本文作者：馬啟元 陶偉
對建筑隱框幕墻用
中空玻璃，JGJ 102規(guī)范3.4.3要求其二道密封應(yīng)采用
硅酮結(jié)構(gòu)
密封膠，對外觀質(zhì)量和性能，3.4.1條規(guī)定應(yīng)符合GB/T11944，即限定二道密封粘接寬度5mm～7mm，厚度尺寸可選6mm/9mm/12mm/16mm/20mm（圖1），對粘接體
承載能力未提出要求，結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)也未行細(xì)化，容易被理解為僅要求采用
硅酮結(jié)構(gòu)膠 。中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接體傳遞
荷載，結(jié)構(gòu)的耐久安全又是產(chǎn)品密封功能壽命的基本保證，粘接尺寸及結(jié)構(gòu)膠模量的選擇應(yīng)按極限
承載力狀態(tài)設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。本文對中空玻璃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)力分布、荷載傳遞及粘接設(shè)計(jì)和驗(yàn)算進(jìn)行探討，供業(yè)內(nèi)同仁參考，不妥之處請指正。
1.中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接特點(diǎn)和應(yīng)力分布
1） 隱框幕墻中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)粘接裝配中粘接體型式有兩種（圖1、圖2）：
H型——兩面粘接。中空玻璃單元件與金屬框架的兩平行表面的粘接，將玻璃與框架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性裝配在一起并形成一道防水密封；
∏型——三面粘接。將內(nèi)、外片玻璃與間
隔條粘接成一體。由于間隔條與兩玻璃表面垂直相交，形成三面粘接，受力變形時(shí)粘接面交匯處將受撕裂，該粘接形式一般不為結(jié)構(gòu)采用，而中空玻璃采用這一形式是為滿足控制可視空間、限制一道密封體過量位移并防止間隔條“游走”的要求 。
H型粘接體一旦失效，將導(dǎo)致中空玻璃單元件與
框架結(jié)構(gòu)脫離；∏型粘接體失效，中空玻璃將喪失功能甚至解體，導(dǎo)致外片玻璃墜落，而∏型粘接結(jié)構(gòu)受拉伸時(shí)，間隔條粘接設(shè)計(jì)必須充分考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
1） 結(jié)構(gòu)粘接體拉伸特性
對不同品牌硅酮結(jié)構(gòu)膠的拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明，∏型粘接體粘接
強(qiáng)度和最大伸長率遠(yuǎn)低于H型粘接體，拉伸10%時(shí)∏型粘接應(yīng)力將比H型高出一倍（表1），粘接體邊緣呈現(xiàn)早期撕裂 。這一現(xiàn)象表明：
相同應(yīng)力下∏型粘接體的應(yīng)變要小得多，一道密封體不易出現(xiàn)過量位移，有利于中空玻璃的邊緣密封；
然而相同應(yīng)變時(shí)∏型粘接體的應(yīng)力遠(yuǎn)大于H型，邊緣易被撕裂，這對粘接結(jié)構(gòu)承載能力產(chǎn)生顯著影響。
2） 結(jié)構(gòu)粘接體應(yīng)力分布
依據(jù)典型結(jié)構(gòu)膠性能，對橫向荷載下拉伸變形10%時(shí)粘接體的應(yīng)力進(jìn)行有限元分析，可見兩種粘接體產(chǎn)生的效應(yīng)有顯著不同：
計(jì)算模型建立
本構(gòu)模型
結(jié)構(gòu)粘接體是硅酮結(jié)構(gòu)膠固化成型的粘彈體，泊松比0.5，各向同性，應(yīng)變能函數(shù)表達(dá)式由應(yīng)力－應(yīng)變試驗(yàn)曲線描述的非線性關(guān)系確定（略）。
有限元模型及材料參數(shù)的確定
粘接體（屬柔性體）拉伸有限元分析。H型和∏型粘接體結(jié)構(gòu)如圖2。取粘接體長度50mm，厚度12mm，粘接面尺寸為12mm×50mm。粘接界面質(zhì)點(diǎn)不能移動。劃分網(wǎng)格后粘接體有限元模型如下圖。
