肋駁接點式玻璃幕墻的理論分析

蔣雪嘯 王衛軍

摘 要：筆者主要就肋駁接點式玻璃幕墻的受力特點、傳力方式，給出肋駁接點式玻璃幕墻的一般計算公式，并通過工程實例證明此計算公式的可行性，提出肋駁接點式玻璃幕墻設計的重點和關鍵理論，同時筆者給出大跨度玻璃肋設計時連接玻璃肋夾板的設計方法，膠粘接玻璃肋和不銹鋼板連接節點的設計方法，校核膠的粘接強度，并對可行性進行論證。

關鍵詞： 肋駁接； 點式； 玻璃幕墻； 理論分析

一.國內現狀及研究意義

自20世紀90年代中期至今，隨著我國經濟的高速發展，建筑業和幕墻業的發展也是突飛猛進，80年代中期從有框玻璃幕墻到隱框玻璃幕墻，單元式玻璃幕墻，還有鋁板、石材幕墻等等。98年全國有了第一個點駁接式幕墻，2000年開始在國內的北京、深圳，南京幾個大城市點駁接式玻璃幕墻才有所增長。點駁接式玻璃幕墻，可以簡稱為點駁式玻璃幕墻，也可以簡稱點式玻璃幕墻。點式玻璃幕墻是由駁接頭和玻璃通過通透式駁接和背切式駁接而組成的，玻璃是重要連接件和受力件。

點駁接式玻璃幕墻，至今十幾年的發展，已經演變成多種形式的點式玻璃幕墻體系，就其支撐體系大體可分為鋼管點式、拉索點式、拉桿點式、肋駁接點式等；而肋駁接點式就其支撐吊掛方式大體可分為采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和吊夾吊掛面玻璃、采用吊夾同時吊掛肋玻璃和面玻璃、采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃、采用吊夾只吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃。筆者所要研究的肋駁接點式玻璃幕墻，就是面板玻璃采用點支撐受力方式，其面板的支撐結構為玻璃肋，采用的吊掛方式是采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃。肋駁接點式玻璃幕墻較鋼管式、拉索式和拉桿式更具有明亮開闊，通透晶瑩的效果。此種玻璃幕墻適用于很多公共建筑，如：歌劇院、展覽大廳、機場候機室、建筑的大堂和大門入口等。

二.理論分析

1 體系傳力過程

由于筆者所研究的肋駁接點式玻璃幕墻，采用的吊掛方式是采用鋼夾板螺栓吊掛肋玻璃和駁接爪分層吊掛面玻璃，所以垂直面板方向的風載和水平地震荷載均是通過面玻璃傳給肋玻璃，再傳給支座；平行面板方向的玻璃自重通過駁接爪傳給玻璃肋，再由玻璃肋傳給支座，而玻璃肋的自重直接由玻璃肋傳給支座，體系的基本傳力過程。

