全玻幕墙玻璃肋的支座设计

EM深圳市坚朗建材有限公司 白宝鲲厉敏赵波【摘要】：本文以全玻幕墙的玻璃肋作为主要研究对象，对比了被实际应用在工程中的几种不同的玻璃肋受力模型。并对玻璃肋支座设计做了一些介绍与总结，重点推荐了利用钢夹板使玻璃肋实现简支梁受力的支座设计。【关键词】：全玻璃幕墙、玻璃肋、受力模型、支座设计。一、前言。7=I'HEla.7=I'HEla.简支梁二、玻璃肋的受力模型:对玻璃肋进行支座设计的首要目的就是为了保证玻璃肋的的受力。但要想保证玻璃肋的正常b.—端固定另一端简支梁C.两端固定梁C.两端固定梁注：1.实际工程中，仍有其它形式的梁存在，因使用

量相对较小，不再列出。图1、常见的玻璃肋受力模型。受力及安全，就要我们对玻璃肋的受力模型有一个清晰的概念。这样，进行受力分析及设计时才不会出错，至今仍有一些设计师还只知道简支梁。当然，玻璃肋的最好设计就是让其按简支梁受力。如果只知道简支梁，并将玻璃肋设计成简支梁受力本身也没什么错。但一些设计人员在设计计算时所选用的公式是简支梁公式，实际工程做出来的却不是，这样就给工程造成了很大的隐患。因此，在下面介绍支座设计之前，让我们先对工程中常见的玻璃肋的受力模型进行一些回顾。1.78它仍然是1.78它仍然是我们简单验证一下就会发现，不管采用上述的哪一种受力模型，如果玻璃肋强度能够满足设计要求，则挠度一定也能够满足《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）中关于玻璃肋挠度不大于1/200的要求。因此，将三种梁的挠度进行对比并无太大实际意义。我们仅对上述三种梁模型的弯矩进行对比（弯矩为玻璃肋强度计算时的控制因素），可得到如下结论：1、一端固定另一端简支梁的最大弯矩出现在跨中至简支端中间的一个位置（详细位置为距简支端0.375L处），其值为相同跨度简支梁的倍，另外，其固端有负弯矩存在，其绝对值等于相同跨度简支梁跨中最大弯矩。1、两端固定梁的最大弯矩同简支梁一样出现在跨中，其值为相同跨度简支梁的 3倍，且固端也有弯矩存在，其值为简支梁最大弯矩的0.67倍。三、玻璃肋的支座设计：由全玻幕墙的玻璃肋受力特点可知，玻璃肋最好能够拉弯受力。因此，不管采用何种力学模型的玻璃肋，上部端支座的设计除了要考虑能够约束玻璃肋在平面内、平面外的自由度外，还要考虑到玻璃肋的吊挂受力（吊挂是为了约束其竖向平动自由度）。目前常见的玻璃肋的端支座设计一般由下列几种做法：1、上部由玻璃吊夹吊挂及钢结构限位、下部嵌槽：玻璃吊夹吊挂的机理是先将玻璃与吊夹压块粘接起来，然后由吊夹主体的一对夹具将夹片夹住并把玻璃吊挂起来。为保证压块与玻璃之间具有较大的粘接磨擦力，这种吊夹通常都设计有自夹紧机构。自夹紧机构的夹紧力与所吊挂的重量成正比，即所吊挂玻璃越重，夹紧力越大。这样的设计可避免在人为施加螺栓预紧力时，操作不当而将玻璃肋夹碎。从传统的玻璃吊夹的构造来看，其主要作用就是为了承受玻璃自重，它在直接承受风荷载方面几乎没任何作用。因此，采用玻璃吊夹的玻璃肋除有吊夹外，还应有其它的附助限位措施，为玻璃肋端部提供平面内、外的支承，将玻璃面板传至玻璃肋的作用有效的传递给主体结构。由上面分析可知，采用吊夹的玻璃肋其顶部完整的端支座设计就需要上述的两部分组成，节点设计看起来相对比较杂乱。另外，还必须在安装完毕后将其封住，这样又会占用比较大的建筑空间。和这种上部端支座相配套的下部的端支座处理通常用的嵌槽式，嵌槽式大家都很熟悉，这里不再做介绍。符合这种上、下端支座特点的玻璃肋所适用的计算模型为大家所熟知的简支梁，我们可由规范所提供的公式直接进行计算。由于玻璃在支座部位并没有开孔，对玻璃肋的强度不会产生太大的影响。在传统的全玻璃幕墙工程中，最为广泛应用的构造方法。图2.吊夹吊挂玻璃肋的上部节点W__"•，少：J斗/MlULIIK可 口 图3.嵌槽式的玻璃肋下部节点。5544所示。2、上部由钢夹板及螺栓固定、下部嵌槽：这种上部端支座采用螺栓、夹板将玻璃肋与结构直接连接，下部嵌槽的玻璃肋支承方式在实际工程中也不少见。嵌槽的端支座设计已有多年的应用历史，而夹板配以紧固螺栓的支座设计方法在以前却不多见。但自从点支承玻璃幕墙在我国应用以来，受点支式玻璃幕墙装配方式的启发，由夹板、螺栓这种机械设计上常用的连接方法才被大家应用在玻璃肋的端支座设计上。 