基于结构胶粘接不同厚度的建筑幕墙结构抗变形能力

徐志彪

摘 要：隨着建筑幕墙结构的不断发展，隐框式建筑幕墙逐渐成为主要发展趋势，其中需要使用结构胶将玻璃粘接到框架上，所以为了提高建筑幕墙的安全性，有必要对结构胶粘接性能对建筑幕墙安全性的影响进行分析。结构胶粘接不同厚度对粘接性能的影响比较突出，于是文章主要分析结构胶粘接不同厚度对建筑幕墙结构抗变形能力的影响。文章对环氧树脂结构胶和丙烯酸酯结构胶进行实验分析，研究结构胶粘接厚度对结构胶变形能力和建筑幕墙变形能力的影响。实验结果表明，当粘接厚度不断增加时，两种结构胶的剪切强度和拉伸强度先增加后降低;当丙烯酸酯结构胶的粘接厚度为0.6时，环氧树脂结构胶的粘接厚度为0.4时，结构胶的拉伸剪切强度为最大值，此时建筑幕墙变形程度受到结构胶粘接变形影响最小;丙烯酸酯结构胶整体变形和建筑幕墙之间的存在正相关性，且结构胶变形是建筑幕墙结构变形位移量的19%～20%。

关键词：结构胶;厚度;建筑幕墙结构;变形

中图分类号：TQ436+.2  文献标识码：A     文章编号：1001-5922（2021）10-0103-04

Deformation Resistance of Building Curtain Wall Structures Based on Structural Adhesive Bonding of Different Thicknesses

Xu Zhibiao

（Yangling Vocational and Technical College， Yang Ling 712100， China ）

Abstract：With the continuous development of the building curtain wall structure， the hidden frame building curtain wall has gradually become the main development trend， which requires the use of structural glue to bond the glass to the frame， so in order to improve the safety of building curtain walls， it is necessary to analyze the influence of structural adhesive bonding performance on the safety of building curtain walls. Different thickness of structural adhesive bonding has a prominent influence on bonding performance， so the paper mainly analyzes the influence of different thickness of structural adhesive bonding on the deformation resistance of building curtain wall structure. This paper conducts an experimental analysis on epoxy resin structural adhesive and acrylic structural adhesive， and studies the influence of the bonding thickness of structural adhesive on the deformability of structural adhesive and the deformability of building curtain wall. The experimental results show that when the bonding thickness increases， the shear strength and tensile strength of the two structural adhesives first increase and then decrease; when the bonding thickness of the acrylic structural adhesive is 0.6， when the bonding thickness of the epoxy structural adhesive is 0.4， the tensile shear strength of the structural adhesive is the maximum value， at this time， the deformation of the building curtain wall is least affected by the deformation of the structural adhesive; there is a positive correlation between the overall deformation of the acrylic structural adhesive and the building curtain wall， and the deformation of the structural adhesive is 19% to 20% of the deformation displacement of the building curtain wall structure.

Key words：structural glue; thickness; building curtain wall structure; deformation

随着科学技术的不断发展，建筑幕墙从明框玻璃幕墙发展到隐框玻璃幕墙，隐框玻璃幕墙通过使用结构胶将玻璃固定在幅框上，然后再将幅框固定到主框上[1-2]。这种幕墙结构相比于明框玻璃幕墙在材料的浪费上比较少，并且更加美观[3]。由于隐框玻璃幕墙是使用结构胶将玻璃进行粘接固定，一开始这种幕墙结构并不被我国人民認可，担心粘接效果不牢固就容易发生重大安全事故。随着我国对隐框玻璃幕墙的不断深入研究，其中主要包含对结构胶力学性能的分析，然后使用合适的粘接工艺，将玻璃能够稳定牢固的固定在副框上[4-6]。再加上隐框玻璃幕墙的外表具有干净、整洁、美观的特点，使其在建筑建设中使用范围更加广泛。比较典型的隐框玻璃幕墙工程就是北京环球贸易中心，其中全部使用的隐框玻璃幕墙作为外围护结构。在隐框玻璃幕墙设计中，结构胶厚度直接影响着建筑幕墙结构抗变形能力，在一定程度上能够说明结构胶厚度对建筑幕墙的安全性能有着非常重要影响，所以有必要对结构胶厚度进行分析设计，从而提高建筑幕墙的安全性能，提高建筑幕墙的抗变形能力[7-8]。

