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建筑幕墻玻璃肋板節(jié)點設計探討(上)

來源:中國幕墻網(wǎng)收集整理  作者:賴衛(wèi)中  日期:2005-4-19
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    摘  要:本文對導致玻璃肋支撐體系的點支式幕墻、全玻幕墻承載能力出現(xiàn)非預期降低的影響因素進行分析,并在行業(yè)中首先提出了避免出現(xiàn)該類隱患的設計計算公式和構造設計方法。
    關鍵詞:全玻璃及點支式幕墻  玻璃肋板  節(jié)點設計 &n
    摘  要:本文對導致玻璃肋支撐體系的點支式幕墻、全玻幕墻承載能力出現(xiàn)非預期降低的影響因素進行分析,并在行業(yè)中首先提出了避免出現(xiàn)該類隱患的設計計算公式和構造設計方法。

    關鍵詞:全玻璃及點支式幕墻  玻璃肋板  節(jié)點設計  探討
    1.問題的提出
    建筑幕墻自八十年代出現(xiàn)在中國的建筑外圍護結構中,就以其獨特的藝術效果和特有的使用功能被建筑師們廣泛接受,成為現(xiàn)代建筑內涵的一個部份,而幕墻的型式種類的發(fā)展變化節(jié)奏之快,也印證了它的現(xiàn)代性。稍加注意,我們會發(fā)現(xiàn),技術標準總是滯后于新技術、新產(chǎn)品的,正是由于這個特點,建筑幕墻從玻璃幕墻石材金屬幕墻,從構件式幕墻到點支式、全玻幕墻,這一路的發(fā)展,總是先有工程實例后有標準規(guī)范,因此,在工程上運用了十年之久的點支式、全玻幕墻在2003年才有了它的“工程技術規(guī)范”(JGJ102-2003)。但是該規(guī)范從目前看來仍有需要進一步完善的必要。

    全玻璃幕墻及點支式幕墻是繼隱框玻璃幕墻之后,又一種新型的幕墻型式,由于該型式幕墻摒棄了隱框幕墻的分格小、承力構件多以及通透效果較差等缺點,自九十年代起被逐步地運用于酒店大堂、大型商場和寫字樓的外墻,近幾年來使用量呈明顯增加的趨勢,立面設計朝大跨度、大分格方向發(fā)展,目前國內已建最大跨度已達30米以上。常見的支撐體系主要有玻璃肋板體系(詳見圖1)、魚腹式鋼結構體系以及拉索式體系等三種。

    我中心從事建筑幕墻門窗性能檢測工作已有十來年的歷史,在大量的抗風壓試驗中發(fā)現(xiàn),帶玻璃肋支撐體系的點支式幕墻、全玻幕墻,在肋板強度剛度均滿足規(guī)范JGJ102-2003的設計要求的情況下,仍然常常出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象,其破壞現(xiàn)象主要有兩種:一是在風荷加載不足設計承載能力一半的情況下發(fā)生肋板因承載能力失效而破碎的現(xiàn)象;二是肋板支座結構膠發(fā)生粘結破壞而整體被風吹倒的現(xiàn)象。導致玻璃肋支撐體系的點支式幕墻、全玻幕墻承載能力出現(xiàn)非預期降低的影響因素是什么?本文進行以下分析。


    2.破壞原因分析
    由于規(guī)范(JGJ102-2003)對點支式幕墻、全玻幕墻肋板端部的支承型式?jīng)]有提出明確的規(guī)定和要求,造成在工程實際中,我們可以見到各種各樣體現(xiàn)設計者理解的支承型式,其承載能力良莠不齊,從大量的工程調查和試驗實例中,筆者總結出具有代表性的兩種,如圖2所示a型和圖3所示b型,這兩種型式分別代表“端部搭接承力”和“膠體承力”兩種承力模式,這兩種模式的傳力途徑及典型的破壞形式詳見表1。


    從表1我們可以看出,a型為端部搭接承力,面板傳向肋板的荷載,通過支座槽口對肋板端部的支撐,傳遞給主體結構,該種傳力模式俗稱“硬碰硬”,在工程現(xiàn)場調查中,我們發(fā)現(xiàn)玻璃肋板與支座槽口之間的縫隙處,僅采用在表面用一層厚度僅2mm-5mm的密封膠蓋面,這種做法符合規(guī)范(JGJ102-2003第7.1.2條)的要求,但這種做法卻沒有解決玻璃肋板與槽鋼之間“硬碰硬”的問題,由于槽口型材的前后兩端封口的制作,是由施工單位在現(xiàn)場電焊完成的,往往在封板處留下毛刺,焊疤,同時由于現(xiàn)場制作的原因,封板與肋板側面也很難保持平行。正是這些方面的不足,當玻璃肋板受力支撐在槽口封板處時,因肋板玻璃“應力集中”而產(chǎn)生強度提前失效的后果。這是a型節(jié)點破壞的原因之一;另外一種情況是,有些工程在該處節(jié)點上解決了應力集中的問題后,仍發(fā)生肋板強度失效的現(xiàn)象,這種情況出現(xiàn)的原因主要在規(guī)范本身,因為規(guī)范JGJ102-2003針對玻璃肋板的設計僅提出了對肋板的跨中橫截面的應力、撓度進行驗算的要求,并未對肋板在支座端剪力作用下,提出進行承載力驗算的要求(詳見(JGJ102-2003第7.3),這就造成了設計者忽視這方面的安全問題,給這類幕墻留下了安全隱患 ,這類情況往往在常規(guī)設計中不易出現(xiàn)破壞,但在大層高,大跨度的肋板設計中,問題就會突出顯現(xiàn),這是a型節(jié)點破壞的原因之二。

    b型節(jié)點為膠體承力,面板傳向肋板的荷載,通過膠體的傳遞傳給支座,最后傳給主體,這種傳力模式與a型正好相反的,可稱為“柔性傳力”,從b型節(jié)點中可以看到,要真正實現(xiàn)“柔性傳力”有兩個條件, 一是膠體粘結強度大于肋板傳來的荷載應力,二是肋板在支座槽口中應有足夠大的位移空間,以保證膠體在受力變形導致玻璃肋板移位的情況下,不致于造成肋板與槽口封板接觸,而出現(xiàn)“硬碰硬”。b型節(jié)點的破壞情況均與不滿足這兩個條件有關,要么是發(fā)生膠體承載力不足,膠體撕裂破壞,要么是發(fā)生由于預留變位空間不足,導致肋板與槽口封口板“硬碰硬”而造成應力集中破壞,產(chǎn)生b型這兩種破壞的最主要原因,我們認為與a型相同,也應歸于設計規(guī)范本身的欠缺。


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