肋驳接点式玻璃幕墙的理论分析

蒋雪啸 王卫军

摘 要：笔者主要就肋驳接点式玻璃幕墙的受力特点、传力方式，给出肋驳接点式玻璃幕墙的一般计算公式，并通过工程实例证明此计算公式的可行性，提出肋驳接点式玻璃幕墙设计的重点和关键理论，同时笔者给出大跨度玻璃肋设计时连接玻璃肋夹板的设计方法，胶粘接玻璃肋和不锈钢板连接节点的设计方法，校核胶的粘接强度，并对可行性进行论证。

关键词： 肋驳接； 点式； 玻璃幕墙； 理论分析

一.国内现状及研究意义

自20世纪90年代中期至今，随着我国经济的高速发展，建筑业和幕墙业的发展也是突飞猛进，80年代中期从有框玻璃幕墙到隐框玻璃幕墙，单元式玻璃幕墙，还有铝板、石材幕墙等等。98年全国有了第一个点驳接式幕墙，2000年开始在国内的北京、深圳，南京几个大城市点驳接式玻璃幕墙才有所增长。点驳接式玻璃幕墙，可以简称为点驳式玻璃幕墙，也可以简称点式玻璃幕墙。点式玻璃幕墙是由驳接头和玻璃通过通透式驳接和背切式驳接而组成的，玻璃是重要连接件和受力件。

点驳接式玻璃幕墙，至今十几年的发展，已经演变成多种形式的点式玻璃幕墙体系，就其支撑体系大体可分为钢管点式、拉索点式、拉杆点式、肋驳接点式等；而肋驳接点式就其支撑吊挂方式大体可分为采用钢夹板螺栓吊挂肋玻璃和吊夹吊挂面玻璃、采用吊夹同时吊挂肋玻璃和面玻璃、采用钢夹板螺栓吊挂肋玻璃和驳接爪分层吊挂面玻璃、采用吊夹只吊挂肋玻璃和驳接爪分层吊挂面玻璃。笔者所要研究的肋驳接点式玻璃幕墙，就是面板玻璃采用点支撑受力方式，其面板的支撑结构为玻璃肋，采用的吊挂方式是采用钢夹板螺栓吊挂肋玻璃和驳接爪分层吊挂面玻璃。肋驳接点式玻璃幕墙较钢管式、拉索式和拉杆式更具有明亮开阔，通透晶莹的效果。此种玻璃幕墙适用于很多公共建筑，如：歌剧院、展览大厅、机场候机室、建筑的大堂和大门入口等。

二.理论分析

1 体系传力过程

由于笔者所研究的肋驳接点式玻璃幕墙，采用的吊挂方式是采用钢夹板螺栓吊挂肋玻璃和驳接爪分层吊挂面玻璃，所以垂直面板方向的风载和水平地震荷载均是通过面玻璃传给肋玻璃，再传给支座；平行面板方向的玻璃自重通过驳接爪传给玻璃肋，再由玻璃肋传给支座，而玻璃肋的自重直接由玻璃肋传给支座，体系的基本传力过程。

