自緊式玻璃隔斷邊框的設計與應用

周星中 周 莉

1. 廣城建設集團有限公司 浙江 溫州 325000；2. 華地恒工程咨詢有限公司 浙江 溫州 325000

在隔斷材料的選擇上，玻璃隔斷因其防火功能優越、安拆方便、隔聲性好、裝飾性強、綠色環保以及容易清潔等一系列特性，在住宅建筑、辦公樓以及酒店等裝修中得到了廣泛的應用[1-3]。

目前，在玻璃隔斷行業中，較多的學者分析研究了玻璃隔斷的材料選用、施工方法以及應用優勢等。

傅鑫[4]闡述了鋁合金玻璃隔斷產品的特點，并以實際工程為實例背景，介紹了在工程實施過程中施工圖紙的深化設計、材料工廠化加工、現場組織安裝等技術。

周禮[5]對比分析了玻璃隔斷與傳統隔斷的優劣，指出專業型的玻璃隔斷不僅能實現傳統的空間分隔功能，而且在采光、隔聲、防火、環保、易安裝、可重復利用、可批量生產等方面也明顯優于傳統隔墻。

葛勇[6]介紹了玻璃隔斷墻的材料構成、與傳統隔墻的區別和特點，認為玻璃隔斷墻施工前必須了解主體結構形式、建筑平面布置、柱網尺寸、玻璃隔斷墻長度等，并進一步介紹了立柱受力計算方法、不同層高和柱跨的立柱布置方法以及立柱與樓地面和頂板的固定節點。

玻璃隔斷一般需要用到玻璃隔斷邊框，普通的玻璃隔斷邊框在使用過程中對玻璃的固定操作過于復雜，從而使得工作效率大大降低。而當前行業內關于玻璃隔斷邊框的相關研究很少，自然也缺乏針對上述問題的施工方法，更沒有相關優化思路與對策可供參考。

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為了克服現有技術操作復雜、工作效率低下等缺陷，本文創新采用了一種自緊式玻璃隔斷邊框技術，并闡述了其研制思路、工藝原理以及應用效果等內容，希望達到降低工程施工復雜度、減少工程施工成本以及提高工作效率的目的[7-12]。

1 工程概況

溫州世貿中心大廈（圖1）工程位于溫州鹿城區CBD核心區，總建筑面積437 000 m2，是集商業、辦公、觀光、餐飲等多種功能于一體的綜合性商貿辦公大廈。項目地上68層、地下4層，地上高333 m，最高層凈高18 m。我公司在項目中承建了會議層、最高觀光層等核心區域，以及空中、地下大堂等重點區域。

圖1 溫州世貿中心大廈

針對溫州世貿中心大廈這類超高型建筑，建筑頂端風速在30 m/s以上，大樓產生的晃動是十分強烈的，所以保證玻璃隔斷的安全性——不變形，就顯得尤為重要。

2 工程施工難、特點

1）本工程是溫州市的城市新地標，社會影響力大，在開工之初即受到社會各界的高度關注，因此對施工質量的要求高、標準嚴。

2）溫州世貿中心大廈擁有浙江溫州超高層建筑中最大的室內觀光平臺，可360°俯瞰溫州城。設計方綜合考慮觀光效果和安全問題，在內側（紅線位置）設置厚12 mm，幅面為5.0 m×1.2 m的玻璃隔斷（雙層玻璃，中間為百葉），該幅面已經達到該厚度玻璃的最大許用面積。2019年3月，在樣板段的玻璃隔斷施工安裝完工之后2個月，小組成員發現玻璃隔斷邊框出現變形，玻璃細微晃動并發出聲響，存在較大的質量問題與安全隱患。

3）通過對國內的同級別超高層建筑進行現場調研，共調研了263個點，其中不合格的點56個，占總數的21.3%。在統計的不合格的56個點中，受玻璃邊框變形影響是產生問題的主要原因，而目前超高層建筑的施工技術中，并沒有很好地解決邊框變形的相關方案，也沒有類似的經驗可供參考。

3 玻璃隔斷邊框的創新思路與設計原理

3.1 創新思路

經分析，認為超高大幅面玻璃隔斷在超高層建筑中性能不穩定的根本原因在于：超高層建筑存在能使建筑發生位移的風荷載；建筑在發生位移時，超高大幅面玻璃和邊框發生相互擠壓，導致結構不穩定變形。為此，項目部通過開展頭腦風暴，決定從玻璃邊框的結構入手進行創新，以研制一種在超高層建筑中使用、性能穩定且長期使用不會出現變形的玻璃邊框。

3.2 設計原理

目前，市場上超高層建筑的玻璃邊框普遍采用硬質的塑膠條，但是在建筑高達幾百米的高空，溫度比正常溫度要高或者低很多，塑膠條很容易發生脆性破壞。因此決定采用耐高低溫的硅橡膠來代替傳統塑膠條。

在摩擦力產生的條件三要素中，其中之一是接觸面間有相對運動趨勢。傳統玻璃邊框采用矩形的緩沖墊，經過一段時間后，塑膠條產生塑性變形，與邊框的運動趨勢明顯減弱，玻璃上傳來的力無法快速穩定地傳到邊框上化解，所以玻璃容易發生晃動從而碰撞玻璃邊框，造成安全隱患。

改進后的緩沖墊采用不倒翁形硅橡膠緩沖墊，在玻璃受到力的作用時，具有彈性的硅橡膠緩沖墊受到擠壓產生變形后與邊框的接觸面積增加，并根據力傳遞的方向自動適應邊框內槽，緩解甚至消除應力，從而保護邊框不發生變形。

