基于結構膠粘接不同厚度的建筑幕墻結構抗變形能力

徐志彪

摘 要：隨著建筑幕墻結構的不斷發展，隱框式建筑幕墻逐漸成為主要發展趨勢，其中需要使用結構膠將玻璃粘接到框架上，所以為了提高建筑幕墻的安全性，有必要對結構膠粘接性能對建筑幕墻安全性的影響進行分析。結構膠粘接不同厚度對粘接性能的影響比較突出，于是文章主要分析結構膠粘接不同厚度對建筑幕墻結構抗變形能力的影響。文章對環氧樹脂結構膠和丙烯酸酯結構膠進行實驗分析，研究結構膠粘接厚度對結構膠變形能力和建筑幕墻變形能力的影響。實驗結果表明，當粘接厚度不斷增加時，兩種結構膠的剪切強度和拉伸強度先增加后降低;當丙烯酸酯結構膠的粘接厚度為0.6時，環氧樹脂結構膠的粘接厚度為0.4時，結構膠的拉伸剪切強度為最大值，此時建筑幕墻變形程度受到結構膠粘接變形影響最小;丙烯酸酯結構膠整體變形和建筑幕墻之間的存在正相關性，且結構膠變形是建筑幕墻結構變形位移量的19%～20%。

關鍵詞：結構膠;厚度;建筑幕墻結構;變形

中圖分類號：TQ436+.2? 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1001-5922（2021）10-0103-04

Deformation Resistance of Building Curtain Wall Structures Based on Structural Adhesive Bonding of Different Thicknesses

Xu Zhibiao

（Yangling Vocational and Technical College， Yang Ling 712100， China ）

Abstract：With the continuous development of the building curtain wall structure， the hidden frame building curtain wall has gradually become the main development trend， which requires the use of structural glue to bond the glass to the frame， so in order to improve the safety of building curtain walls， it is necessary to analyze the influence of structural adhesive bonding performance on the safety of building curtain walls. Different thickness of structural adhesive bonding has a prominent influence on bonding performance， so the paper mainly analyzes the influence of different thickness of structural adhesive bonding on the deformation resistance of building curtain wall structure. This paper conducts an experimental analysis on epoxy resin structural adhesive and acrylic structural adhesive， and studies the influence of the bonding thickness of structural adhesive on the deformability of structural adhesive and the deformability of building curtain wall. The experimental results show that when the bonding thickness increases， the shear strength and tensile strength of the two structural adhesives first increase and then decrease; when the bonding thickness of the acrylic structural adhesive is 0.6， when the bonding thickness of the epoxy structural adhesive is 0.4， the tensile shear strength of the structural adhesive is the maximum value， at this time， the deformation of the building curtain wall is least affected by the deformation of the structural adhesive; there is a positive correlation between the overall deformation of the acrylic structural adhesive and the building curtain wall， and the deformation of the structural adhesive is 19% to 20% of the deformation displacement of the building curtain wall structure.

Key words：structural glue; thickness; building curtain wall structure; deformation

隨著科學技術的不斷發展，建筑幕墻從明框玻璃幕墻發展到隱框玻璃幕墻，隱框玻璃幕墻通過使用結構膠將玻璃固定在幅框上，然后再將幅框固定到主框上[1-2]。這種幕墻結構相比于明框玻璃幕墻在材料的浪費上比較少，并且更加美觀[3]。由于隱框玻璃幕墻是使用結構膠將玻璃進行粘接固定，一開始這種幕墻結構并不被我國人民認可，擔心粘接效果不牢固就容易發生重大安全事故。隨著我國對隱框玻璃幕墻的不斷深入研究，其中主要包含對結構膠力學性能的分析，然后使用合適的粘接工藝，將玻璃能夠穩定牢固的固定在副框上[4-6]。再加上隱框玻璃幕墻的外表具有干凈、整潔、美觀的特點，使其在建筑建設中使用范圍更加廣泛。比較典型的隱框玻璃幕墻工程就是北京環球貿易中心，其中全部使用的隱框玻璃幕墻作為外圍護結構。在隱框玻璃幕墻設計中，結構膠厚度直接影響著建筑幕墻結構抗變形能力，在一定程度上能夠說明結構膠厚度對建筑幕墻的安全性能有著非常重要影響，所以有必要對結構膠厚度進行分析設計，從而提高建筑幕墻的安全性能，提高建筑幕墻的抗變形能力[7-8]。