这种方法由于使用起来较为方便、快捷，也没有吊夹吊挂那样占用很多的建筑室内空间。所以，也曾被应用在一些工程中。但在一些失败的全玻幕墙工程案例中，此种夹板螺栓的端支座设计造成玻璃肋破裂的现象最为严重。笔者总结了一下，主要有如下两个方面的原因：1）、工程设计时还处于这种连接方式应用的初期，一些设计人员对这种钢板夹连接的工作机理认识不够，套用钢结构节点设计的理论来做连接计算，即依靠承压螺栓的抗剪、抗压和玻璃孔壁的抗压来承力，或考虑利用玻璃、夹板之间的磨擦力来受力。实际上，由于玻璃材料的特殊性，我们不能在此套用钢结构连接公式，其原因在笔者所著的文献2中曾有过详细分析，这里不再赘述。目前比较好的处理办法是将垫片换成树脂胶，利用粘胶层的抗剪能力来受力。2）、在设计时，选错了玻璃肋的受力模型。最为可能的是将简支梁模型计算公式作为万能公式也应用在此种结构的玻璃肋设计中，忽略了固端弯矩的存在和最大弯矩的增大。这种结构的玻璃肋最为接近的受力模型是图 1b所示的一端固定一端简支梁。扮K叮9图4.固定钢夹板固定玻璃肋的上部节点3、上、下部均采用钢夹板、螺栓固定：这种做法的上、下端支座设计均如图它的上、下部均由螺栓、夹板将玻璃肋与结构连接起来。它同前一种做法是同一时期的产物，夹板、螺栓连接的端支座具有相同的特点。两种玻璃肋之间仅有的区别就是玻璃肋的受力模型的不同。和它最为接近的受力模型是两端固定梁。由图1可知，它的最大跨中弯矩是简支梁的 3倍,支座处还有一个绝对值为简支梁跨中最大弯矩0.67倍的固端弯矩。在JGJ102规范中，玻璃肋的截面高度是由简支梁的最大跨中弯矩推导而来的，由此可见，此种的结构如果套用简支梁的公式进行设计计算，截面将小得多。不但端支座处有危险，跨中则更加危险，尤其是将玻璃肋的连接设计在跨中时（肋驳接玻璃幕墙中经常出现此类情况）。4、上、下部均采用钢板与结构进行铰连接：这种利用钢板与结构之间进行铰接，使玻璃肋实现简支受力的做法是在钢夹板、螺栓连接的基础上发展而来的。它是在常用的钢板上设计了铰连接孔，然后与固定在结构上的耳板通过销钉销接在一起，上部端支座处为固定铰连接（圆孔），可释放一转动自由度；下端端支座处为活动铰连接（长孔），可释放一转动自由度和一竖向平动自由度。它的结构虽然看起来并不复杂，但很好的解决了玻璃肋的吊挂和简支受力问题。相信在以后的全玻幕墙工程中，这种支座系统会被使用得越来越多。总结起来，这种系统主要有如下几点优点:1）、可实现玻璃肋完全意义的简支受力。保证了端支座处不受弯矩，受力最小，玻璃肋所最大弯矩最小。玻璃肋设计时也可直接采用 JGJ102规范进行设计。2）、固定方便。钢板与玻璃肋之间采用快干型树脂胶采用粘接，紧固螺栓仅提供胶接所需的正压力，数量较少，易于均匀控制预紧力（预紧力要求也相对较小）。3）、钢板铰采用不锈钢精密铸造及机械加工，外形美观、精度较高。与结构之间连接采用铰钉连接，有一种机构美。整个铰支座可露在外面，不但不影响幕墙效果，反而会令人耳目一新。4）、可如图6所示那样很方便的安装于各种支承结构上。若在此处采用玻璃吊夹或嵌槽，不以上是我们对于玻璃肋支座设计上的一点经但实施起来不太容易，节点外形也不美观。a.钢板铰连接的玻璃肋上部节点验总结。但我们更建议大家能够尽量采用简支梁来设计玻璃肋。这也是和《玻璃幕墙工程技术规a.钢板铰连接的玻璃肋上部节点验总结。但我们更建议大家能够尽量采用简支梁来设计玻璃肋。这也是和《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102）的原则相一致的。规范中全玻璃幕墙一章所提供的全玻璃幕墙玻璃肋的计算公式均是由简支梁的公式演化而来，是规范所优先推荐的做法。即使在实际工程设计中，我们也会发现玻璃肋简支设计时，可使玻璃肋板受力最为合理、宽度最小、成本最低。但在在用户不得已采用其它支座设计时，一定要判断准确玻璃肋的支座类型。实际上，一些连接方式受条件限制，并不易做不到完全的固接或铰接，在这样情况下，应采用最不利情况选取计算模型，不能照抄照搬JGJ102计算公式，以防造成工程隐患，给业主及设计单位造成损失。参考文献:《建筑结构靜力计算手册》 （第二版），中国建筑工业出版社1998.9白宝