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隐框幕墙中空玻璃结构粘接设计探讨

来源:2011年年会论文集  作者:马启元 陶伟  日期:2011-5-19
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摘要:中空玻璃边缘结构为∏型三面粘接,受力情况及荷载效应不同于常规两面粘接(H型),粘接体在同样受力情况下变位较小,而在结构变位时产生的应力较高,在粘接界面交汇点存在撕裂力。按极限承载能力状态设计粘接宽度必须综合考虑更多因素,在给定粘接厚度下应选择变位能力更大的结构胶。
关键词:幕墙设计 中空玻璃结构粘接
 
  1) 风荷载下粘接宽度的设定
  中空玻璃∏型粘接体在横向荷载作用下产生拉应力和局部撕裂应力,应力分布及应力变化决定于荷载大小、品牌结构胶材质、间隔条尺寸及形状、环境条件等因素相关,可变因素和不确定未知数较多,难于精确地确定实际应力及应力分布。考虑降低建筑使用期内中空玻璃更换频度和维护花费的因素,粘接设计要保证不出现结露、渗水和耐久密封。考虑以上因素,应适当减小结构胶强度设计值,以缓解粘接设计对∏型粘接及粘性变化的忧虑2。
  考虑中空玻璃单元件形状和尺寸等因素,考虑玻璃非线性挠曲的荷载传递作用与内外片玻璃板片厚度相关(图7),不考虑一道密封胶的作用,中空玻璃结构粘接宽度(Cs,mm)可按公式(1)验算:

  2) 永久荷载作用下粘接宽度的设定
  隐框幕墙不宜推荐中空玻璃在无支撑装置条件下安装,如果一定要这样安装,密封胶厂、玻璃厂家及专业设计人员应对评定设计细节。这样安装的中空玻璃的外层玻璃板片自重将由∏型结构粘接体支撑,应限定结构胶强度设计值f2不大于7kpa,为避免外玻璃板片自重产生的剪应力使两玻璃板片错动,导致一道密封胶变位诱发内空间结露、渗水,或宜采用更小f2值(如3.45kpa)2,6。不考虑一道密封胶的贡献,可按下式计算∏型粘接体的粘接宽度Cs:

大;为减少安全风险f2宜取值345kPa,粘接宽度计算结果为14.8mm。

  结果表明选用结构胶的柔量(δ)不应小于10%,即应变10%的模量不应大于0.14MPa。但这样的计算结果可能不足以满足中空玻璃结构粘接要求,因为∏型粘接结构在同样位移下应力远大于0.14MPa(参见表1),必须选用变为能力δ值(柔量)更大的结构胶才能保障位移时应力不大于强度设计值,所以以上计算只是满足中空玻璃结构粘接选材的起码要求2• 。此外,中空玻璃结构粘接体可能还应考虑其他位移因素,如高温下气体膨胀引起中空玻璃内外面板挠曲引起的位移(图8),其量值与温升及面板尺寸相关 。
  柔量(模量)表征硅酮结构胶力学特性,随配方和制备工艺变化,欧洲规范产品符合性要求柔量(模量)测试值不应超出均值的75%6。GB 16776强制要求结构胶产品检验报告应力-应变关系(10%、20%、40%伸长率时的应力)以表征其δ值,中国幕墙网公示对比国内20多个产品的应力-应变特性,品牌产品的柔量(δ)范围约为3%~11%可供结构粘接设计选用,可见δ取值没有随意性,必须对应于某一品牌胶,例如:粘接计算随意取值δ=40%,固然可大幅减少粘接厚度,但符合要求的结构胶不存在,无胶可用。幕墙工程中需要高、中、低模量(柔量)不同的结构胶,分别满足不同工程设计要求,所以产品标准GB16776、ASTM C1369及ASTMC1401、ASTM C1294、prEN15434、E002 等规范,均要求报告产品模量。
  有人认为只有高模量结构胶才能保证中空玻璃密封性,要求拉伸10%模量必须高于0.14MPa,这种误解可能使一些质地刚硬的结构胶进入建筑工程,导致粘接结构高应力状态,诱发粘接早期破坏3。所以,密封胶模量(柔量)选择显得十分重要。
  3. 结语
  中空玻璃结构粘接失效造成外片坠落的偶发事故,可能与结构粘接设计和选材考虑不周有关 ,应通过试验深入研究结构粘接特性和分析相关因素的影响,提高结构粘接设计的合理性。本文提出有关结构粘接设计方法的探讨意见,供业内参考,恭请同仁指正。 
  参考文献
  JGJ 102 建筑玻璃幕墙工程技术规范,中国建筑工业出版社,北京,2003.12
  对GB24266《中空玻璃用硅酮结构密封胶》的技术质疑,门窗,2010,6
  ASTM C1401,Standard Guide forStructural Sealant Glazing
   GB 50068 建筑结构可靠度设计统一标准,中国建筑工业出版社,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
   刘明,中空玻璃的密封结构在建筑中的应用,中国幕墙网,2006.10.18
   马启元,建筑幕墙中空玻璃脱胶坠落事故分析,门窗,2011.2


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