1 實驗部分

1.1 實驗材料和儀器

本實驗中選擇兩種不同類型的結構膠作為研究對象，分別為環氧樹脂結構膠和丙烯酸酯結構膠，實驗過程還需要的主要材料有：工業酒精、鋼質立柱（30mm×120mm）、粗砂紙、玻璃面板等。

實驗過程中需要的主要儀器為電子萬能試驗機。

1.2 試樣制備

首先對四根鋼質立柱進行清潔，用工業酒精清潔完成之后，再用砂紙打磨，將立柱表面的污漬和銹垢清除干凈，目的在于使得鋼片表面清潔光澤，從而有利于結構膠的粘接固定。然后在被粘接試件上涂抹結構膠，結構膠的粘接面積設置為15mm×25mm，粘接厚度分別設置為0.2mm、0.4mm、0.6mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm。于是每一種結構膠需要設置6個試件。最后玻璃面板粘接到立柱上，并且將接觸壓設置為固化壓力。

1.3 實驗方案

研究結構膠粘接厚度對建筑幕墻抗變形能力的影響，首先實驗中將測試結構膠粘接厚度對結構膠變形能力的影響，其測試方式是使用電子萬能試驗機，將不同厚度的結構膠的試件放于儀器上之后，使用恒定加載速度對其進行測量，并且將加速度設置為2.5mm/min，當試件遭到破壞變形之后，立即停止加載，記錄此時試件的復合上限，然后使用此時的恒定荷載施加于試件，直至其完全破壞為止，于是記錄結構膠粘接破壞類型。

最后實驗需要測試結構膠變形對建筑幕墻變形能力的影響，其測試方式同樣需要使用到電子萬能測試機，研究幕墻的變形能力，實驗中對幕墻面板的4個角落設置測點，其中A-1、A-2、B-1、B-2表示的拉伸變形，A-3、A-4、B-3、B-4表示的是剪切變形，其中A表示水平結構膠角點區域，B表示垂直結構膠角點區域。使用儀器對不同測點進行測試時，其中加載方式設置為單向加載，加載控制設置為位移加載控制。加載完成之后，需要獲得實驗過程中的水平推力和建筑幕墻測向變形位移，最后還需要得到獲得結構膠剪切和拉伸的變形。

2 實驗結果

通過上述的實驗過程可知，實驗中測試了結構膠粘接厚度對結構膠變形能力和建筑幕墻變形能力的影響，所以最后獲得結果主要表現在這兩個方面。下面將對這兩種結果分別進行分析。

2.1 對結構膠變形能力的影響

玻璃面板通過使用結構膠進行粘接固定，結構膠的粘接厚度不同，必然會影響到結構膠的變形能力。結構膠粘接厚度就是玻璃面板和立柱之間的膠粘劑的厚度，當結構膠受到外力的作用之后，粘接強度受到影響，就會使得玻璃幕墻出現相應的變形[9-10]。一般情況下，受到外力的影響之后，主要會出現4種不同形式的變形，分別為結構膠變形、粘接界面變形、被粘接構件變形和綜合變形。其中粘接界面變形可以通過相應的方式的防止出現，即結構膠到達一定的粘接厚度之后，受到外力的影響下，結構膠的厚度層中會出現一種內聚變形，然后構件使用的結構膠具有非常好的粘接質量，就算受到外力的影響，也不會出現粘接界面變形現象。從而可知通過分析結構膠厚度能夠提高建筑幕墻的抗變形能力。

首先對實驗現象進行分析，在實驗過程中，不管是何種厚度的結構膠，試件受到破壞之后，試件上都會存在一定量的結構膠，并且結構膠的外表較為光滑，但是在沒有結構膠的區域中，沒有出現變形后的毛刺，于是能夠從實驗現象中分析出結構膠不同粘接厚度情況下的結構膠變形表現為粘接界面變形。

