人行天橋玻璃雨棚設計及施工中的問題分析

喻 寄

（深圳市綜合交通設計研究院有限公司，廣東 深圳 518003）

1 人行天橋雨棚材質及優缺點

就人行天橋雨棚結構而言，主結構為了滿足通透輕盈等需求，一般采用鋼結構；而頂棚材質則選擇較多，目前所采用的主要材料有鋼化夾膠玻璃、耐力板、陽光板、鋁板及其他新型材料（如鈦鋅板等）。其中鋼化夾膠玻璃應用最為廣泛，具有如下優點：（1）造價較低，且市場成熟，便于采購；（2）景觀較通透，且能適應一定范圍內的異形結構；（3）綠色無污染，很大程度上增加了裝配化程度，縮短了施工時間；（4）鋼化玻璃破碎后造成的傷害相比普通玻璃要小很多，危險性小。但鋼化夾膠玻璃也具有不可避免的缺點，由于其具有玻璃屬性，在設計或施工不當時仍然容易造成一定程度的破損，從而帶來一定的安全風險[1]。

2 工程概況

2.1 人行天橋設計概況

案例人行天橋位于深圳市繁華地帶的多路交叉路口，橋下交通流量較大，為滿足多路口過街需求，該人行天橋采用環形布置（見圖1）。

圖1 人行天橋效果圖

人行天橋主要技術標準如下。（1）設計安全等級：一級；（2）抗震設防：抗震設防基本烈度為7度，地震動峰值加速度為0.1g；（3）橋面寬：主橋寬度為4.5m（不含花槽）、凈寬4m，梯道寬度為3.5m（不設花槽）、凈寬3m；（4）設計基準期為100年，設計使用年限100年；（5）天橋上部結構豎向自振頻率≥4Hz。

人行天橋總體設計：采用多跨連續鋼箱梁設計，跨徑組合為（19.5+22.5+20.5）m+（31+31.31）m+（20+24）m+（28.5+28+22）m，橋梁總長247.31m，主梁均采用等高連續鋼箱梁結構，梁高1.2m、梁寬4.5m。其中平面大圓弧段半徑為27.5m、小圓弧段半徑為21m，為提高橋梁整體抗傾覆穩定性，在圓弧段各設置一個固結橋墩。

2.2 人行天橋雨棚設計

為提高城市景觀效果，天橋頂部均設置了景觀雨棚。主橋雨棚采用獨柱式鋼框架結構，頂棚總寬6.2m；梯道雨棚采用雙柱式鋼框架結構，頂棚總寬5.42m。主要桿件中立柱采用φ300mm×16mm圓鋼管截面，中環梁采用200mm×150mm×7mm×9mm（高度×寬度×腹板厚度×翼緣平均厚度）等高度H型鋼，挑梁采用（100～280）mm×200mm×8mm×14mm（高度×寬度×腹板厚度×翼緣平均厚度）變高度H型鋼，邊環梁及次支撐梁采用150mm×100mm×6mm（高度×寬度×厚度）等截面方鋼，雨棚鋼骨架采用連續結構。

頂棚材質采用8mm+1.52mm+8mm塘烤瓷彩釉雙層夾膠玻璃，玻璃橫向分為兩塊，橫橋向寬度均為3.1m，縱橋向直線標準分段長度1.625m，曲線段長度根據伸縮縫級梯道等位置的情況分塊，最小分塊長度1.33m、最大分塊長度2.15m，每塊玻璃均布6個螺栓玻璃爪件。雨棚橫斷面設計見圖2。

圖2 雨棚橫斷面設計圖（單位：mm）

2.3 人行天橋雨棚爆裂情況

該天橋在雨棚施工完成后，陸續發生雨棚玻璃爆裂的情況，雨棚爆裂玻璃分布見圖3。

圖3 雨棚玻璃平面布置及爆裂情況圖（陰影部分為爆裂玻璃）

自爆是鋼化玻璃特有的現象，根據《全國民用建筑工程設計技術措施:建筑產品選用技術（建筑·裝修）》（2009年版），行業內認可的自爆率不超過0.3%，即使是通過均質爐加工的均質鋼化玻璃，自爆率雖可顯著降低，但還是不能保證自爆率為零[2]。該項目中，主橋雨棚玻璃共314塊，爆裂玻璃21塊，爆裂率為6.7%，遠超標準范圍內自爆率。對玻璃爆裂的位置根據平面線型及潛在影響因素進行數據統計，統計結果見表1、表2。由表1可知，爆裂的玻璃全部位于曲線段區域，且曲線內外側相對分布較均勻。由表2可知，伸縮縫影響區域占比較?。ú坏?0%），固結墩影響區域占比較小（23.8%），行車道影響區域占比較大（66.7%）。

表1 按平面線型數據統計

表2 按潛在影響因素數據統計

3 玻璃爆裂原因

對于該項目所發生的玻璃異常爆裂情況，應從設計、施工、材質及外界因素等多方面分析原因。

3.1 設計原因

該項目中，天橋主梁考慮鋼箱梁在溫度變化作用下的收縮與膨脹等情況，設置了4道伸縮縫，且為了提高彎橋段主梁的抗傾覆性，在兩段彎橋段均設置了固結墩。從上述數據統計可以發現，爆裂玻璃全部位于彎橋段，直橋段無一爆裂，且伸縮縫及固結墩附近爆裂玻璃占比較小，因此基本可以排除伸縮縫及固結墩設計所帶來的影響。

