玻璃之家讯：1 概述
自玻璃诞生之日起，这种无色透明的物质便与建筑结下了不解之缘。随着“苹果店”的火热，通透、纯净的全玻结构系统使玻璃的材料特性发挥到了极致。当我们乐见于越来越大的玻璃幅面、越来越高的幕墙跨度时，全玻结构所具有的设计、施工问题也日渐凸显。因此，只有充分认识玻璃的特性，了解全玻结构设计、施工的要点，才能在建筑师不断挑战技术极限的考验中，从容应对。
2 玻璃特性分析
玻璃的原子排列为非结晶的整齐物质，规则性低，这是玻璃高透质脆的原因。不同于钢材经由弹性到塑性的破坏形式，玻璃的应力、应变几乎呈线性关系，没有明显的塑性发展能力，破坏强度值高度离散。玻璃板的抗拉强度与玻璃表面的裂纹深度、形状及分布高度关联（见图1）。当作用有外荷载时，裂纹尖端会产生极高的应力峰值，与其他材料相比，这样的应力峰值不会因塑性变形而减少。同时，承受长期荷载和发生不良化学反应都会引发此裂纹的扩展，造成玻璃承载力下降，图2显示了玻璃强度和荷载作用时间的关系。由于钢化玻璃表面存在约占其总厚度1/6的受压区，使其机械性能得到明显提升，但一旦玻璃表面裂纹扩展到受拉区，玻璃固有的应变能将迅速释放，钢化玻璃将立即碎裂。 3 玻璃肋幕墙的构造设计
作为全玻结构，玻璃肋驳接系统运用最为广泛，在广泛运用的同时也暴露了一些技术问题。为传力所需，往往一块玻璃肋板需要开十多个孔，受力的复杂性及钻孔带来的损伤，使得玻璃肋板极易发生爆裂现象，引发安全风险。鉴于此，肋驳接幕墙的构造设计必须充分适应其材料特质及结构特点。
3．1驳接件的设计
从前述的玻璃特性不难看出，在实际工程应用中，应避免玻璃承受长期荷载，且当玻璃作为结构构件使用时，需采取一定的构造措施以应对玻璃突然破裂而造成的安全风险。按照常规的肋驳接系统，面板的自重需通过驳接件传递至肋板，由于面板重心与肋板连接件间存在一定间距，面板自重会对肋板产生附加弯矩，影响玻璃肋的承载力。借鉴张拉索杆体系幕墙的构造特点，肋驳接幕墙系统可通过在肋板前端设置不锈钢索的方式，化解重力、附加弯矩等长期荷载对玻璃肋的不利影响。如图3所示，不锈钢索隐藏于面板拼缝处，与面板中心基本重合，通过设于幕墙横缝的锁紧螺钉将肋驳接件锁定于不锈钢索上，用以固定幕墙面板。隐索的设置不仅可提高玻璃肋的承载力，更可在玻璃肋爆裂时，承托玻璃面板，避免幕墙整体垮塌，增加幕墙整体的安全度。设置重力索后，玻璃肋仅需承担面板传递的水平荷载及自重，传力更为直接，但为防止因隐索与玻璃肋变位不协调而带来的附加力，面板驳接件与玻璃肋的连接宜为单孔铰接方式，通过铰孔转动，释放附加弯矩的不利影响。 3．2拼接节点的设计
为适应大跨度建筑造型，玻璃肋需要通过拼接才能成为整体，其所受的弯矩与肋的跨度平方成正比，跨度越大，拼接处的弯矩及剪力也越大。为减少拼接处内力，拼接位置应尽量靠近支座处。由于玻璃无塑性发展能力，拼接节点无法采用钢结构的等强连接方式，设置再多的连接螺栓也不能提高拼接接头的连接强度。为此，业内常采用胶粘方式，即通过涂刷在玻璃与不锈钢板间的胶水来传递弯矩及剪力，形成等强连接。这种方法有效避免了栓接方式孔边应力集中所带来的连接节点承载力低下问题，但在具体的构造上还存在一些值得深入分析的要点。
3．2. 1粘接剂的选择
由于连接节点需要通过粘结剂传递内力，因此粘结剂必须具有足够的粘结强度。环氧类结构胶抗剪及抗拉强度大，胶接接头能长期承受振动、疲劳及冲击荷载，且具有较高的耐热性和耐候性。通常钢-钢室温抗剪强度>25MPa，抗拉强度≥33MPa。曾利用图4所示的液压式万能试验机进行某类环氧结构胶不锈钢—玻璃的抗剪试验，抗剪强度可达17Mpa。同时，试验结果显示环氧胶层厚度的均匀度对粘结强度影响甚微，胶水流动性适中，便于施胶。此点可有效解决实际工程中因钢化玻璃、不锈钢板表面不平整而造成的胶层厚薄不均，影响粘接强度问题。 不锈钢与玻璃的线胀系数不同，除考虑传递内力外，粘接面还应考虑两种材质之间的相对温差位移。图5模拟了不锈钢与玻璃在40°C温差作用下粘接面的温差应力，计算结果显示，粘接边缘应力已达80.8861Mpa，远大于钢化玻璃边缘强度。因此，粘结剂的选择除了满足抗剪强度外，还必须具有一定的变位能力，以化解或降低玻璃表面温差应力。通常，粘结剂的变位能力与粘接强度成反比，粘接强度越高，变位能力越弱，两者需综合考虑。 3．2. 2拼接方式设计
图7显示了常规的胶粘方式，粘接部位采用整块不锈钢板连接上下玻璃肋板。当遇大跨度玻璃肋施工时，按此方法拼装成型的玻璃肋整体吊装需配备大量的人力及机具。若为简化吊装，采用高空对接方式，则现场的施工环境又不利于粘接质量。此外，粘接用环氧类胶十分稳定，一旦粘接成型，只有通过高温或者机械切除的方式进行分离。因此，采用此种胶粘方式连接的玻璃肋，即使只是其中一段发生破损也必须全部更换，维修成本高昂。
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