趙亞秀

【摘 要】本文結合工程實踐，介紹了目前在我國興起的點式玻璃幕墻的分類、結構特征、設計及施工等方面應注意的問題。希望本文對點式玻璃幕墻的工程應用起到拋磚引玉的作用。

【關鍵詞】玻璃幕墻；應用體會

1.點式玻璃幕墻的介紹

1.1前言

點式玻璃幕墻又稱點駁接玻璃幕墻、點支式玻璃幕墻、點式無框玻璃幕墻、拉維來特玻璃幕墻等，隨著玻璃物理性能和玻璃加工的提高及建筑事業(yè)的發(fā)展而產生和不斷完善的。點式玻璃幕墻充分利用了玻璃材料通透的特性，使建筑物內外空間融為一體，擴大了建筑物內部的空間感，同時也從外立面效果顯示了建筑的結構美。

1.2點式玻璃幕墻的分類及結構特征

1.2.1第一代點式玻璃幕墻

為夾板式或補丁式幕墻，其基本結構是在玻璃四角打孔，以矩形金屬板及螺栓內外夾緊固定，位于內側的金屬板再與支承結構連接，玻璃通過夾板承接并將自重力和其它荷載力傳至支承結構及建筑結構上。

夾板式連接方法目前已較少采用。

1.2.2第二代點式玻璃幕墻

為皮爾金頓平面系統(tǒng)，其基本結構為在玻璃四角鉆孔，然后用螺柱固定，為了減少鉆孔部位的附加應力，在支撐結構連接處設置柔性墊片，并用彈簧支撐螺栓安裝，形式有沉頭式和浮頭式兩種。此種結構對外立面效果的改善做了很大的改進，但因其四角用螺栓直接與板后的支撐結構固定，螺栓連接處的自由位移空間較小，使鉆孔邊緣仍產生較大的附加應力，所以有逐漸被第三代結構所取代的趨勢。

1.2.3第三代點式玻璃幕墻

為鉸接螺栓，連接固定方式，又稱拉維來特式系統(tǒng)?；窘Y構仍為在玻璃四角鉆孔，用螺栓固定，與皮爾金頓系統(tǒng)不同的是連接螺栓采用球鉸狀螺栓緊固玻璃，球鉸螺栓可在±10°范圍內轉動，其轉動中心與玻璃板中心一致，這種上結構體系可大大減少連接處的附加彎矩，減少了因附加彎矩產生局部應力集中造成的玻璃破裂現(xiàn)象，使整個墻面在風壓作用下更趨近一種柔性體系，緩和了風壓對幕墻造成的破壞。

2.點式玻璃幕墻的材料及結構附件

2.1玻璃

點式幕墻墻面全部以玻璃板塊連接拼裝而成。理想的玻璃材料具有較高的溫強。但在平板玻璃的實際制造過程中，不可避免地會在其表面或內部出現(xiàn)裂紋、氣泡、夾砂等缺陷。玻璃屬非金屬材料，其屈強比極低，破裂前幾乎沒有屈服形變，對應力集中極為敏感。另外，玻璃鉆孔在長期自重荷載的作用下會發(fā)生蠕變，強度降低1/3甚至更多。所以，點式玻璃幕墻采用的玻璃必須經鋼化處理，以提高玻璃的抗蠕變強度和減少應力集中敏感性。玻璃鋼化加工宜采用水平鋼化爐鋼化，避免垂直鋼化在夾具夾緊處造成的夾痕和鉆孔的拉長。玻璃鋼化后應進行保溫均質處理，消除不均勻內應力。

玻璃的鉆孔加工應于鋼化前在自動鉆孔機上進行，電腦定位，上、下兩面用兩只鉆頭相對同時鉆孔，同心度偏差小于0.3mm。玻璃切割和鉆孔后，其邊緣和孔周角部必須經過機械精磨邊及倒角處理，以消除易產生應力集中的微裂紋和缺口。

2.2固定螺檢及鋼爪

玻璃板通過螺檢固定在鋼爪上，鋼爪與后面的支承結構連接，使玻璃的受力通過螺檢、鋼爪傳遞到支承結構上。

固定螺檢有沉頭式、浮頭式及球鉸式，均以不銹鋼制造，球鉸螺檢的球頭上鑲配有不銹鋼和塑料材料質的鉸座和襯墊。鋼爪用不銹鋼鑄造或碳鋼鑄造外表面噴氟碳涂兩種材料制造，根據(jù)使用部位不同又分為單點、兩點、三點、四點等不同結構形狀。鋼爪具備吸收幕墻平面變形的能力，其結構多為平面連桿鉸接式。

