拉索玻璃幕墙抗风压安全性能实验研究

骆瑞萍 周海鸥

(湖北省建筑科学研究设计院，湖北 武汉 430071)

0 引言

玻璃幕墙由于其采光面积大、外表华丽、造型美观，施工便利，因而被广泛用于各种建筑物的外围护结构，是现代建筑的重要组成部分。随着现代结构设计水平的发展，玻璃幕墙结构形式由单一的框架式发展为更多元化，其抗风压性能也越来越受到重视［1-4］。楼文娟等通过试验方法研究了“L 形”和“一字形”幕墙的风压分布特性［5］，董军等通过风洞试验分析了复杂环境中玻璃幕墙设计风压［6］。预应力拉索幕墙作为支撑结构的玻璃幕墙以其简洁通透，施工速度快，节省空间的特点越来越广泛的应用于幕墙结构形式中［7］，但是它抗风压安全性能缺少深入的研究。本文将通过室内实验方法对拉索幕墙的风压变形性能进行分析，对其安全性进行评价。

1 拉索幕墙特点及实验概况

预应力拉索结构体系是点支幕墙建筑较新的一种支撑结构。其杆件纤细，结构轻盈，越来越受到建筑设计者的青睐。但是它却是一种具有较大张力索的柔性结构，其刚度比较小，抗风压变形大，结构工作敏感性强。风压作用下的变形控制是设计和施工的难题。

本实验拉索幕墙箱体为自行设计的竖向拉索玻璃幕墙，主要由锚索、锚定结构、索桁架、玻璃面板、连接爪及垫层材料组成。本试验板块尺寸为10.9 m×10.6 m，由6 根索和25 块中空玻璃组成。张拉索根据索的张力对称布置，从左到右张力分别为180.87 kN，125.0 kN，103.9 kN，103.9 kN，125.0 kN，180.87 kN。拉索直径为38 mm 高钒索，玻璃尺寸为2.5 m×2.0 m。试验变形风压为0.4 kPa，极限试验风压为1.0 kPa。

2 拉索幕墙实验研究

2.1 实验方法

在试件拉索及玻璃上，安装好位移测量仪器。第二根拉索和第三根拉索分别布置3 个测点(测点1～测点6)，测点位置为受力拉索的中点位置和两端头向中心移10 mm 处。玻璃测点位置布置在玻璃的中央处(测点7)。

测点布置如图1 所示。

首先在正负压施加前分别施加三个压力脉冲，压力差绝对值为500 Pa，持续时间为3 s，加压速度宜为100 Pa/s，等到压力回0后开始进行实验。

2.2 变形测量

第一阶段实验为正负风压实验。

先进行正风压实验，后进行负风压实验。实验压力分级升降;每级升、降压力差值不超过风荷载标准值的10%，每级压力作用时间不少于10 s。压力的升、降值达到幕墙风荷载标准值的40%(p1=400 Pa)时停止实验。记录每级压力差作用下的面法线位移量。

图1 测点布置图

第二阶段实验为反复受荷实验。

以实验压力p2=600 Pa 为平均值，以平均值的1/4 为波幅(450 Pa～750 Pa)，进行波动实验，先后进行正负风压实验。波动压力周期为5 s～7 s，波动次数不少于10 次。记录反复实验风压值±p2，并记录出现功能性障碍或损坏的状况和部位。

第三阶段实验以p3=1 000 Pa 进行安全性分析。

压力持续时间不少于3 s。测试面法线的位移量、功能障碍或损坏的状况和部位。

2.3 实验结果分析

根据测点1～测点7 分别在不同的压力差下实验得出的变形量计算出拉索2、拉索3 和玻璃的面法线挠度值，计算结果如表1所示。

表1 面法线挠度值

实验得出，拉索2、拉索3 和玻璃在正向和负向安全检测时的面法线残余变形量均为0 mm;但是，正向变形实验时的面法线残余变形分别为6.53 mm，10.84 mm 和2.26 mm，负向变形实验的面法线残余变形分别为6.75 mm，11.03 mm 和2.18 mm。面法线挠度的变化规律如图2 所示。拉索2、拉索3 和玻璃的变形实验时的面法线位移均为非线性变化。达到最大风压时，拉索的最大挠度值为149.87 mm，设计计算容许值为196 mm;玻璃最大挠度值为40.51 mm，设计计算容许值为40.8 mm。实验发现，在设计风压下，各构件均处于弹性变形状态，抗风压变形试验值与设计计算值比较吻合。

图2 面法线挠度变化规律

2.4 结构安全性评价

根据抗风压实验前后的气密性结果来判断拉索玻璃幕墙结构的安全性。抗风压实验之前，压力差为300 Pa 时，幕墙整体透气量为31.10 m3/h，单位面积透气量为0.31 m3/h·m-2，符合设计要求。抗风压实验之后，压力差为300 Pa 时，幕墙整体透气量为32.60 m3/h，单位面积透气量为0.33 m3/h·m-2。前后相差为4.8%，在工程允许误差范围内。因此原幕墙结构在风压设计荷载作用下，各部分构件均未发生破坏现象。

3 结论与建议

拉索幕墙作为一种新兴的幕墙结构，由于其刚度小，变形大，拉索和幕墙玻璃的面法线挠度随风压差的增大呈非线性增加的变化趋势。需对其进行详细的变形验算及抗风压试验，使之满足其抗风压变形要求。

［1］顾 明，黄 鹏.双层玻璃幕墙风压分布特性的试验研究［J］.建筑结构，2005，35(6):68-71.

［2］蒋 荃，刘玉军，刘正权.铝塑复合板幕墙抗风压性能试验研究［J］.新型建筑材料，2006(8):58-60.

［3］张士翔.建筑幕墙风压变形性能检测数据与常见现象分析［J］.门窗，2007(9):13-15.

［4］骆瑞萍，刘 凡.建筑门窗幕墙抗风压变形检测［J］.中华建设，2012(12):250-251.

［5］楼文娟，张 敏，沈国辉.L 形和一字形双层幕墙平均风压分布特性的试验研究［J］.建筑结构学报，2009，30(1):120-125.

［6］董 军，毛黎明，季克和.复杂环境中玻璃幕墙设计风压风洞试验［J］.自然灾害学报，2009，18(6):175-181.

［7］张连飞，区 彤，谭 坚.拉索幕墙在建筑工程中的应用［J］.建筑结构，2013，43(S1):371-376.