淺談某項目超大玻璃幕墻設(shè)計

陳加佳

華東建筑設(shè)計研究院有限公司 上海 200011

引言

在我國，隨著國內(nèi)企業(yè)對大玻璃的生產(chǎn)加工技術(shù)的研發(fā)及建筑對通透建筑效果的追求，國內(nèi)采用超大板塊玻璃系統(tǒng)的工程越來越多。本文通過某項目外立面幕墻中超大玻璃系統(tǒng)的設(shè)計進行闡述，以供類似工程參考。

1 項目概況

某項目總用地面積2,118m2，建筑占地面積1,616m2。項目現(xiàn)狀為一棟“L”型的單體建筑。地下二層、地上六層，總建筑面積共計11190.89m2（其中地上面積7929.43m2，地下面積3261.46m2），建筑高度28.4m。其中超大玻璃系統(tǒng)位于本項目的東側(cè)主入口大堂及北側(cè)內(nèi)庭院大堂，超大玻璃系統(tǒng)幕墻面積約400m2左右。

2 超大玻璃系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)基本信息

某項目超大玻璃系統(tǒng)采用玻璃肋支撐系統(tǒng)，東側(cè)入口大堂的玻璃板寬大小為9550mm×2500mm，北側(cè)內(nèi)庭院大堂的玻璃板寬大小為9550mm×2700mm。面板玻璃配置為12+1.52SGP+12（雙銀LOW-E）+12AR+12+1.52SGP+12鋼化中空夾膠超白玻璃，玻璃肋配置為12+1.52SGP+12+1.52SGP+12+1.52SGP+12+1.52SGP+12鋼化夾膠玻璃。其標準節(jié)點如圖1所示。

圖1 標準節(jié)點

2.2 超大玻璃幕墻系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 玻璃抗風(fēng)設(shè)計。

2.2.1.1 超大玻璃系統(tǒng)的面玻璃采用四邊簡支固定，頂部和底部的玻璃短邊插入鋼槽，豎直方向的玻璃長邊通過結(jié)構(gòu)膠粘接在玻璃肋上，結(jié)構(gòu)膠厚度為15mm。

2.2.1.2 超大玻璃系統(tǒng)的標準玻璃肋頂?shù)撞迦脘摬酃潭ā?/p>

2.2.1.3 鋼槽通過鋼轉(zhuǎn)接件與后置埋件焊接。

2.2.1.4 主入口上方B區(qū)域的玻璃肋L頂端懸掛于主體結(jié)構(gòu)，可承受水平風(fēng)荷載作用，底端支撐在玻璃梁H上，玻璃梁H將風(fēng)荷載最終傳遞至兩端主體鋼立柱上（各部位具體位置見圖2所示）。

圖2 主入口上方B區(qū)域示意圖

2.2.2 玻璃重力設(shè)計。

2.2.2.1 超大玻璃系統(tǒng)的標準面玻璃和肋玻璃底部支撐，通過2個墊塊將自重穿至底部鋼槽。

2.2.2.2 主入口上方B區(qū)域的面玻璃和玻璃肋L頂部打孔吊掛，自重傳遞至上方主體結(jié)構(gòu)，玻璃肋L僅承受自身重量（各部位具體位置見圖2所示）。

2.2.2.3 內(nèi)庭院不銹鋼框架K上方的面玻璃重力傳遞至上方主體結(jié)構(gòu)（鋼架K具體位置見圖3所示）。

圖3 內(nèi)庭院不銹鋼框架示意圖

2.2.3 系統(tǒng)防火構(gòu)造。

2.2.3.1 建筑室內(nèi)設(shè)有消防噴淋

2.2.3.2 層間防火采用1.5mm厚鍍鋅鋼板承托100mm厚防火巖棉作為水平防火封修。凡防火構(gòu)造的拼縫處均采用防火密封膠密封。（按最新規(guī)范層間防火已調(diào)整為1.5mm厚鍍鋅鋼板承托200mm厚防火巖棉）。

2.3 玻璃選材原則及超大玻璃材料要求

2.3.1 玻璃選材原則。

2.3.1.1 本項目采用超白玻璃以保障玻璃基本不自爆。

2.3.1.2 本項目采用SGP雙夾膠，以保障夾層玻璃其中一片破碎之后仍然具有較大的承載能力。SGP材質(zhì)硬質(zhì)大強度高。強度是PVB的5倍，硬度是PVB的100倍。SGP夾層玻璃具有超強的破碎后的安全性能，在玻璃破碎后由于其自身的結(jié)構(gòu)強度，仍能承受強大的承載力。相對于PVB，SGP有極好的邊部穩(wěn)定性和耐久性，可有效減少脫膠現(xiàn)象，從而保障夾層玻璃的安全。SGP夾膠玻璃強度近似于相同厚度的單片玻璃，保證本項目玻璃的強度和穩(wěn)定均處于較高的安全水平。以下以同種玻璃厚度PVB及SGP兩種玻璃膠片材質(zhì)計算相同板塊玻璃對比兩種膠片的差異[1]。玻璃板塊尺寸：9700mm×2700mm；12+1.52pvb+12（雙銀LOW-E）+12AR+12+1.52PVB+12玻璃中空層內(nèi)外片玻璃等效厚度計算如下：

