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隱框幕墻中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)探討

來源:2011年年會(huì)論文集  作者:馬啟元 陶偉  日期:2011-5-19
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摘要:中空玻璃邊緣結(jié)構(gòu)為∏型三面粘接,受力情況及荷載效應(yīng)不同于常規(guī)兩面粘接(H型),粘接體在同樣受力情況下變位較小,而在結(jié)構(gòu)變位時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力較高,在粘接界面交匯點(diǎn)存在撕裂力。按極限承載能力狀態(tài)設(shè)計(jì)粘接寬度必須綜合考慮更多因素,在給定粘接厚度下應(yīng)選擇變位能力更大的結(jié)構(gòu)膠。
關(guān)鍵詞:幕墻設(shè)計(jì) 中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接
 
  1) 風(fēng)荷載下粘接寬度的設(shè)定
  中空玻璃∏型粘接體在橫向荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力和局部撕裂應(yīng)力,應(yīng)力分布及應(yīng)力變化決定于荷載大小、品牌結(jié)構(gòu)膠材質(zhì)、間隔條尺寸及形狀、環(huán)境條件等因素相關(guān),可變因素和不確定未知數(shù)較多,難于精確地確定實(shí)際應(yīng)力及應(yīng)力分布?紤]降低建筑使用期內(nèi)中空玻璃更換頻度和維護(hù)花費(fèi)的因素,粘接設(shè)計(jì)要保證不出現(xiàn)結(jié)露、滲水和耐久密封?紤]以上因素,應(yīng)適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,以緩解粘接設(shè)計(jì)對(duì)∏型粘接及粘性變化的憂慮2。
  考慮中空玻璃單元件形狀和尺寸等因素,考慮玻璃非線性撓曲的荷載傳遞作用與內(nèi)外片玻璃板片厚度相關(guān)(圖7),不考慮一道密封膠的作用,中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接寬度(Cs,mm)可按公式(1)驗(yàn)算:

  2) 永久荷載作用下粘接寬度的設(shè)定
  隱框幕墻不宜推薦中空玻璃在無支撐裝置條件下安裝,如果一定要這樣安裝,密封膠廠、玻璃廠家及專業(yè)設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)評(píng)定設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。這樣安裝的中空玻璃的外層玻璃板片自重將由∏型結(jié)構(gòu)粘接體支撐,應(yīng)限定結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f2不大于7kpa,為避免外玻璃板片自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力使兩玻璃板片錯(cuò)動(dòng),導(dǎo)致一道密封膠變位誘發(fā)內(nèi)空間結(jié)露、滲水,或宜采用更小f2值(如3.45kpa)2,6。不考慮一道密封膠的貢獻(xiàn),可按下式計(jì)算∏型粘接體的粘接寬度Cs:

大;為減少安全風(fēng)險(xiǎn)f2宜取值345kPa,粘接寬度計(jì)算結(jié)果為14.8mm。

  結(jié)果表明選用結(jié)構(gòu)膠的柔量(δ)不應(yīng)小于10%,即應(yīng)變10%的模量不應(yīng)大于0.14MPa。但這樣的計(jì)算結(jié)果可能不足以滿足中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接要求,因?yàn)椤切驼辰咏Y(jié)構(gòu)在同樣位移下應(yīng)力遠(yuǎn)大于0.14MPa(參見表1),必須選用變?yōu)槟芰Ζ闹担ㄈ崃浚└蟮慕Y(jié)構(gòu)膠才能保障位移時(shí)應(yīng)力不大于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,所以以上計(jì)算只是滿足中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接選材的起碼要求2• 。此外,中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接體可能還應(yīng)考慮其他位移因素,如高溫下氣體膨脹引起中空玻璃內(nèi)外面板撓曲引起的位移(圖8),其量值與溫升及面板尺寸相關(guān) 。
  柔量(模量)表征硅酮結(jié)構(gòu)膠力學(xué)特性,隨配方和制備工藝變化,歐洲規(guī)范產(chǎn)品符合性要求柔量(模量)測(cè)試值不應(yīng)超出均值的75%6。GB 16776強(qiáng)制要求結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系(10%、20%、40%伸長(zhǎng)率時(shí)的應(yīng)力)以表征其δ值,中國(guó)幕墻網(wǎng)公示對(duì)比國(guó)內(nèi)20多個(gè)產(chǎn)品的應(yīng)力-應(yīng)變特性,品牌產(chǎn)品的柔量(δ)范圍約為3%~11%可供結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)選用,可見δ取值沒有隨意性,必須對(duì)應(yīng)于某一品牌膠,例如:粘接計(jì)算隨意取值δ=40%,固然可大幅減少粘接厚度,但符合要求的結(jié)構(gòu)膠不存在,無膠可用。幕墻工程中需要高、中、低模量(柔量)不同的結(jié)構(gòu)膠,分別滿足不同工程設(shè)計(jì)要求,所以產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB16776、ASTM C1369及ASTMC1401、ASTM C1294、prEN15434、E002 等規(guī)范,均要求報(bào)告產(chǎn)品模量。
  有人認(rèn)為只有高模量結(jié)構(gòu)膠才能保證中空玻璃密封性,要求拉伸10%模量必須高于0.14MPa,這種誤解可能使一些質(zhì)地剛硬的結(jié)構(gòu)膠進(jìn)入建筑工程,導(dǎo)致粘接結(jié)構(gòu)高應(yīng)力狀態(tài),誘發(fā)粘接早期破壞3。所以,密封膠模量(柔量)選擇顯得十分重要。
  3. 結(jié)語
  中空玻璃結(jié)構(gòu)粘接失效造成外片墜落的偶發(fā)事故,可能與結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)和選材考慮不周有關(guān) ,應(yīng)通過試驗(yàn)深入研究結(jié)構(gòu)粘接特性和分析相關(guān)因素的影響,提高結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)的合理性。本文提出有關(guān)結(jié)構(gòu)粘接設(shè)計(jì)方法的探討意見,供業(yè)內(nèi)參考,恭請(qǐng)同仁指正。 
  參考文獻(xiàn)
  JGJ 102 建筑玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范,中國(guó)建筑工業(yè)出版社,北京,2003.12
  對(duì)GB24266《中空玻璃用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》的技術(shù)質(zhì)疑,門窗,2010,6
  ASTM C1401,Standard Guide forStructural Sealant Glazing
   GB 50068 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),中國(guó)建筑工業(yè)出版社,北京,2001
  ETAG 002 GUIDELINE FOR EUROPEAN TECHNICAL APPROVALFORSTRUCTURAL SEALANTGLAZING SYSTEMS (SSGS)ASTM C 1369 Standard Specification for Secondary Edge Sealants for Structurally Glazed Insulating Glass Unit, Annual Book of ASTM Standards, Vol 04.07
   劉明,中空玻璃的密封結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用,中國(guó)幕墻網(wǎng),2006.10.18
   馬啟元,建筑幕墻中空玻璃脫膠墜落事故分析,門窗,2011.2


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