同時，通過MIDAS結構有限元分析軟件對主梁及雨棚結構進行分析（見圖4），結果如下：雨棚橫梁懸臂端部最大豎向位移為3.6mm，小于玻璃板撓度限值，滿足規范要求[3]；雨棚橫梁懸臂根部最大應力為30.5MPa，小于材料容許應力值，滿足規范要求；雨棚結構固有頻率為第一階振型對應的頻率4.28Hz，大于4Hz，滿足規范要求。通過以上計算分析，橋梁及雨棚結構的剛度滿足要求。

圖4 主橋及雨棚MIDAS計算模型

但從結構設計一體性考慮，主橋主梁設置了伸縮縫，而雨棚結構未設置相應的伸縮構造，使雨棚結構無法適應溫度作用下主梁變形所帶來的影響，且該影響在彎橋段為空間上的變形，即既存在軸向變形，也存在水平變形及扭轉變形等復合影響，該影響會造成雨棚結構的二次內力過大，同時帶動玻璃所受內力更為復雜。

彎橋段玻璃分塊尺寸最大達5.5m2，面積較大，雖然滿足《建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》（JG/T 455—2014）中不同厚度鋼化玻璃的允許面積[4]，但玻璃的平面尺寸越大，受熱膨脹后的線變形也越大，產生的約束反力越大，相應地產生更大的熱應力，爆裂的幾率極大增加[5]。同時這對施工及安裝單位的要求更高了，一旦施工質量控制不好，更加容易造成玻璃的破損。

3.2 施工原因

考慮到橋梁排水等原因，該橋全線均設置了縱坡，因此在彎橋段雨棚玻璃空間關系較為復雜，對玻璃的制作及安裝提出了非常高的要求，主要體現在以下幾個方面：

（1）每塊玻璃的平面尺寸均不一樣，玻璃制作時均需根據圖紙放樣及現場實際位置進行現場放樣，確保玻璃尺寸能夠吻合且玻璃間保持滿足要求的間距。

（2）每塊玻璃均設置了6個支點，每塊玻璃在制作時均需根據現場實際支點位置確定開孔位置，同時開孔孔徑應控制在合理范圍內，以滿足震動、溫度變化及外力作用下的變形。

（3）現場安裝時，由于雨棚骨架整體成空間造型，尤其是彎橋段，因此必須將每塊玻璃的所有支點均調整至同一平面內，任意支點不在同一平面內均會造成玻璃的不均勻受力及附加內力。

通過現場勘查發現，玻璃的安裝并未達到設計要求，主要體現在玻璃間距不均勻、部分相鄰玻璃甚至已相互擠壓，同時玻璃開孔較小，且玻璃爪件軸心未置于孔徑中心，玻璃各爪件未調平至同一水平面等。

3.3 材質原因

該橋玻璃雨棚所用材質主要為鋼結構骨架、鋼化夾膠玻璃及玻璃附屬配件等，任意一個部位的材質使用不恰當均會對雨棚及玻璃結構造成影響。該橋雨棚鋼骨架采用Q235鋼，強度及性能等均能滿足受力及使用要求。鋼化夾膠玻璃采用8mm+1.52mm+8mm厚塘烤瓷彩釉鋼化玻璃，彩釉鋼化玻璃是一種成熟的玻璃加工產品，使用已十分廣泛而普遍，被廣泛應用于建筑裝飾行業。玻璃附屬配件包括成品玻璃爪件及玻璃膠等，其中玻璃爪件作為直接支撐玻璃的構件，其質量的好壞直接影響玻璃的受力，尤其是爪件的構件強度及與玻璃連接部位的緩沖材質等。

3.4 外界因素

通過現場勘查可知，該天橋處于交通繁忙地帶，交通流量大，且重載交通占比較多，由于固結墩的存在，橋下交通均會對天橋產生較明顯的震動，從而引起雨棚結構震動及變形等，對玻璃造成一定程度的不利影響。但城市人行天橋作為跨街橋梁，承受橋下交通的影響不可避免，因此只能從設計及施工的角度來減小該影響。

4 預防玻璃爆裂的措施

針對該人行天橋雨棚玻璃爆裂的案例及原因分析，為了減小玻璃的爆裂率，在實施玻璃雨棚項目時可以采取以下幾個方面的措施：

（1）設計上，應提高雨棚結構整體剛度，嚴格控制構件變形撓度，減少因鋼構件變形而導致的玻璃爆裂；設置合適的伸縮構造，以適應橋梁主體結構的變形；控制單塊玻璃面積和玻璃支點的數量（以每塊4個為宜），降低施工難度，減小施工誤差帶來的影響。

（2）施工上，加強玻璃的制作工藝，提高現場安裝精度，考慮震動、溫度變化等對玻璃的影響，避免玻璃邊緣應力過大，改善玻璃夾膠的封邊處理，避免夾膠片外露及夾膠片與玻璃密封膠相容性問題；在夾膠玻璃與鋼構件接觸處增設彈性膠墊，避免夾膠玻璃與鋼構件直接接觸而致使玻璃產生較大溫差，從而有效避免因鋼構件的溫差而導致的玻璃爆裂。

（3）材質上，控制原片玻璃質量，選擇優質附屬配件。只有使用質量穩定、可靠的原片玻璃進行鋼化及夾膠處理，配合優質附屬配件，才能從根源上控制玻璃爆裂。

通過以上幾個方面的措施，目前該橋雨棚玻璃的爆裂問題已基本解決。

5 結束語

人行天橋玻璃雨棚雖然是一種常用形式，但其在應用時對設計與施工均提出了較高的要求，為了減少玻璃雨棚的爆裂，文章結合項目實際案例分析了玻璃雨棚爆裂的原因，提出了相應的解決措施及同類項目在設計和施工時需注意的事項，供同類項目參考和借鑒。當然，工程人員在實施玻璃項目時，仍然需要根據工程具體實際情況，全面思考、精心設計、精細化施工，力求打造最經濟、最合理、最可靠的工程項目。