再對實驗結果進行分析，結構膠粘接不同厚度對結構膠的剪切和拉伸變形影響如圖1和圖2所示，其中包含使用兩種不同結構膠的變形結果。

從圖1中可以看出，不管是何種結構膠類型，當結構膠粘接厚度不斷增加時，結構膠的剪切強度變化趨勢是先增加后降低;然后對比兩種結構膠，可以發現當結構膠粘接厚度相同時，丙烯酸酯結構膠的剪切強度明顯強于環氧樹脂結構膠;另外當結構膠粘接厚度為0.6mm時，丙烯酸酯結構膠的剪切強度達到最大值，當結構膠粘接厚度為0.4mm時，環氧樹脂結構膠的剪切強度達到最大值，在此粘接厚度條件下，建筑幕墻變形程度受到結構膠粘接變形影響最小;從折線的變化趨勢可以看出，當結構膠粘接厚度越來越大，且剪切強度開始降低之后，厚度越大，剪切強度的降低情況越發顯著。

從圖2中可以看出，當結構膠粘接厚度不斷增加時，兩種結構膠的拉伸強度變化趨勢是先增加后降低;對兩種不同結構膠進行比較，當結構膠粘接厚度相同時，發現丙烯酸酯結構膠的拉伸強度明顯大于環氧樹脂結構膠;當結構膠粘接厚度為0.6mm時，丙烯酸酯結構膠的剪切強度達到最大值，當結構膠粘接厚度為0.4mm時，環氧樹脂結構膠的剪切強度達到最大值，在此粘接厚度條件下，建筑幕墻變形程度受到結構膠粘接變形影響最小。

所以，綜合上述分析，不同結構膠應用于建筑幕墻中的最適合厚度存在差別，本文研究的兩種結構膠中，丙烯酸酯結構膠具有更好的應用效果;另外，當丙烯酸酯結構膠的粘接厚度為0.6時，環氧樹脂結構膠的粘接厚度為0.4時，建筑幕墻變形程度受到結構膠粘接變形影響最小。

建筑幕墻中使用的結構膠會受到不同因素的影響，加之結構膠粘接界面或者其自身會存在一些缺陷，比如有裂縫和微孔等，這些缺陷就會導致結構膠出現應力集中現象，即該應力集中的位置承載力就會明顯的大于應力均值，最終就會造成結構膠整體大面積變形[11]。大多情況結構膠都會存在這樣的缺陷，并且當所用的結構膠尺寸和體積越大時，結構膠內部缺陷存在概率也會越大，所以在建筑幕墻中使用的結構膠厚度越大時，其內部微孔和裂縫就會越大，結構膠的剪切強度和拉伸強度就會出現下降趨勢。但是結構膠厚度也不是越小越好，因為結構膠厚度太小，與試件之間的接觸牢固程度就會降低，其剪切強度和拉伸強度就會比較小，就會導致粘接界面較弱和應力集中問題，所以結構膠厚度不斷增加時，結構膠的剪切強度和拉伸強度的變化趨勢是先增加后降低。

2.2 對建筑幕墻抗變形能力的影響

通過上述實驗分析之后，可知相比于環氧樹脂結構膠，丙烯酸酯結構膠具有更好的性能，于是在研究結構膠粘接不同厚度對建筑幕墻抗變形能力的影響實驗中只分析丙烯酸酯結構膠，且將其粘接厚度設置為0.4mm時進行實驗。其實驗過程中得到不同測點變形結果如表1所示，結構膠變形和建筑幕墻變形位移間的相關性如圖3所示，從表和圖中可以看出，結構膠內部的變形包含剪切變形和拉伸變形，并且結構膠的拉伸變形和剪切變形與建筑幕墻變形之間存在線性相關性。從圖中可以看出，當建筑幕墻變形位移不斷增加時，拉伸強度和剪切變形隨之不斷增加;當結構膠處于初始加載階段時，即建筑幕墻變形位移比較小時，4個不同測點在拉伸變形上面的區別變化非常小，即變形大致上統一，但是在加載經過一段時間之后，也就是建筑幕墻結構變形位移提升之后，4個測點區域在拉伸變形上面存在比較大的不一致性，即存在不同程度的離散性。出現這種變化特點主要原因在于建筑幕墻面板下面存在托條，當建筑結構膠受到一定荷載作用之后，托條會對豎向自由轉動變形產生一定的制約。另外，從圖中觀察剪切變形的變化可知，結構膠在不同測點區域剪切變形值之間的變化范圍比較小，即使當建筑幕墻變形位移不斷增加之后，每個點的剪切變形波動較小，同時能夠看出各值的離散性不顯著。