水平荷载作用（风荷载+地震荷载） 玻璃面板 玻璃肋 支座

玻璃面板自重 玻璃肋 支座

竖向荷载作用

玻璃肋自重 支座

图1 体系传力过程

2 玻璃肋及其连接设计

2.1 玻璃肋的设计：

每个分格处作用在玻璃肋上的的竖向力

N1=γQ1（Gkb+Gkl） （2.1.1）

γQ1-风荷载分项系数；

Gkb –每个分格处面板自重荷载标准值；

Gkb=l×B×t×γ玻×1.1 （2.1.2）

Gkl -每个分格处玻璃肋自重荷载标准值；

Gkl=l×B×t×γ玻×1.1 （2.1.3）

γ玻-玻璃的容重（KN/m2）；

l -分格高（m）；

B-分格宽（m）；

t-玻璃厚度（m）；

1.1-自重放大系数；

每个分格处作用在玻璃肋上的水平力：

P1=γQ1Wk+γQ2ΨC1Ek

γQ1-风荷载分项系数；

γQ2-地震荷载分项系数；

ΨC1-地震荷载组合系数；

Wk-每个分格处风荷载标准值；

Wk=l×B×wk （2.1.4）

wk-风荷载标准值（KN/m2）；

wk=βgZ×μs1×μz×Wo （2.1.5）

βgZ –高度Z处的阵风系数；

μs -风荷载体型系数；

μz –风压高度变化系数；

Wo –基本风压（KN/m2）。

Ek –每个分格处地震荷载标准值；

Ek=βeαmax（Gkb+Gkl） （2.1.6）

βe-动力放大系数

αmax-水平地震影响系数最大值

玻璃肋两端铰接在土建结构上，下部放开竖向约束，则玻璃肋的受力模型采用简支梁计算模型。根据《建筑静力学计算手册》中，单跨简支梁计算公式得，当n为奇数时，

玻璃肋跨中挠度应满足：

（2.1.7）

f-玻璃肋跨中的挠度；

n-玻璃肋的受力个数；

E-玻璃的弹性模量；

I-玻璃肋的惯性矩；

P1-作用在玻璃肋每分格处的水平力；

L-玻璃肋的跨度；

玻璃肋强度应满足：

（2.1.8）

σ-玻璃肋的强度；

N-作用在玻璃肋上的竖向力；

N=10P

M-作用在玻璃肋上的弯矩；

（2.1.9）

2.2 节点设计：

2.2.1 胶连接的节点设计：

由于玻璃肋采用上部悬挂式连接方法，所以上部支座处的反力最大，则只校核上部节点即可，至于玻璃肋断开处节点需要该处设计成与玻璃肋等强。连接螺栓起到增大连接板和玻璃肋间摩擦力和限位的作用，因现无具体资料和试验能够清楚说明摩擦力大小，因此本次计算保守考虑，只计算AB胶的粘接力，则

（2.2.1）

F-作用在玻璃肋上支点的合力；

σj-AB胶的粘接应力设计值；

A0j-AB胶的有效粘接面积。

2.2.2 摩擦力连接的节点设计：

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003中，高强螺栓的设计预拉力计算公式：

（2.2.2）

A0b-高强螺栓的有效截面面积；

fu-高强螺栓材料经热处理后的最低抗拉强度，对于8.8S螺栓，fu=830N/mm2；10.9S螺栓，fu=1040N/mm2；

由 （2.2.3）

（2.2.4）

且 （2.2.5）

μ-高强螺栓的摩擦面抗滑移系数；

nf-传力摩擦面数目：单剪时，nf=1；双剪时，nf=2；

n-连接高强螺栓的数目；

σb-玻璃的强度设计值；

A0-钢板和玻璃的有效挤压面积。

2.3 稳定性设计：

对于跨度较大的玻璃肋，考虑在远离驳接点位置（即玻璃肋断开处）加平衡不锈钢管以保持玻璃肋稳定，根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003中的规定来考虑稳定性设计，且宜采用吊挂式。

三.结论

1.笔者研究的胶粘连接玻璃肋的连接方法适用于大跨度肋驳接点式玻璃幕墙；

2.笔者建议粘接胶应考虑胶的下垂度，失效期，最大伸长率等因素；

3.笔者给出只考虑摩擦力连接的节点设计中抗滑移系数的计算公式（2.2.4）；

4.连接不应设计在靠近弯矩中心的位置；

5.连接节点处不宜用螺栓承重，应减少螺栓数量采用胶粘连接玻璃肋的做法。

参考文献：

[1]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003；

[2]《建筑玻璃應用技术规程》JGJ113-2009；

[3]《建筑结构静力计算手册（第二版）》；

[4]《坚朗点支式幕墙配件典型产品目录》2010年版；

[5]《钢结构设计规范》GB50017-2003。