建筑室內(nèi)無(wú)立柱玻璃欄板水平推力荷載試驗(yàn)研究

郭旸 閆威 雷麗萍

摘? ? 要：玻璃欄板作為一種圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在商業(yè)建筑中被廣泛運(yùn)用，因其材料易碎，延展性較強(qiáng)等特點(diǎn)，易受施工工藝及環(huán)境的影響，因此玻璃欄板在水平荷載影響下其安全性能是否滿足設(shè)計(jì)要求，成為了急待研究的問(wèn)題。本次研究對(duì)水平推力裝置及水平荷載作用下的無(wú)立柱玻璃欄板結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：玻璃欄板;水平推力;反力裝置;荷載試驗(yàn)

1? 前言

商業(yè)建筑是提供商品交換和商品流通的建筑，由于商業(yè)建筑屬于公共性建筑，在滿足正常使用功能的同時(shí)，其外觀及內(nèi)部裝璜也應(yīng)滿足一定的藝術(shù)效果和美學(xué)效果，隨著玻璃在建筑上的普及，人們?cè)絹?lái)越多的將玻璃運(yùn)用到商業(yè)建筑的欄板等圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，帶來(lái)輕巧通透、外觀時(shí)尚、占用面積小、增大視覺(jué)空間的作用，但由于玻璃易碎、延展性較強(qiáng)等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)混凝土欄板及鋼制欄桿相比，更容易受施工工藝及環(huán)境影響，具有一定的安全隱患。而在實(shí)際工程中，往往不易于對(duì)原位玻璃欄板施加水平推力，故本次研究將根據(jù)實(shí)際工程有針對(duì)性的設(shè)計(jì)推力裝置，并通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)研究不同施工工藝情況下同批玻璃欄板在水平推力下的結(jié)構(gòu)性能。

2? 工程概況

該項(xiàng)目位于云南省昆明市，為某商業(yè)綜合體建筑，總建筑面積25萬(wàn)㎡，建筑室內(nèi)區(qū)域有中空中庭，二層至頂層室內(nèi)步行街裝潢通過(guò)無(wú)立柱玻璃欄板結(jié)構(gòu)圍護(hù)。該無(wú)立柱玻璃欄板為12mm+1.52sgp+12mm鋼化夾膠超白玻璃，單片玻璃尺寸為1495mm×1710mm×25.52mm×嵌入高度300mm。無(wú)立柱玻璃欄板通過(guò)Q235B級(jí)U型槽預(yù)埋固定在主體結(jié)構(gòu)外懸挑鋼結(jié)構(gòu)上，外懸挑鋼結(jié)構(gòu)與混凝土主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)埋件連接，預(yù)埋件錨筋為HRB400級(jí)鋼筋，玻璃欄板根部直接插入通長(zhǎng)12mm厚的鍍鋅U型槽口內(nèi)，槽口內(nèi)灌注10mm厚CGM高強(qiáng)灌漿料并填滿，欄板扶手連接為頂裝壁厚3mm以上的不銹鋼型材或鋁合金型材，扶手型材與玻璃欄板采用線連接?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程中，無(wú)立柱玻璃欄板共有2種標(biāo)準(zhǔn)樣板段，上沿欄桿通長(zhǎng)。2種標(biāo)準(zhǔn)段整體安裝線型略為不同，分別為直線標(biāo)準(zhǔn)段及弧線標(biāo)準(zhǔn)段，其中弧線標(biāo)準(zhǔn)段所安裝的玻璃欄板最大起拱4～5mm。

3? 推力裝置研究

玻璃欄板主要受到水平荷載，試驗(yàn)研究可考慮集中荷載造成的最不利荷載影響，擬采用二點(diǎn)集中力三等分加載。針對(duì)本次試驗(yàn)進(jìn)行推力裝置的設(shè)計(jì)，包含施力裝置液壓千斤頂，測(cè)力裝置壓力計(jì)，找平用穿心墊片，加載裝置爪件等，并成功申請(qǐng)專利（實(shí)用新型CN201520544124.6），用該裝置可在施工現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)腳手架等反力臺(tái)直接對(duì)玻璃欄板上沿進(jìn)行水平推力加載。