上述實驗結果為4個不同點區域的變形，最后還分析了建筑幕墻結構膠角點區域的整體變形計算，其結果如表2所示。從表中可以看出，結構膠受到不同荷載的影響之后，產生的變形是建筑幕墻結構變形位移量的19%到20%，并且能夠看到結構膠變形和建筑幕墻變形存在正相關性。從表中還可以看出當進駐幕墻層間位移角不斷增加時，結構膠總變形也處于不斷增加的趨勢;另外，當建筑幕墻層間位移角越來越大之后，也就是大于或等于1/240之后，結構膠變形和建筑幕墻變形之間的相關性沒有發生變化，一直處于20%。

3 結語

隨著建筑幕墻的不斷使用，對其使用性能要求不斷提高，其中使用的結構膠粘接厚度不同，對建筑幕墻結構變形影響程度不同。通過上文分析結構膠不同厚度對結構膠自身變形影響和結構膠變形和建筑幕墻結構變形之間的相關性可以，不同結構膠的粘接厚度對自身變形影響程度存在差別，所以在選擇建筑幕墻的結構膠之后需要根據其要求指標選擇合適的結構膠。文章研究的兩種結構膠，當其粘接厚度不斷增加之后，兩種結構膠受到荷載的影響之后，其剪切強度和拉伸強度的變化趨勢是先增加后降低，所以并不是結構膠粘接厚度越厚，其粘接強度就會越強，需要根據不同結構膠的特點，選擇最為合適的粘接厚度，從而使得其力學性能達到最優值;對于文章分析的兩種結構膠中，丙烯酸酯結構膠具有更好的應用效果;另外，當丙烯酸酯結構膠的粘接厚度為0.6時，環氧樹脂結構膠的粘接厚度為0.4時，結構膠的拉伸強度和剪切強度達到最大值，建筑幕墻變形程度受到結構膠粘接變形影響最小;最后結構膠整體變形和建筑幕墻之間的存在正相關性，且結構膠變形是建筑幕墻結構變形位移量的19%～20%。

參考文獻

[1]孫啟，徐立春.隱框玻璃幕墻結構形式研究[J].山西建筑，2011，37（014）：36-38.

[2]趙艷敏，馬洪旭.構件式隱框玻璃幕墻設計與性能試驗研究[J].山西建筑，2017，43（2）：45-47.

[3]翟繼峰.淺議全隱框玻璃幕墻的質量控制[J].安徽建筑，2009，16（3）：56-58+81.

[4]吳懿.既有玻璃幕墻硅酮結構膠現場檢測技術[J].建筑技術，2012，43（10）：919-921.

[5]劉軍進，李建輝，黃小坤，等.隱框玻璃幕墻硅酮結構膠粘結厚度設計方法[J].建筑科學與工程學報，2015 （5）：39-46.

[6]劉軍進，劉榮成，嚴凡，等.玻璃幕墻結構膠的荷載敏感性研究[J].中國建筑防水，2019（7）：33-36.

[7]張曉通，王秀麗，李建輝，等.隱框玻璃幕墻硅酮結構膠在主體結構側移下的變形性能研究[J].建筑科學，2015，031（03）：43-49.

[8]夏洪.膠粘劑在建筑幕墻中的應用及粘接可靠性分析[J].粘接，2020（8）：1-5.

[9]康子健，周文亮.硅酮結構膠粘結厚度不同計算校核方法的分析比較[C].//中國建筑金屬結構協會.2013年全國鋁門窗幕墻行業年會論文集，2013：139-144.

[10]張曉通，李建輝，劉軍進，等.隱框玻璃幕墻結構膠粘結厚度設計的研究現狀與展望[C].//中國建設科技集團%東南大學%《建筑結構》雜志社.第四屆建筑結構抗震技術國際會議論文集，2014：750-754.

[11]王繼林，王慧，丁亞軍.外貼碳纖維粘貼界面應力集中研究[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2004，27（7）：829-832.