1 实验部分

1.1 实验材料和仪器

本实验中选择两种不同类型的结构胶作为研究对象，分别为环氧树脂结构胶和丙烯酸酯结构胶，实验过程还需要的主要材料有：工业酒精、钢质立柱（30mm×120mm）、粗砂纸、玻璃面板等。

实验过程中需要的主要仪器为电子万能试验机。

1.2 试样制备

首先对四根钢质立柱进行清洁，用工业酒精清洁完成之后，再用砂纸打磨，将立柱表面的污渍和锈垢清除干净，目的在于使得钢片表面清洁光泽，从而有利于结构胶的粘接固定。然后在被粘接试件上涂抹结构胶，结构胶的粘接面积设置为15mm×25mm，粘接厚度分别设置为0.2mm、0.4mm、0.6mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm。于是每一种结构胶需要设置6个试件。最后玻璃面板粘接到立柱上，并且将接触压设置为固化压力。

1.3 实验方案

研究结构胶粘接厚度对建筑幕墙抗变形能力的影响，首先实验中将测试结构胶粘接厚度对结构胶变形能力的影响，其测试方式是使用电子万能试验机，将不同厚度的结构胶的试件放于仪器上之后，使用恒定加载速度对其进行测量，并且将加速度设置为2.5mm/min，当试件遭到破坏变形之后，立即停止加载，记录此时试件的复合上限，然后使用此时的恒定荷载施加于试件，直至其完全破坏为止，于是记录结构胶粘接破坏类型。

最后实验需要测试结构胶变形对建筑幕墙变形能力的影响，其测试方式同样需要使用到电子万能测试机，研究幕墙的变形能力，实验中对幕墙面板的4个角落设置测点，其中A-1、A-2、B-1、B-2表示的拉伸变形，A-3、A-4、B-3、B-4表示的是剪切变形，其中A表示水平结构胶角点区域，B表示垂直结构胶角点区域。使用仪器对不同测点进行测试时，其中加载方式设置为单向加载，加载控制设置为位移加载控制。加载完成之后，需要获得实验过程中的水平推力和建筑幕墙测向变形位移，最后还需要得到获得结构胶剪切和拉伸的变形。

2 实验结果

通过上述的实验过程可知，实验中测试了结构胶粘接厚度对结构胶变形能力和建筑幕墙变形能力的影响，所以最后获得结果主要表现在这两个方面。下面将对这两种结果分别进行分析。

2.1 对结构胶变形能力的影响

玻璃面板通过使用结构胶进行粘接固定，结构胶的粘接厚度不同，必然会影响到结构胶的变形能力。结构胶粘接厚度就是玻璃面板和立柱之间的胶粘剂的厚度，当结构胶受到外力的作用之后，粘接强度受到影响，就会使得玻璃幕墙出现相应的变形[9-10]。一般情况下，受到外力的影响之后，主要会出现4种不同形式的变形，分别为结构胶变形、粘接界面变形、被粘接构件变形和综合变形。其中粘接界面变形可以通过相应的方式的防止出现，即结构胶到达一定的粘接厚度之后，受到外力的影响下，结构胶的厚度层中会出现一种内聚变形，然后构件使用的结构胶具有非常好的粘接质量，就算受到外力的影响，也不会出现粘接界面变形现象。从而可知通过分析结构胶厚度能够提高建筑幕墙的抗变形能力。

首先对实验现象进行分析，在实验过程中，不管是何种厚度的结构胶，试件受到破坏之后，试件上都会存在一定量的结构胶，并且结构胶的外表较为光滑，但是在没有结构胶的区域中，没有出现变形后的毛刺，于是能够从实验现象中分析出结构胶不同粘接厚度情况下的结构胶变形表现为粘接界面变形。