4? 玻璃欄板水平推力試驗(yàn)研究

考慮商場(chǎng)人流量大，玻璃欄板處可能產(chǎn)生密集的人體擠壓、硬物擠壓及撞擊等荷載影響，在受到最不利荷載影響的情況下，玻璃欄板仍需有一定的安全儲(chǔ)備，故本次試驗(yàn)研究荷載取值宜偏大，欄桿水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值為1.0kN/m[1]，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載取欄桿水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值的3倍進(jìn)行，按欄板寬度為1.495m進(jìn)行計(jì)算，試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載不宜小于3×1.4（活荷載分項(xiàng)系數(shù)）×1.0 kN/m×1.495m≈6.3kN。

本次研究結(jié)合實(shí)際工程，共選擇5塊現(xiàn)場(chǎng)不同施工工藝的玻璃欄板進(jìn)行試驗(yàn)，選擇試驗(yàn)的玻璃欄板分別為：（1）試件1，直線段未安裝扶手且根部未灌漿（僅插入嵌固）玻璃欄板;（2）試件2，直線段未安裝扶手玻璃欄板;（3）試件3，弧線段未安裝扶手玻璃欄板;（4）試件4，直線段安裝扶手玻璃欄板;（5）試件5，弧線段安裝扶手玻璃欄板。試驗(yàn)以測(cè)量加載時(shí)玻璃欄板位移為主要測(cè)量值，試驗(yàn)中觀察玻璃欄板是否出現(xiàn)裂紋。試驗(yàn)加載點(diǎn)及測(cè)量點(diǎn)如圖2所示。測(cè)點(diǎn)編號(hào)從左到右，從下到上分別為W1、W2、W3、W4、W5。

在正式試驗(yàn)前進(jìn)行了預(yù)加載以消除試驗(yàn)裝置的影響。加載過(guò)程中同步觀測(cè)試件錨固端的連接情況以及試件表面是否有裂紋。

出現(xiàn)以下情況時(shí)視為破壞：（1）欄板位移不收斂（荷載不能穩(wěn)定）;（2）在荷載作用下，欄板玻璃發(fā)生開(kāi)裂;（3）連接部位松弛或脫落。出現(xiàn)以上破壞情況時(shí)，應(yīng)終止加載，其前一級(jí)的荷載值即為極限承載力。

4.1? 直線段未安裝扶手且根部未灌漿玻璃欄板試驗(yàn)

（1）第一級(jí)加載應(yīng)加載至1.26kN，實(shí)際加載最大值為0.52kN時(shí)荷載不能增加，力值逐漸減小;（2）荷載減小至0.50kN后繼續(xù)加荷，加載至最大值為0.60kN時(shí)荷載不能增加，力值逐漸減小;（3）在此狀態(tài)持續(xù)5min后再次進(jìn)行讀數(shù)，力值減小為0.50kN，此時(shí)荷載力值變小而位移不斷增大;（4）由于荷載不能增加，而位移不斷增大，即位移不收斂，因此進(jìn)行卸載，卸載后仍有殘余變形，且殘余變形較大，實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)下部嵌入部分松動(dòng)。可判定該玻璃欄板試件在加載至0.50kN～0.68kN時(shí)下部嵌入部分已破壞（見(jiàn)表1）。

4.2? 直線段未安裝扶手玻璃欄板試驗(yàn)過(guò)程

對(duì)未安裝扶手的直線段玻璃欄板試件進(jìn)行試驗(yàn)，在加載過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)異常，在第三級(jí)到第四級(jí)加載時(shí)玻璃欄板嵌入部分發(fā)出輕微聲響，而玻璃欄板未發(fā)現(xiàn)裂縫，加載到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載后，玻璃仍未出現(xiàn)裂縫，結(jié)束后進(jìn)行卸載，卸載后發(fā)現(xiàn)仍有部分殘余變形，但變形較?。ㄒ?jiàn)表2）。

4.3? 弧線段未安裝扶手玻璃欄板試驗(yàn)過(guò)程

弧線段玻璃欄板在加載過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)異常，在第三級(jí)到第四級(jí)加載時(shí)玻璃欄板嵌入部分發(fā)出輕微聲響，而璃欄板未發(fā)現(xiàn)裂縫，加載到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載后，玻璃未出現(xiàn)裂縫。繼續(xù)加載值6.76kN時(shí)預(yù)埋件處發(fā)生巨響并脫開(kāi)，試件破壞（見(jiàn)表3）。