3.支承結構

支承結構有鋼架、玻璃肋及鋼筋混凝土結構幾大類。

（1）鋼制支承結構可分為單桿件、桁架、空腹桁架、拉索桁架幾種形式。

1）單桿結構通常用單根鋼管或工字鋼制造，結構簡單，其受力狀態(tài)不論是橫梁還是立柱均處于受彎狀態(tài)。單桿結構通常用于跨度較小的點式幕墻。

2）當空間跨度較大時，通常采用空腹桁架或魚腹桁架支承結構?？崭硅旒芡ǔＳ娩摴芎附佣桑С懈叨瓤蛇_10m以上。豎向魚腹式桁架支承應用較廣，最大支承高度可達25m。

3）拉索桁架和拉桿桁架的受拉桿件采用高強度鋼索或圓鋼代替，結構上簡單美觀又能滿足幕墻支承結構的力學要求，在點式玻璃幕墻中也有較廣泛的應用。

（2）玻璃肋支承結構采用較厚的鋼化玻璃制成肋板，與玻璃面板垂直柔性連接，承受玻璃面?zhèn)鱽淼耐饬?。因玻璃材料脆性較大，抗彎強度低，因此，只用于高度及跨度較小的點式幕墻中。

（3）鋼筋混凝土支承結構有時與建筑結構梁柱混為一談，不便區(qū)分，且不能很好地體現(xiàn)點式幕墻的結構特點，因此極少采用。

4.點式玻璃幕墻設計施工應注意的幾個問題

4.1玻璃面板

4.1.1力學模型的兩種計算方法

（1）有限元法。

有限元法的建模要盡量接近工程實際。采用鉸接螺栓，四個角的旋轉自由度約束可忽略不計，上面一個支撐點限制X、Y、Z向三個位移自由度，另一個點限制丫、Z向兩個位移自由度。下面兩個支撐點均限制Y向位移自由度。重力作用應疊加在Y向自由度中同時考慮。

（2）四角支承矩形板數(shù)學模型。

四角支承矩形板數(shù)學模型是一種簡化的計算方法，可通過手算很快得出結果，但存在一些問題，如①對玻璃四角固定位置的附加應力估計不足；②未考慮邊緣效應；③對一邊為金屬槽一邊為支承點的玻璃安裝方式因邊界條件不同，計算結果與實際情況差異較大。

4.1.2在選擇玻璃時，應特別注意以下幾點：

（1）最大應力部位均在長邊中點，玻璃強度校核要以邊緣強度為準。

（2）最大撓度是隨著玻璃長短邊比值的變化而變化的，當長短邊長度差別不大時，玻璃內應力分布趨于均勻。在確定玻璃尺寸時，以正方形玻璃最為有利。且相對撓度極限應不大于短邊的1/100。絕對撓度值應不大于30mm。

（3）玻璃厚度，采用浮頭式緊固螺栓時應不小于6mm；采用沉頭式緊固螺栓時應不小于l0mm。如采用夾膠玻璃，外片玻璃厚度應不小于10mm，內片玻璃厚度應不小于6mm，內外片玻璃厚度不宜相差太大。

4.2支承結構

（1）魚腹式或空腹式桁架在實踐中常常將靠近玻璃的前管管徑的選擇較后管的管徑大。其實，根據(jù)風壓計算公式，支承桁架所受正負風壓相同，桁架橫截面形狀應為對稱形狀，這樣才可保證桁架在承受負風壓時撓度變形符合設計要求。

（2）拉索桁架的鋼索接近理想柔性桿件，只能承受同心軸向拉力。在某些節(jié)點拉索可能出現(xiàn)折轉的部位，應在設計中采用正確的設計構造，防止受力方向與拉索軸線不同向的情況產生。拉索的幾何形狀、材料、節(jié)點等處要保持對稱和一致。

（3）鋼索在使用前應進行預張拉，消除鋼索受初始拉力時的非彈性變形現(xiàn)象。鋼索在桁架上固定后在施予一定的張拉預應力，各條拉索的預施拉應力應相等，施加預應力時，要用扭力板手控制拉索的張緊力一致。

5.結束語

點式玻璃幕墻在我國的應用只有幾年歷史，至今還未頒布我國的設計和施工標準規(guī)范，工程實踐和產品的研制開發(fā)均處于初級階段。有許多重大的設計理論和施工技術難題還有待于業(yè)內廣大的科技人員繼續(xù)努力，進一步研究和探索，同時消化和吸收國外的先進理論和成功經驗，使點式玻璃幕墻日益走向成熟。 [科]