璃肋的作用有效的傳遞給主體結(jié)構(gòu)。由上面分析可知，采用吊夾的玻璃肋其頂部完整的端支座設(shè)計就需要上述的兩部分組成，節(jié)點設(shè)計看起來相對比較雜亂。另外，還必須在安裝完畢后將其封住，這樣又會占用比較大的建筑空間。和這種上部端支座相配套的下部的端支座處理通常用的嵌槽式，嵌槽式大家都很熟悉，這里不再做介紹。符合這種上、下端支座特點的玻璃肋所適用的計算模型為大家所熟知的簡支梁，我們可由規(guī)范所提供的公式直接進(jìn)行計算。由于玻璃在支座部位并沒有開孔，對玻璃肋的強(qiáng)度不會產(chǎn)生太大的影響。在傳統(tǒng)的全玻璃幕墻工程中，最為廣泛應(yīng)用的構(gòu)造方法。圖2.吊夾吊掛玻璃肋的上部節(jié)點W__"?，少：J斗/MlULIIK可 口 圖3.嵌槽式的玻璃肋下部節(jié)點。5544所示。2、上部由鋼夾板及螺栓固定、下部嵌槽：這種上部端支座采用螺栓、夾板將玻璃肋與結(jié)構(gòu)直接連接，下部嵌槽的玻璃肋支承方式在實際工程中也不少見。嵌槽的端支座設(shè)計已有多年的應(yīng)用歷史，而夾板配以緊固螺栓的支座設(shè)計方法在以前卻不多見。但自從點支承玻璃幕墻在我國應(yīng)用以來，受點支式玻璃幕墻裝配方式的啟發(fā)，由夾板、螺栓這種機(jī)械設(shè)計上常用的連接方法才被大家應(yīng)用在玻璃肋的端支座設(shè)計上。 這種方法由于使用起來較為方便、快捷，也沒有吊夾吊掛那樣占用很多的建筑室內(nèi)空間。所以，也曾被應(yīng)用在一些工程中。但在一些失敗的全玻幕墻工程案例中，此種夾板螺栓的端支座設(shè)計造成玻璃肋破裂的現(xiàn)象最為嚴(yán)重。筆者總結(jié)了一下，主要有如下兩個方面的原因：1）、工程設(shè)計時還處于這種連接方式應(yīng)用的初期，一些設(shè)計人員對這種鋼板夾連接的工作機(jī)理認(rèn)識不夠，套用鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點設(shè)計的理論來做連接計算，即依靠承壓螺栓的抗剪、抗壓和玻璃孔壁的抗壓來承力，或考慮利用玻璃、夾板之間的磨擦力來受力。實際上，由于玻璃材料的特殊性，我們不能在此套用鋼結(jié)構(gòu)連接公式，其原因在筆者所著的文獻(xiàn)2中曾有過詳細(xì)分析，這里不再贅述。目前比較好的處理辦法是將墊片換成樹脂膠，利用粘膠層的抗剪能力來受力。2）、在設(shè)計時，選錯了玻璃肋的受力模型。最為可能的是將簡支梁模型計算公式作為萬能公式也應(yīng)用在此種結(jié)構(gòu)的玻璃肋設(shè)計中，忽略了固端彎矩的存在和最大彎矩的增大。這種結(jié)構(gòu)的玻璃肋最為接近的受力模型是圖 1b所示的一端固定一端簡支梁。扮K叮9圖4.固定鋼夾板固定玻璃肋的上部節(jié)點3、上、下部均采用鋼夾板、螺栓固定：這種做法的上、下端支座設(shè)計均如圖它的上、下部均由螺栓、夾板將玻璃肋與結(jié)構(gòu)連接起來。它同前一種做法是同一時期的產(chǎn)物，夾板、螺栓連接的端支座具有相同的特點。兩種玻璃肋之間僅有的區(qū)別就是玻璃肋的受力模型的不同。和它最為接近的受力模型是兩端固定梁。由圖1可知，它的最大跨中彎矩是簡支梁的 3倍,支座處還有一個絕對值為簡支梁跨中最大彎矩0.67倍的固端彎矩。在JGJ102規(guī)范中，玻璃肋的截面高度是由簡支梁的最大跨中彎矩推導(dǎo)而來的，由此可見，此種的結(jié)構(gòu)如果套用簡支梁的公式進(jìn)行設(shè)計計算，截面將小得多。