新型夹层玻璃幕墙与夹层玻璃幕墙计算

　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　上海东方艺术中心

　　上海东方艺术中心采用点支式玻璃幕墙，但与普通点支式不同之处在于其不锈钢支承头未露出夹层玻璃表面，而是隐藏于夹层玻璃中，这也是幕墙远看如同全隐框胶粘玻璃幕墙的原因。这种做法在安德鲁设计的日本大阪海事博物馆中同样出现过。这个建筑点支幕墙较为特别，内层玻璃采用沉头连接件，外侧玻璃整体（不开孔）胶粘于放置了沉头连接件的内层玻璃，称为隐点玻璃幕墙。隐点玻璃消除了连接点的漏水、漏气，提升玻璃幕墙及采光顶的水密及气密性能。

　　(3)夹胶节能玻璃.
　　SGP膜能与金属有很优良的粘接力，可与在线LOE玻璃结合而成夹胶节能玻璃，既有防飞溅的安全性，又有LOE玻璃的节能性。有望替代LOE中空玻璃。

　　(4)市场估测。2007-2020年
　　平均每年新建玻璃幕墙1000（含点式玻璃幕墙）万平方米
　　平均每年新建玻璃采光顶1000（含玻璃雨棚）万平方米
　　平均每年新建窗玻璃10000万平方米
　　平均每年节能改造玻璃幕墙、窗玻璃3000万平方米
　　总计15000万平方米，若30%采用SGP夹胶玻璃和夹胶带节能玻璃，则平均每年需求量将可能大于4500万平方米。

　　
　　3.4推广应用尚需解决的问题。

　　(1)SGP胶膜的开发和生产。目前只有美国杜邦公司已开发、生产。不可全部依赖进口，需要中国企业自主创新、或与杜邦合作创新开发生产。

　　(2)在中国建造SGP夹胶玻璃生产工艺和设备。或SGP夹胶节能玻璃生产工艺和设备。

　　(3)兴建 SGP夹胶玻璃或SGP夹胶节能玻璃幕墙及玻璃采光顶的产业链。

　　(4) 研发SGP夹胶玻璃或SGP夹胶节能玻璃幕墙及玻璃采光顶的设计理论、计算、施工、安装及检测试验。

　　(5)编制SGP夹胶玻璃或SGP夹胶节能玻璃幕墙及玻璃采光顶的材料、产品技术标准及工程技术规范。

　　
四、夹层玻璃复合状态及判别式：
　　
　　4.1夹层玻璃受弯的三种状态。

　　（1） 刚性复合状态：胶有足够的粘结强度，保证粘结玻璃的协调共同工作；可视其为以胶为粘结夹层的整体玻璃板受弯。则此夹层玻璃板可按一整块，厚度为各层玻璃厚度之和的玻璃，进行应力分析和强度计算。

　　（2） 分离复合状态：胶的粘结强度不足或失效，不能考虑其参与玻璃板的共同受力。忽略该夹胶层抗弯贡献，则可按一块各片叠置的玻璃板的受弯工作，进行应力分析和强度计算
　　（3） 弹性复合状态：胶有足够的粘结强度和剪切强度，夹胶层抗弯贡献，介于刚性复合状态：和分离复合状态之间，按叠层板复合材料力学进行应力分析和强度计算。

　　
　　4.2夹层玻璃受弯复合状态的判别式：

　　夹层玻璃受弯协调共同工作的必要条件是，使其夹胶的抗剪承载力大于其玻璃的抗弯承载力。如该夹层玻璃为两片厚度相等的玻璃板组成并为矩形板。四边简支矩形玻璃板在垂直板面均布荷载下玻璃的抗弯强度计算。

　　
　　4.3弹性复合成立的条件。

　　1）剪力作用下不发生结合面的剪切破坏
　　2）拉力作用下不发生结合面的粘接破坏
　　3）作用力垂直作用于胶接面。

　　垂直作用于胶接面的均匀应力，理论上能承受很高的载荷，（可达到剪应力的二倍）。但作用力如果不能保证垂直作用于胶接面，则边缘就产生应力集中，使抗拉能力大大降低。

　　
五、夹层玻璃计算探讨建议：
　　
　　5.1刚性复合状态夹胶玻璃叠层板计算。

　　以四边简支板为例，面均布荷载q,一边长a，截面高t,截面宽b。a/b所对应系数为m。

　　则其最大正应力σ刚=（6mqa2）/t2 ——［3］
　　最大挠度f刚=（μqa4）/D——［4］
　　D=（E刚t3)/［12（1-ν3）］——［5］
　　
　　5.2分离复合状态夹胶玻璃叠层板计算：