再对实验结果进行分析，结构胶粘接不同厚度对结构胶的剪切和拉伸变形影响如图1和图2所示，其中包含使用两种不同结构胶的变形结果。

从图1中可以看出，不管是何种结构胶类型，当结构胶粘接厚度不断增加时，结构胶的剪切强度变化趋势是先增加后降低;然后对比两种结构胶，可以发现当结构胶粘接厚度相同时，丙烯酸酯结构胶的剪切强度明显强于环氧树脂结构胶;另外当结构胶粘接厚度为0.6mm时，丙烯酸酯结构胶的剪切强度达到最大值，当结构胶粘接厚度为0.4mm时，环氧树脂结构胶的剪切强度达到最大值，在此粘接厚度条件下，建筑幕墙变形程度受到结构胶粘接变形影响最小;从折线的变化趋势可以看出，当结构胶粘接厚度越来越大，且剪切强度开始降低之后，厚度越大，剪切强度的降低情况越发显著。

从图2中可以看出，当结构胶粘接厚度不断增加时，两种结构胶的拉伸强度变化趋势是先增加后降低;对两种不同结构胶进行比较，当结构胶粘接厚度相同时，发现丙烯酸酯结构胶的拉伸强度明显大于环氧树脂结构胶;当结构胶粘接厚度为0.6mm时，丙烯酸酯结构胶的剪切强度达到最大值，当结构胶粘接厚度为0.4mm时，环氧树脂结构胶的剪切强度达到最大值，在此粘接厚度条件下，建筑幕墙变形程度受到结构胶粘接变形影响最小。

所以，综合上述分析，不同结构胶应用于建筑幕墙中的最适合厚度存在差别，本文研究的两种结构胶中，丙烯酸酯结构胶具有更好的应用效果;另外，当丙烯酸酯结构胶的粘接厚度为0.6时，环氧树脂结构胶的粘接厚度为0.4时，建筑幕墙变形程度受到结构胶粘接变形影响最小。

建筑幕墙中使用的结构胶会受到不同因素的影响，加之结构胶粘接界面或者其自身会存在一些缺陷，比如有裂缝和微孔等，这些缺陷就会导致结构胶出现应力集中现象，即该应力集中的位置承载力就会明显的大于应力均值，最终就会造成结构胶整体大面积变形[11]。大多情况结构胶都会存在这样的缺陷，并且当所用的结构胶尺寸和体积越大时，结构胶内部缺陷存在概率也会越大，所以在建筑幕墙中使用的结构胶厚度越大时，其内部微孔和裂缝就会越大，结构胶的剪切强度和拉伸强度就会出现下降趋势。但是结构胶厚度也不是越小越好，因为结构胶厚度太小，与试件之间的接触牢固程度就会降低，其剪切强度和拉伸强度就会比较小，就会导致粘接界面较弱和应力集中问题，所以结构胶厚度不断增加时，结构胶的剪切强度和拉伸强度的变化趋势是先增加后降低。

2.2 对建筑幕墙抗变形能力的影响

通过上述实验分析之后，可知相比于环氧树脂结构胶，丙烯酸酯结构胶具有更好的性能，于是在研究结构胶粘接不同厚度对建筑幕墙抗变形能力的影响实验中只分析丙烯酸酯结构胶，且将其粘接厚度设置为0.4mm时进行实验。其实验过程中得到不同测点变形结果如表1所示，结构胶变形和建筑幕墙变形位移间的相关性如图3所示，从表和图中可以看出，结构胶内部的变形包含剪切变形和拉伸变形，并且结构胶的拉伸变形和剪切变形与建筑幕墙变形之间存在线性相关性。从图中可以看出，当建筑幕墙变形位移不断增加时，拉伸强度和剪切变形随之不断增加;当结构胶处于初始加载阶段时，即建筑幕墙变形位移比较小时，4个不同测点在拉伸变形上面的区别变化非常小，即变形大致上统一，但是在加载经过一段时间之后，也就是建筑幕墙结构变形位移提升之后，4个测点区域在拉伸变形上面存在比较大的不一致性，即存在不同程度的离散性。出现这种变化特点主要原因在于建筑幕墙面板下面存在托条，当建筑结构胶受到一定荷载作用之后，托条会对竖向自由转动变形产生一定的制约。另外，从图中观察剪切变形的变化可知，结构胶在不同测点区域剪切变形值之间的变化范围比较小，即使当建筑幕墙变形位移不断增加之后，每个点的剪切变形波动较小，同时能够看出各值的离散性不显著。