水平荷載作用（風荷載+地震荷載） 玻璃面板 玻璃肋 支座

玻璃面板自重 玻璃肋 支座

豎向荷載作用

玻璃肋自重 支座

圖1 體系傳力過程

2 玻璃肋及其連接設計

2.1 玻璃肋的設計：

每個分格處作用在玻璃肋上的的豎向力

N1=γQ1（Gkb+Gkl） （2.1.1）

γQ1-風荷載分項系數；

Gkb –每個分格處面板自重荷載標準值；

Gkb=l×B×t×γ玻×1.1 （2.1.2）

Gkl -每個分格處玻璃肋自重荷載標準值；

Gkl=l×B×t×γ玻×1.1 （2.1.3）

γ玻-玻璃的容重（KN/m2）；

l -分格高（m）；

B-分格寬（m）；

t-玻璃厚度（m）；

1.1-自重放大系數；

每個分格處作用在玻璃肋上的水平力：

P1=γQ1Wk+γQ2ΨC1Ek

γQ1-風荷載分項系數；

γQ2-地震荷載分項系數；

ΨC1-地震荷載組合系數；

Wk-每個分格處風荷載標準值；

Wk=l×B×wk （2.1.4）

wk-風荷載標準值（KN/m2）；

wk=βgZ×μs1×μz×Wo （2.1.5）

βgZ –高度Z處的陣風系數；

μs -風荷載體型系數；

μz –風壓高度變化系數；

Wo –基本風壓（KN/m2）。

Ek –每個分格處地震荷載標準值；

Ek=βeαmax（Gkb+Gkl） （2.1.6）

βe-動力放大系數

αmax-水平地震影響系數最大值

玻璃肋兩端鉸接在土建結構上，下部放開豎向約束，則玻璃肋的受力模型采用簡支梁計算模型。根據《建筑靜力學計算手冊》中，單跨簡支梁計算公式得，當n為奇數時，

玻璃肋跨中撓度應滿足：

（2.1.7）

f-玻璃肋跨中的撓度；

n-玻璃肋的受力個數；

E-玻璃的彈性模量；

I-玻璃肋的慣性矩；

P1-作用在玻璃肋每分格處的水平力；

L-玻璃肋的跨度；

玻璃肋強度應滿足：

（2.1.8）

σ-玻璃肋的強度；

N-作用在玻璃肋上的豎向力；

N=10P

M-作用在玻璃肋上的彎矩；

（2.1.9）

2.2 節點設計：

2.2.1 膠連接的節點設計：

由于玻璃肋采用上部懸掛式連接方法，所以上部支座處的反力最大，則只校核上部節點即可，至于玻璃肋斷開處節點需要該處設計成與玻璃肋等強。連接螺栓起到增大連接板和玻璃肋間摩擦力和限位的作用，因現無具體資料和試驗能夠清楚說明摩擦力大小，因此本次計算保守考慮，只計算AB膠的粘接力，則

（2.2.1）

F-作用在玻璃肋上支點的合力；

σj-AB膠的粘接應力設計值；

A0j-AB膠的有效粘接面積。

2.2.2 摩擦力連接的節點設計：

根據《鋼結構設計規范》GB50017-2003中，高強螺栓的設計預拉力計算公式：

（2.2.2）

A0b-高強螺栓的有效截面面積；

fu-高強螺栓材料經熱處理后的最低抗拉強度，對于8.8S螺栓，fu=830N/mm2；10.9S螺栓，fu=1040N/mm2；

由 （2.2.3）

（2.2.4）

且 （2.2.5）

μ-高強螺栓的摩擦面抗滑移系數；

nf-傳力摩擦面數目：單剪時，nf=1；雙剪時，nf=2；

n-連接高強螺栓的數目；

σb-玻璃的強度設計值；

A0-鋼板和玻璃的有效擠壓面積。

2.3 穩定性設計：

對于跨度較大的玻璃肋，考慮在遠離駁接點位置（即玻璃肋斷開處）加平衡不銹鋼管以保持玻璃肋穩定，根據《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003中的規定來考慮穩定性設計，且宜采用吊掛式。

三.結論

1.筆者研究的膠粘連接玻璃肋的連接方法適用于大跨度肋駁接點式玻璃幕墻；

2.筆者建議粘接膠應考慮膠的下垂度，失效期，最大伸長率等因素；

3.筆者給出只考慮摩擦力連接的節點設計中抗滑移系數的計算公式（2.2.4）；

4.連接不應設計在靠近彎矩中心的位置；

5.連接節點處不宜用螺栓承重，應減少螺栓數量采用膠粘連接玻璃肋的做法。

參考文獻：

[1]《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003；

[2]《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113-2009；

[3]《建筑結構靜力計算手冊（第二版）》；

[4]《堅朗點支式幕墻配件典型產品目錄》2010年版；

[5]《鋼結構設計規范》GB50017-2003。