　　以四边简支板为例，面均布荷载q,一边长a，1截面高t1
　　2截面高t2,  截面宽b。a/b所对应系数为m。

　　截面1最大正应力：

　　σ1分=（6mq t1a2）/（t31+ t32）——［10］
　　截面2最大正应力：

　　σ2分=（6mq t2a2）/（t31+t32)——［11］
　　若t1= t2   t= t1+t2 则t/2=t1=t2
　　最大正应力σ分=σ1分=σ2分=2×（6mqa2）/t2——［12］
　　最大挠度f分=（μq分a4）/D分——［13］
　　D分=[E分（t/2）3]/［12（1-ν3）］——［14］
　　最大挠度f分=[μ(q/2）a4]/{8 (E分t3)/[12（1-ν3）]}
　　=（4 E刚/E分）{[μqa4]/（E刚t3)）/［12（1-ν3）］
　　=（4 E刚/E分）f刚——［15］
　　
　　5.3弹性复合状态夹胶玻璃最大正应力σ弹介于刚性状态最大正应力σ刚与分离状态最大正应力σ分之间。

　　比较、［3］式和［12］式可得：

　　σ分=2σ刚 ，夹胶玻璃刚性复合状态最大正应力比分离复合状态最大正应力小一半，其弹性复合状态最大正应力
　　σ弹=（1～2）σ刚  即σ弹=η力σ刚  η力=1～2
　　这样就可以找到如下简便计算方法：

　　先按刚性复合状态求出σ刚有，再乘以系数η力就可得到最大正应力σ来进行夹层玻璃强度设计计算。

　　
　　5.4试验法确定系数η力
　　为一三点弯曲试验结果，
　　l-10mn．玻璃；   4  12mm玻璃
　　2  5mm+1.52mmPVB+5mm夹层玻璃；

　　3  5mm+1.52SGP=5mm夹层玻璃；

　　从以上可看出：夹胶玻璃弯曲应力取决于胶层的性质和夹层玻璃公称厚度，从以上试验中可估测系数η力：

　　则：5mm+1.52mmPVB+5mm夹层玻璃的弯曲应力约为
　　σ弹PVB=η力σ刚PVB =1.95σ刚PVB
　　5mm+1.52mmSGP+5mm夹层玻璃的弯曲应力约为
　　σ弹SGP=η力σ刚SGP =1.O5σ刚PVB
　　5mm+1.52mmPVB+5mm夹层玻璃的弯曲应力约为12mm玻璃的弯曲应力的1.95倍，PVB夹胶对弯曲应力的贡献不大，按分离状态进行计算，即现行采用荷载刚度分配法对每层玻璃单独进行强度设计计算误差很小。

　　5mm+1.52mmSGP+5mm夹层玻璃的弯曲应力约为12mm玻璃的弯曲应力的1.05倍，SGP夹胶对弯曲应力的贡献较大，现行采用荷载刚度分配法对每层玻璃单独进行强度设计计算，即分离状态计算方法误差太大，不宜采用。

　　
　　5.5夹胶玻璃弹性复合状态最大挠度f弹介于刚性状态最大挠度f刚与分离状态最大挠度f分之间。

　　比较［4］式和［15］式可得：

　　f刚=（ E分/4 E刚）f分 =η挠f分即二种相同材料截面尺寸相等刚性复合状态最大挠度比分离复合状态最大挠度大，建议二种相同材料的弹性复合状态最大挠度f弹=η挠f分
　　
　　5.6试验法确定系数η挠
　　从以上图中所示试验曲线可以看以上出：EVA夹胶玻璃强度最小，挠度最大，若将EVA夹胶玻璃可视为分离复合状态叠层板，
　　则：PVB夹胶玻璃最大挠度约为f弹PVB=0.67f分；

　　SGP夹胶玻璃最大挠度约为f弹SGP=0.34f分；

　　现行的采用‘等效厚度法’设计计算夹层玻璃挠度的方法值得探讨，不宜采用为好。

　　夹层玻璃的中间夹胶层力学属粘弹性力学。除了传统力学性能外，夹胶层蠕变、松弛、力学性能时效、夹胶层变色、性能衰退；夹胶玻璃的色彩、救生及紫外线防护选择等有关问题正还需深入研发。

　　夹层玻璃计算力学属于叠层板复合材料弹性力学。PVB夹层玻璃计算需要完善，安全、节能的新型SGP夹层玻璃需要新理论、新计算。本文以叠层板复合材料弹性力学原理结合有关试验所探讨的计算比较简便，能适用于玻璃采光顶和玻璃外窗、幕墙的夹层玻璃板的设计计算。

　　
　　本文仅供参考，不妥之处，敬请指正。

　　参考文献：

　　1）《关于夹层玻璃板的受弯计算》李少甫
　　2）《安全玻璃》石新勇主编 杨建军 陈璐副主编

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