上述实验结果为4个不同点区域的变形，最后还分析了建筑幕墙结构胶角点区域的整体变形计算，其结果如表2所示。从表中可以看出，结构胶受到不同荷载的影响之后，产生的变形是建筑幕墙结构变形位移量的19%到20%，并且能够看到结构胶变形和建筑幕墙变形存在正相关性。从表中还可以看出当进驻幕墙层间位移角不断增加时，结构胶总变形也处于不断增加的趋势;另外，当建筑幕墙层间位移角越来越大之后，也就是大于或等于1/240之后，结构胶变形和建筑幕墙变形之间的相关性没有发生变化，一直处于20%。

3 结语

随着建筑幕墙的不断使用，对其使用性能要求不断提高，其中使用的结构胶粘接厚度不同，对建筑幕墙结构变形影响程度不同。通过上文分析结构胶不同厚度对结构胶自身变形影响和结构胶变形和建筑幕墙结构变形之间的相关性可以，不同结构胶的粘接厚度对自身变形影响程度存在差别，所以在选择建筑幕墙的结构胶之后需要根据其要求指标选择合适的结构胶。文章研究的两种结构胶，当其粘接厚度不断增加之后，两种结构胶受到荷载的影响之后，其剪切强度和拉伸强度的变化趋势是先增加后降低，所以并不是结构胶粘接厚度越厚，其粘接强度就会越强，需要根据不同结构胶的特点，选择最为合适的粘接厚度，从而使得其力学性能达到最优值;对于文章分析的两种结构胶中，丙烯酸酯结构胶具有更好的应用效果;另外，当丙烯酸酯结构胶的粘接厚度为0.6时，环氧树脂结构胶的粘接厚度为0.4时，结构胶的拉伸强度和剪切强度达到最大值，建筑幕墙变形程度受到结构胶粘接变形影响最小;最后结构胶整体变形和建筑幕墙之间的存在正相关性，且结构胶变形是建筑幕墙结构变形位移量的19%～20%。

参考文献

[1]孙启，徐立春.隐框玻璃幕墙结构形式研究[J].山西建筑，2011，37（014）：36-38.

[2]趙艳敏，马洪旭.构件式隐框玻璃幕墙设计与性能试验研究[J].山西建筑，2017，43（2）：45-47.

[3]翟继峰.浅议全隐框玻璃幕墙的质量控制[J].安徽建筑，2009，16（3）：56-58+81.

[4]吴懿.既有玻璃幕墙硅酮结构胶现场检测技术[J].建筑技术，2012，43（10）：919-921.

[5]刘军进，李建辉，黄小坤，等.隐框玻璃幕墙硅酮结构胶粘结厚度设计方法[J].建筑科学与工程学报，2015 （5）：39-46.

[6]刘军进，刘荣成，严凡，等.玻璃幕墙结构胶的荷载敏感性研究[J].中国建筑防水，2019（7）：33-36.

[7]张晓通，王秀丽，李建辉，等.隐框玻璃幕墙硅酮结构胶在主体结构侧移下的变形性能研究[J].建筑科学，2015，031（03）：43-49.

[8]夏洪.胶粘剂在建筑幕墙中的应用及粘接可靠性分析[J].粘接，2020（8）：1-5.

[9]康子健，周文亮.硅酮结构胶粘结厚度不同计算校核方法的分析比较[C].//中国建筑金属结构协会.2013年全国铝门窗幕墙行业年会论文集，2013：139-144.

[10]张晓通，李建辉，刘军进，等.隐框玻璃幕墙结构胶粘结厚度设计的研究现状与展望[C].//中国建设科技集团%东南大学%《建筑结构》杂志社.第四届建筑结构抗震技术国际会议论文集，2014：750-754.

[11]王继林，王慧，丁亚军.外贴碳纤维粘贴界面应力集中研究[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2004，27（7）：829-832.