4.4? 直線段安裝扶手玻璃欄板試驗(yàn)過(guò)程

前五級(jí)加載未發(fā)現(xiàn)異常，在第六級(jí)加載時(shí)玻璃欄板發(fā)出明顯聲響，加載到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載后，玻璃未出現(xiàn)裂縫，繼續(xù)加載至6.89kN，約達(dá)到極限荷載的110%，結(jié)束后進(jìn)行卸載，卸載后讀數(shù)發(fā)現(xiàn)仍有部分殘余變形，但變形較?。ㄒ?jiàn)表4）。

4.5? 弧線段安裝扶手玻璃欄板試驗(yàn)過(guò)程

在第五級(jí)加載過(guò)程中，玻璃與扶手同時(shí)發(fā)出聲響，確認(rèn)玻璃無(wú)裂縫后繼續(xù)進(jìn)行加載，達(dá)到試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載時(shí)未出現(xiàn)裂縫，繼續(xù)加載至6.72kN時(shí)荷載不穩(wěn)定，出現(xiàn)荷載值下滑的情況，當(dāng)荷載值穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行讀數(shù)，此時(shí)荷載值為6.60kN，約為試驗(yàn)荷載極限值的105%，卸載后再次測(cè)量位移，殘余變形較大（見(jiàn)表5）。

5? 結(jié)論與展望

5.1? 結(jié)論

（1）試件1在加載后，不能持荷，位移不收斂，且卸載后發(fā)現(xiàn)嵌入U(xiǎn)型槽部分有明顯的松動(dòng)和脫落，證明試件1已破壞，可推斷簡(jiǎn)單的根部嵌固并不能保證欄板的穩(wěn)定，不能達(dá)到使用要求。

（2）試件2在達(dá)到荷載6.30kN（試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載）時(shí)，玻璃欄板未破壞，且實(shí)際觀測(cè)未出現(xiàn)裂縫，此時(shí)玻璃欄板整體有明顯的變形;試件3在達(dá)到荷載6.30kN時(shí)，玻璃欄板未破壞，且實(shí)際觀測(cè)未出現(xiàn)裂縫，繼續(xù)加載至6.76kN時(shí)玻璃欄板下部預(yù)埋件灌膠處發(fā)生巨響并脫開(kāi)。可推斷，相同施工工藝的玻璃欄板在根部嵌固灌漿后水平荷載承載力得到有效提高，但總體變形均較大，仍不能達(dá)到使用要求。

（3）試件4在達(dá)到2倍水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值之前，荷載和位移曲線基本呈線彈性關(guān)系，繼續(xù)加載至試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載時(shí)玻璃欄板仍未出現(xiàn)裂縫，此時(shí)玻璃欄板整體有明顯的變形，卸載后仍有一定的殘余變形。試件5在達(dá)到1.8倍水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值之前，位移與荷載基本呈線彈性關(guān)系，加載至試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)荷載玻璃欄板仍未出現(xiàn)裂縫，此時(shí)玻璃欄板有明顯變形，繼續(xù)加載后荷載不穩(wěn)定，出現(xiàn)荷載值下滑的情況，卸載后殘余變形仍較大?？赏茢喈?dāng)上部安裝通長(zhǎng)的扶手后，玻璃欄板在水平推力荷載影響下，位移得到有效約束，超過(guò)荷載標(biāo)準(zhǔn)值后，在一定范圍內(nèi)荷載與位移仍可處于彈性階段，但就相關(guān)比較而言，直線段欄板的位移、彈性階段、殘余變形均好于弧線段欄板。

5.2? 展望

（1）在正常使用狀態(tài)下，無(wú)立柱玻璃欄板通長(zhǎng)的扶手和下部嵌固部分有效提高了欄板承載力，并對(duì)處于荷載影響下位移有一定的約束作用，其結(jié)構(gòu)是在一定荷載影響下是安全可靠的，但因結(jié)構(gòu)有一定殘余變形，因此定期對(duì)無(wú)立柱玻璃欄板進(jìn)行檢修是必須的，在不影響使用及美觀的前提下，采用有立柱固定或幕墻爪件固定的玻璃欄板更為安全。

（2）目前根據(jù)該試驗(yàn)研究進(jìn)行了反力裝置的設(shè)計(jì)，但該反力裝置仍有一定的局限性，仍有研究空間，后續(xù)可根據(jù)相應(yīng)的需求對(duì)反力裝置進(jìn)行改裝，保證其加載位置、荷載形式均可自由調(diào)整，以達(dá)到適用大部分結(jié)構(gòu)水平推力試驗(yàn)的要求。

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