4 方案設計要點

4.1 外側可見部件

根據本工程實際情況，外側可見部件的尺寸寬度限定在30 mm，并與承重部件連接以加強邊框的承重力。針對外側可見部件與承重部件的連接方式，項目部提出了造型卡扣連接與螺釘連接2種方式。經分析認為，造型卡扣連接方式能滿足邊框要求，可與承重部件卡扣形成一個受力整體，且安裝方式簡單快捷，而旋轉螺釘操作不方便，不利于安裝，不能滿足條件。因此，最終選擇了造型卡扣連接，如圖2所示。

圖2 外側可見部件和承重部件連接

4.2 承重部件

根據設計方案，承重部件的尺寸寬度限定在30 mm，其能承受玻璃帶來的重力，并與內部加固件穩定連接形成核心結構。對于承重部件的承載能力，設計要求垂直方向能長久承受玻璃隔斷的質量≥180 kg，同時考慮造價，成本應≤25 元/m。

為確定承重部件與內部加固部件的連接形式，項目部同樣對比了造型卡扣連接與螺釘連接這2種方式。經分析認為，該2種連接方式均能滿足承重要求，但螺釘的連接方式更為穩定，對結構整體更為有利，因此選擇螺釘連接，如圖3所示。

圖3 承重部件和內部加固部件連接

4.3 內部加固部件

本方案設計的內部加固部件的尺寸限定在45 mm×27 mm范圍內，用以增強玻璃邊框的整體承受力和穩定性，并承受來自兩側玻璃帶來的擠壓。針對內部加固部件的材料選擇，本著經濟適用的原則，項目部對比了鋁合金與鋼材這2種材料。

經分析認為，鋁合金的硬度高、質量輕，更適合用作內部核心加固部件，可以減輕建筑荷載；而鋼材的造價太高且質量大，會增加建筑的荷載，因此采用鋁合金作為內部加固部件的材料更加合理。

4.4 內部可見部件

內部可見部件需承受兩側玻璃帶來的擠壓，并且應存在一定的空隙，以利于橡膠受力之后的形變釋放，并與整體結構穩定連接。本工程設計要求內部可見部件的寬度≤80 mm，成本≤28 元/m。

基于上述原因，為確定內部可見部件與結構整體的連接方式，項目部對造型卡扣連接、螺釘連接以及受玻璃擠壓自緊連接這3種方式進行了對比。

根據產品構造設想和建模演示，兩側玻璃對內側的摩擦力會一直穩定存在，利用玻璃擠壓的方式形成力，使內部可見部件與整體連接可行且較為經濟，因此采用受玻璃擠壓自緊連接方式，如圖4所示。

圖4 內部可見部件和內部加固部件連接

4.5 自緊橡膠件

本工程設計的自緊橡膠件借鑒了“滑動趨勢”的力學概念以改變玻璃與邊框的受力形式，保證兩側玻璃向內擠壓，并能夠忍耐高空氣溫變化。設計要求自緊橡膠件的尺寸限定在12 mm×8 mm之內。

在造型選擇方面，項目部對比了橢圓形、直角三角形以及不倒翁形這3種方案，分析后認為橢圓形兩邊都有滑動趨勢，不符合設計要求，而直角三角形和不倒翁形均滿足兩側玻璃向內擠壓的特征，但是直角三角形的橡膠件受擠壓之后，內部可見部件的造型空隙不能滿足其形變釋放量要求，因此最終選擇了可以滿足其形變釋放量要求的不倒翁造型。

在材質方面，傳統的塑膠條在高空中氣溫變化時容易產生脆性破壞，而硅橡膠性能穩定、柔韌性好，可以適應高低溫變化，所以采用了硅橡膠。

本工程自緊橡膠件的造型如圖5所示。

圖5 自緊橡膠件造型和滑動趨勢示意

4.6 整體設計方案的確定

通過對玻璃隔斷邊框各個部分構件的分析與優選確定，將各部分方案造型進行整合后，最終形成的自緊式玻璃隔斷邊框的總體造型如圖6所示。

圖6 自緊式玻璃隔斷邊框總體方案

5 方案應用效果

5.1 社會效益

通過該自緊式玻璃邊框的研發與應用，既保證了項目重點部位的施工質量，又培養了一批具有創新意識的工程人員，同時，還提升了公司在建筑裝飾行業的影響力，社會效益顯著。

5.2 經濟效益

根據調研數據，未使用自緊式玻璃隔斷邊框的項目，針對邊框變形部分的維修費用大致和成本相同，而后期維修費用將越來越高。

自緊式玻璃邊框單價為130 元/m，樣板房所用玻璃邊框單價為89 元/m。以10 a的使用時間總長度710 m計算，自緊式邊框相比樣板房玻璃邊框總計可節省費用約24 850元。

5.3 質量效益

在自緊式玻璃隔斷邊框應用前，項目超高層建筑超高大幅面玻璃隔斷的質量合格率約為78.7%，在自緊式玻璃隔斷邊框安裝使用4個月之后，對項目現場的玻璃邊框進行了效果檢查，統計形成的質量合格率為92.6%，施工質量改善明顯，避免了一系列的安全隱患。

6 結語

本文以溫州世貿中心大廈為案例，針對施工中存在的玻璃隔斷邊框變形難題，針對性地研發了自緊式玻璃隔斷邊框，從而有效地保證了施工質量。在實際應用中，自緊式玻璃隔斷邊框內部構件的連接方式，可以在較大程度上降低安裝難度，提高工作效率，并有效規避高空玻璃隔斷邊框的變形問題，保證施工安全，降低風險隱患[7-12]，為行業內的類似項目施工提供了成功經驗，具有良好的推廣和應用價值。