粘接體應(yīng)力分布
采用同牌號結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品，粘接體拉伸10%，計(jì)算粘接體應(yīng)力分布情況如下：
H型粘接體——應(yīng)力集中區(qū)對稱分布在側(cè)面，最大應(yīng)力0.21MPa狀態(tài)如圖5；
∏型粘接體——粘接體應(yīng)力呈不完全對稱分布，在一側(cè)面集中，狀態(tài)如圖6。最大應(yīng)力0.44MPa為H型粘接體的2倍。
1.荷載及荷載傳遞
作用于中空玻璃的荷載除
風(fēng)荷載外，應(yīng)考慮自重產(chǎn)生的
永久荷載、熱位移產(chǎn)生的剪切力、玻璃非線性
撓曲產(chǎn)生的拉力、固化收縮引起粘接體剪力、
建筑構(gòu)件變位引起作用力等，還應(yīng)考慮使用中粘接體物理性能變化引起因素等 。主要受力及力傳遞情況可有以下分析。
橫向荷載——作用于中空玻璃外片的負(fù)風(fēng)壓荷載產(chǎn)生向外的橫向拉力，通過∏型粘接體傳遞到內(nèi)片玻璃，再由內(nèi)片玻璃傳遞給H粘接體，最終傳遞到金屬框架系統(tǒng)。
在負(fù)風(fēng)壓下外片玻璃外向撓曲，部分作用力通過中空玻璃內(nèi)氣壓傳遞給內(nèi)片玻璃，傳遞荷載的份額與玻璃厚度相關(guān)（圖7）。
自重產(chǎn)生切向永久荷載——在無自重支撐條件下，玻璃自重產(chǎn)生向下的永久剪切荷載。外片玻璃的自重荷載通過∏型粘接體傳遞給內(nèi)片玻璃，再由內(nèi)片玻璃將中空玻璃單元件的總自重傳遞給H粘接體，最終傳遞到金屬框架系統(tǒng)。
熱位移產(chǎn)生切向荷載——中空玻璃是
隔熱材料，環(huán)境溫度變化引起內(nèi)外溫差，玻璃間的熱位移產(chǎn)生作用于∏型粘接體的切向荷載。切向荷載大小取決于板片尺寸和溫度變化，室內(nèi)外溫差每天可有一個(gè)峰值，每年可能有幾個(gè)極大值。處于室內(nèi)的H型粘接體受溫差位移也產(chǎn)生切向荷載，但室內(nèi)環(huán)境溫度變化不大，位移量較小。
氣體膨脹產(chǎn)生橫向荷載——中空玻璃可視作密閉容器，環(huán)境溫度升高，內(nèi)部氣體膨脹對玻璃產(chǎn)生向外的橫向荷載并作用于∏型粘接體（圖8）。橫向荷載每天隨溫度變化出現(xiàn)峰值，每年有幾個(gè)極大值。
2.中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)
極限狀態(tài)設(shè)計(jì)原則是
結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接的應(yīng)力不應(yīng)超過材料強(qiáng)度（包括疲勞），不應(yīng)產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的過度變形 。JGJ102規(guī)范5.6要求結(jié)構(gòu)膠粘接設(shè)計(jì)的粘接寬度應(yīng)保證荷載下結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)力不大于結(jié)構(gòu)膠
強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f1（0.2MPa） ，規(guī)定拉伸應(yīng)力0.14MPa時(shí)的伸長應(yīng)變（%）為結(jié)構(gòu)膠的變位承受能力（δ），要求結(jié)構(gòu)粘接體厚度尺寸應(yīng)保證結(jié)構(gòu)位移時(shí)不產(chǎn)生大于δ值的應(yīng)變（%），即應(yīng)變對應(yīng)的應(yīng)力不大于0.14MPa（f1）。按照這一原則，規(guī)范分析兩面粘接（H型）受力情況，給出粘接寬度、厚度及結(jié)構(gòu)膠δ值選擇的多個(gè)計(jì)算公式。∏型粘接體具有不同于H型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力情況，應(yīng)考慮這些驗(yàn)算公式的適用性。
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