1 概述
自玻璃誕生之日起，這種無色透明的物質便與建筑結下了不解之緣。隨著“蘋果店”的火熱，通透、純凈的全玻結構系統(tǒng)使玻璃的材料特性發(fā)揮到了極致。當我們樂見于越來越大的玻璃幅面、越來越高的幕墻跨度時，全玻結構所具有的設計、施工問題也日漸凸顯。因此，只有充分認識玻璃的特性，了解全玻結構設計、施工的要點，才能在建筑師不斷挑戰(zhàn)技術極限的考驗中，從容應對。
2 玻璃特性分析
玻璃的原子排列為非結晶的整齊物質，規(guī)則性低，這是玻璃高透質脆的原因。不同于鋼材經由彈性到塑性的破壞形式，玻璃的應力、應變幾乎呈線性關系，沒有明顯的塑性發(fā)展能力，破壞強度值高度離散。玻璃板的抗拉強度與玻璃表面的裂紋深度、形狀及分布高度關聯(lián)（見圖1）。當作用有外荷載時，裂紋尖端會產生極高的應力峰值，與其他材料相比，這樣的應力峰值不會因塑性變形而減少。同時，承受長期荷載和發(fā)生不良化學反應都會引發(fā)此裂紋的擴展，造成玻璃承載力下降，圖2顯示了玻璃強度和荷載作用時間的關系。由于鋼化玻璃表面存在約占其總厚度1/6的受壓區(qū)，使其機械性能得到明顯提升，但一旦玻璃表面裂紋擴展到受拉區(qū)，玻璃固有的應變能將迅速釋放，鋼化玻璃將立即碎裂。
3 玻璃肋幕墻的構造設計
作為全玻結構，玻璃肋駁接系統(tǒng)運用最為廣泛，在廣泛運用的同時也暴露了一些技術問題。為傳力所需，往往一塊玻璃肋板需要開十多個孔，受力的復雜性及鉆孔帶來的損傷，使得玻璃肋板極易發(fā)生爆裂現(xiàn)象，引發(fā)安全風險。鑒于此，肋駁接幕墻的構造設計必須充分適應其材料特質及結構特點。
3．1駁接件的設計
從前述的玻璃特性不難看出，在實際工程應用中，應避免玻璃承受長期荷載，且當玻璃作為結構構件使用時，需采取一定的構造措施以應對玻璃突然破裂而造成的安全風險。按照常規(guī)的肋駁接系統(tǒng)，面板的自重需通過駁接件傳遞至肋板，由于面板重心與肋板連接件間存在一定間距，面板自重會對肋板產生附加彎矩，影響玻璃肋的承載力。借鑒張拉索桿體系幕墻的構造特點，肋駁接幕墻系統(tǒng)可通過在肋板前端設置不銹鋼索的方式，化解重力、附加彎矩等長期荷載對玻璃肋的不利影響。如圖3所示，不銹鋼索隱藏于面板拼縫處，與面板中心基本重合，通過設于幕墻橫縫的鎖緊螺釘將肋駁接件鎖定于不銹鋼索上，用以固定幕墻面板。隱索的設置不僅可提高玻璃肋的承載力，更可在玻璃肋爆裂時，承托玻璃面板，避免幕墻整體垮塌，增加幕墻整體的安全度。設置重力索后，玻璃肋僅需承擔面板傳遞的水平荷載及自重，傳力更為直接，但為防止因隱索與玻璃肋變位不協(xié)調而帶來的附加力，面板駁接件與玻璃肋的連接宜為單孔鉸接方式，通過鉸孔轉動，釋放附加彎矩的不利影響。
3．2拼接節(jié)點的設計
為適應大跨度建筑造型，玻璃肋需要通過拼接才能成為整體，其所受的彎矩與肋的跨度平方成正比，跨度越大，拼接處的彎矩及剪力也越大。為減少拼接處內力，拼接位置應盡量靠近支座處。由于玻璃無塑性發(fā)展能力，拼接節(jié)點無法采用鋼結構的等強連接方式，設置再多的連接螺栓也不能提高拼接接頭的連接強度。為此，業(yè)內常采用膠粘方式，即通過涂刷在玻璃與不銹鋼板間的膠水來傳遞彎矩及剪力，形成等強連接。這種方法有效避免了栓接方式孔邊應力集中所帶來的連接節(jié)點承載力低下問題，但在具體的構造上還存在一些值得深入分析的要點。
3．2. 1粘接劑的選擇
由于連接節(jié)點需要通過粘結劑傳遞內力，因此粘結劑必須具有足夠的粘結強度。環(huán)氧類結構膠抗剪及抗拉強度大，膠接接頭能長期承受振動、疲勞及沖擊荷載，且具有較高的耐熱性和耐候性。通常鋼-鋼室溫抗剪強度>25MPa，抗拉強度≥33MPa。曾利用圖4所示的液壓式萬能試驗機進行某類環(huán)氧結構膠不銹鋼—玻璃的抗剪試驗，抗剪強度可達17Mpa。同時，試驗結果顯示環(huán)氧膠層厚度的均勻度對粘結強度影響甚微，膠水流動性適中，便于施膠。此點可有效解決實際工程中因鋼化玻璃、不銹鋼板表面不平整而造成的膠層厚薄不均，影響粘接強度問題。
不銹鋼與玻璃的線脹系數(shù)不同，除考慮傳遞內力外，粘接面還應考慮兩種材質之間的相對溫差位移。圖5模擬了不銹鋼與玻璃在40°C溫差作用下粘接面的溫差應力，計算結果顯示，粘接邊緣應力已達80.8861Mpa，遠大于鋼化玻璃邊緣強度。因此，粘結劑的選擇除了滿足抗剪強度外，還必須具有一定的變位能力，以化解或降低玻璃表面溫差應力。通常，粘結劑的變位能力與粘接強度成反比，粘接強度越高，變位能力越弱，兩者需綜合考慮。
3．2. 2拼接方式設計
圖7顯示了常規(guī)的膠粘方式，粘接部位采用整塊不銹鋼板連接上下玻璃肋板。當遇大跨度玻璃肋施工時，按此方法拼裝成型的玻璃肋整體吊裝需配備大量的人力及機具。若為簡化吊裝，采用高空對接方式，則現(xiàn)場的施工環(huán)境又不利于粘接質量。此外，粘接用環(huán)氧類膠十分穩(wěn)定，一旦粘接成型，只有通過高溫或者機械切除的方式進行分離。因此，采用此種膠粘方式連接的玻璃肋，即使只是其中一段發(fā)生破損也必須全部更換，維修成本高昂。
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