建筑幕墻玻璃肋板節點設計探討(上)

    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非預期降低的影響因素進行分析，并在行業中首先提出了避免出現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  節點設計  探討
    1.問題的提出
    建筑幕墻自八十年代出現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，成為現代建筑內涵的一個部份，而幕墻的型式種類的發展變化節奏之快，也印證了它的現代性。稍加注意，我們會發現，技術標準總是滯后于新技術、新產品的，正是由于這個特點，建筑幕墻從玻璃幕墻到石材、金屬幕墻，從構件式幕墻到點支式、全玻幕墻，這一路的發展，總是先有工程實例后有標準規范，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“工程技術規范”(JGJ102-2003)。但是該規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現，帶玻璃肋支撐體系的點支式幕墻、全玻幕墻，在肋板強度、剛度均滿足規范JGJ102-2003的設計要求的情況下，仍然常常出現的破壞現象，其破壞現象主要有兩種：一是在風荷加載不足設計承載能力一半的情況下發生肋板因承載能力失效而破碎的現象；二是肋板支座處結構膠發生粘結破壞而整體被風吹倒的現象。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
    由于規范(JGJ102-2003)對點支式幕墻、全玻幕墻肋板端部的支承型式沒有提出明確的規定和要求，造成在工程實際中，我們可以見到各種各樣體現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”，在工程現場調查中，我們發現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，是由施工單位在現場電焊完成的，往往在封板處留下毛刺，焊疤，同時由于現場制作的原因，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”而產生強度提前失效的后果。這是a型節點破壞的原因之一；另外一種情況是，有些工程在該處節點上解決了應力集中的問題后，仍發生肋板強度失效的現象，這種情況出現的原因主要在規范本身，因為規范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設計中不易出現破壞，但在大層高，大跨度的肋板設計中，問題就會突出顯現，這是a型節點破壞的原因之二。

    b型節點為膠體承力，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型節點中可以看到，要真正實現“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“硬碰硬”。b型節點的破壞情況均與不滿足這兩個條件有關，要么是發生膠體承載力不足，膠體撕裂破壞，要么是發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，也應歸于設計規范本身的欠缺。

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