12+1.52SGP+12（雙銀LOW-E）+12AR+12+1.52SGP+12玻璃中空層內(nèi)外片玻璃等效厚度計算如下：

通過以上計算可知,同為12mm厚玻璃夾膠片采用1.52SGP夾膠片的玻璃其等效厚度約為采用1.52PVB的玻璃的1.65倍。

按兩種玻璃等效厚度計算其玻璃強度值及撓度值如表1所示。

表1 兩種膠片同種厚度玻璃強度及撓度對比表

由表1可知SGP膠片相比PVB膠片能大大增加玻璃的強度和剛度。因此在超大玻璃板塊使用SGP膠片，可以增加玻璃的安全性能。

3 超大玻璃系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

超大玻璃系統(tǒng)的玻璃面板及玻璃肋的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算在上海市《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 DGJ08-56-2020中第16章有明確規(guī)定，且過往的超大玻璃相關(guān)文章都有過詳細闡述，本文不再做介紹。本文對其他大家容易忽略的部分重點說明。

3.1 座地式玻璃面板適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)豎向變形設(shè)計

在超大玻璃設(shè)計時需要考慮主體結(jié)構(gòu)豎向變形的影響。玻璃頂部與鋼槽邊緣要預(yù)留有足夠的空隙，保證主體結(jié)構(gòu)變形時鋼槽不會擠壓玻璃。并要保證玻璃足夠的入槽深度，防止下端結(jié)構(gòu)發(fā)生沉降時玻璃會脫框。按規(guī)范T/ASSC MC-01的5.7.3要求，頂部預(yù)留空隙應(yīng)考慮主體結(jié)構(gòu)活荷載下的位移量、溫度作用影響以及加工和施工誤差等因素，且不能小于25mm。

玻璃入槽深度要達到玻璃厚度的1.5倍～2倍且不小于主體結(jié)構(gòu)的下沉量[2]。本項目頂部主體結(jié)構(gòu)豎向最大變形為10mm，通過計算溫度作用下玻璃位移量為5.73mm，在考慮10mm的施工誤差，25.73mm可滿足要求。下層主體結(jié)構(gòu)下沉量為5mm，本項目面玻璃總厚度為48mm，1.5倍為72mm。

本項目玻璃頂部與鋼槽邊緣實際預(yù)留了31mm空隙，可以適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)豎向變形及溫度作用要求并滿足規(guī)范25mm最小尺寸要求。本項目實際入槽尺寸為80mm，滿足規(guī)范要求。

3.2 玻璃局部受力設(shè)計及計算

3.2.1 座地式玻璃底部承壓計算。一個玻璃板塊底部通過兩個長度250mm玻璃墊塊傳遞玻璃重量到鋼槽，由于超大玻璃的玻璃板塊比較大，一個玻璃板塊的重量就比較重，且底部與玻璃墊塊接觸的截面比較小，因此此處需要度玻璃進行局部承壓計算，防止玻璃局部破碎。雖然一個玻璃板塊底部有兩個玻璃墊塊，但考慮到主體結(jié)構(gòu)發(fā)生層間位置時玻璃會發(fā)生轉(zhuǎn)動此時玻璃重量只落在一個玻璃墊塊上，所以在計算玻璃局部承壓時只考慮一個玻璃墊塊的接觸面。

具體計算過程示例如下：

玻璃寬度：B=2700mm，玻璃高度：H=9700mm，玻璃厚度：tg =4×12mm，玻璃密度：γg=25.6KN/m2，玻璃側(cè)面承壓強度fg=50.4Mpa，單個墊塊長度：Ls=250mm

永久荷載分項系數(shù)：γG=1.3

墊塊處壓應(yīng)力：

通過上面計算可知本項目玻璃局部承壓滿足要求。

3.2.2 掛式玻璃孔擠壓計算?？紤]到當主體鋼梁發(fā)生變形時，玻璃會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，吊掛玻璃可能會出現(xiàn)僅一個吊點承重的情況，所以在進行玻璃孔擠壓計算時考慮所有荷載由一個玻璃孔承受的情況。另外由于玻璃的彈性模量為72000MPa，而孔內(nèi)填充材料的彈性模量為1750MPa，孔內(nèi)發(fā)生擠壓時，填充材料更容易發(fā)生變形，且玻璃的擠壓強度高于填充材料，因此孔內(nèi)承壓承載力受限于填充材料的擠壓強度，所以此處填充材料需要采用高強度結(jié)構(gòu)膠。

玻璃孔壁及玻璃孔內(nèi)填充材料計算可按上海市《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范[3]》 DGJ08-56-202016.3.17及16.3.18的規(guī)定計算。

具體計算過程示例如下：

通過上面計算可知本項目玻璃孔壁承壓滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)束語

超大玻璃系統(tǒng)設(shè)計需要考慮主體結(jié)構(gòu)變形對整個幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的影響，整個幕墻系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該能夠適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的變形，玻璃入槽要考慮足夠的伸縮空間。

超大玻璃系統(tǒng)設(shè)計需要進行不同受力形式下的玻璃局部受力計算。

超大玻璃系統(tǒng)整個結(jié)構(gòu)傳力體系的設(shè)計應(yīng)根據(jù)主體結(jié)構(gòu)及幕墻系統(tǒng)外觀的要求選擇這個幕墻結(jié)構(gòu)合適的傳力途徑。

超大玻璃板塊宜采用超白玻璃降低其自爆。超大玻璃板塊宜采用SGP膠片增強玻璃的受力性能及安全性能。