不但端支座處有危險，跨中則更加危險，尤其是將玻璃肋的連接設(shè)計在跨中時（肋駁接玻璃幕墻中經(jīng)常出現(xiàn)此類情況）。4、上、下部均采用鋼板與結(jié)構(gòu)進(jìn)行鉸連接：這種利用鋼板與結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行鉸接，使玻璃肋實現(xiàn)簡支受力的做法是在鋼夾板、螺栓連接的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。它是在常用的鋼板上設(shè)計了鉸連接孔，然后與固定在結(jié)構(gòu)上的耳板通過銷釘銷接在一起，上部端支座處為固定鉸連接（圓孔），可釋放一轉(zhuǎn)動自由度；下端端支座處為活動鉸連接（長孔），可釋放一轉(zhuǎn)動自由度和一豎向平動自由度。它的結(jié)構(gòu)雖然看起來并不復(fù)雜，但很好的解決了玻璃肋的吊掛和簡支受力問題。相信在以后的全玻幕墻工程中，這種支座系統(tǒng)會被使用得越來越多。總結(jié)起來，這種系統(tǒng)主要有如下幾點優(yōu)點:1）、可實現(xiàn)玻璃肋完全意義的簡支受力。保證了端支座處不受彎矩，受力最小，玻璃肋所最大彎矩最小。玻璃肋設(shè)計時也可直接采用 JGJ102規(guī)范進(jìn)行設(shè)計。2）、固定方便。鋼板與玻璃肋之間采用快干型樹脂膠采用粘接，緊固螺栓僅提供膠接所需的正壓力，數(shù)量較少，易于均勻控制預(yù)緊力（預(yù)緊力要求也相對較?。?。3）、鋼板鉸采用不銹鋼精密鑄造及機(jī)械加工，外形美觀、精度較高。與結(jié)構(gòu)之間連接采用鉸釘連接，有一種機(jī)構(gòu)美。整個鉸支座可露在外面，不但不影響幕墻效果，反而會令人耳目一新。4）、可如圖6所示那樣很方便的安裝于各種支承結(jié)構(gòu)上。若在此處采用玻璃吊夾或嵌槽，不以上是我們對于玻璃肋支座設(shè)計上的一點經(jīng)但實施起來不太容易，節(jié)點外形也不美觀。a.鋼板鉸連接的玻璃肋上部節(jié)點驗總結(jié)。但我們更建議大家能夠盡量采用簡支梁來設(shè)計玻璃肋。這也是和《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)a.鋼板鉸連接的玻璃肋上部節(jié)點驗總結(jié)。但我們更建議大家能夠盡量采用簡支梁來設(shè)計玻璃肋。這也是和《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ102）的原則相一致的。規(guī)范中全玻璃幕墻一章所提供的全玻璃幕墻玻璃肋的計算公式均是由簡支梁的公式演化而來，是規(guī)范所優(yōu)先推薦的做法。即使在實際工程設(shè)計中，我們也會發(fā)現(xiàn)玻璃肋簡支設(shè)計時，可使玻璃肋板受力最為合理、寬度最小、成本最低。但在在用戶不得已采用其它支座設(shè)計時，一定要判斷準(zhǔn)確玻璃肋的支座類型。實際上，一些連接方式受條件限制，并不易做不到完全的固接或鉸接，在這樣情況下，應(yīng)采用最不利情況選取計算模型，不能照抄照搬JGJ102計算公式，以防造成工程隱患，給業(yè)主及設(shè)計單位造成損失。參考文獻(xiàn):《建筑結(jié)構(gòu)靜力計算手冊》 （第二版），中國建筑工業(yè)出版社1998.9白寶