浅谈某项目超大玻璃幕墙设计

陈加佳

华东建筑设计研究院有限公司 上海 200011

引言

在我国，随着国内企业对大玻璃的生产加工技术的研发及建筑对通透建筑效果的追求，国内采用超大板块玻璃系统的工程越来越多。本文通过某项目外立面幕墙中超大玻璃系统的设计进行阐述，以供类似工程参考。

1 项目概况

某项目总用地面积2,118m2，建筑占地面积1,616m2。项目现状为一栋“L”型的单体建筑。地下二层、地上六层，总建筑面积共计11190.89m2（其中地上面积7929.43m2，地下面积3261.46m2），建筑高度28.4m。其中超大玻璃系统位于本项目的东侧主入口大堂及北侧内庭院大堂，超大玻璃系统幕墙面积约400m2左右。

2 超大玻璃系统介绍

2.1 系统基本信息

某项目超大玻璃系统采用玻璃肋支撑系统，东侧入口大堂的玻璃板宽大小为9550mm×2500mm，北侧内庭院大堂的玻璃板宽大小为9550mm×2700mm。面板玻璃配置为12+1.52SGP+12（双银LOW-E）+12AR+12+1.52SGP+12钢化中空夹胶超白玻璃，玻璃肋配置为12+1.52SGP+12+1.52SGP+12+1.52SGP+12+1.52SGP+12钢化夹胶玻璃。其标准节点如图1所示。

图1 标准节点

2.2 超大玻璃幕墙系统设计

2.2.1 玻璃抗风设计。

2.2.1.1 超大玻璃系统的面玻璃采用四边简支固定，顶部和底部的玻璃短边插入钢槽，竖直方向的玻璃长边通过结构胶粘接在玻璃肋上，结构胶厚度为15mm。

2.2.1.2 超大玻璃系统的标准玻璃肋顶底插入钢槽固定。

2.2.1.3 钢槽通过钢转接件与后置埋件焊接。

2.2.1.4 主入口上方B区域的玻璃肋L顶端悬挂于主体结构，可承受水平风荷载作用，底端支撑在玻璃梁H上，玻璃梁H将风荷载最终传递至两端主体钢立柱上（各部位具体位置见图2所示）。

图2 主入口上方B区域示意图

2.2.2 玻璃重力设计。

2.2.2.1 超大玻璃系统的标准面玻璃和肋玻璃底部支撑，通过2个垫块将自重穿至底部钢槽。

2.2.2.2 主入口上方B区域的面玻璃和玻璃肋L顶部打孔吊挂，自重传递至上方主体结构，玻璃肋L仅承受自身重量（各部位具体位置见图2所示）。

2.2.2.3 内庭院不锈钢框架K上方的面玻璃重力传递至上方主体结构（钢架K具体位置见图3所示）。

图3 内庭院不锈钢框架示意图

2.2.3 系统防火构造。

2.2.3.1 建筑室内设有消防喷淋

2.2.3.2 层间防火采用1.5mm厚镀锌钢板承托100mm厚防火岩棉作为水平防火封修。凡防火构造的拼缝处均采用防火密封胶密封。（按最新规范层间防火已调整为1.5mm厚镀锌钢板承托200mm厚防火岩棉）。

2.3 玻璃选材原则及超大玻璃材料要求

2.3.1 玻璃选材原则。

2.3.1.1 本项目采用超白玻璃以保障玻璃基本不自爆。

2.3.1.2 本项目采用SGP双夹胶，以保障夹层玻璃其中一片破碎之后仍然具有较大的承载能力。SGP材质硬质大强度高。强度是PVB的5倍，硬度是PVB的100倍。SGP夹层玻璃具有超强的破碎后的安全性能，在玻璃破碎后由于其自身的结构强度，仍能承受强大的承载力。相对于PVB，SGP有极好的边部稳定性和耐久性，可有效减少脱胶现象，从而保障夹层玻璃的安全。SGP夹胶玻璃强度近似于相同厚度的单片玻璃，保证本项目玻璃的强度和稳定均处于较高的安全水平。以下以同种玻璃厚度PVB及SGP两种玻璃胶片材质计算相同板块玻璃对比两种胶片的差异[1]。玻璃板块尺寸：9700mm×2700mm；12+1.52pvb+12（双银LOW-E）+12AR+12+1.52PVB+12玻璃中空层内外片玻璃等效厚度计算如下：

12+1.52SGP+12（双银LOW-E）+12AR+12+1.52SGP+12玻璃中空层内外片玻璃等效厚度计算如下：

通过以上计算可知,同为12mm厚玻璃夹胶片采用1.52SGP夹胶片的玻璃其等效厚度约为采用1.52PVB的玻璃的1.65倍。

按两种玻璃等效厚度计算其玻璃强度值及挠度值如表1所示。

表1 两种胶片同种厚度玻璃强度及挠度对比表

由表1可知SGP胶片相比PVB胶片能大大增加玻璃的强度和刚度。因此在超大玻璃板块使用SGP胶片，可以增加玻璃的安全性能。

3 超大玻璃系统结构设计

超大玻璃系统的玻璃面板及玻璃肋的结构设计及计算在上海市《建筑幕墙工程技术规范》 DGJ08-56-2020中第16章有明确规定，且过往的超大玻璃相关文章都有过详细阐述，本文不再做介绍。本文对其他大家容易忽略的部分重点说明。

3.1 座地式玻璃面板适应主体结构竖向变形设计

在超大玻璃设计时需要考虑主体结构竖向变形的影响。玻璃顶部与钢槽边缘要预留有足够的空隙，保证主体结构变形时钢槽不会挤压玻璃。并要保证玻璃足够的入槽深度，防止下端结构发生沉降时玻璃会脱框。按规范T/ASSC MC-01的5.7.3要求，顶部预留空隙应考虑主体结构活荷载下的位移量、温度作用影响以及加工和施工误差等因素，且不能小于25mm。

玻璃入槽深度要达到玻璃厚度的1.5倍～2倍且不小于主体结构的下沉量[2]。本项目顶部主体结构竖向最大变形为10mm，通过计算温度作用下玻璃位移量为5.73mm，在考虑10mm的施工误差，25.73mm可满足要求。下层主体结构下沉量为5mm，本项目面玻璃总厚度为48mm，1.5倍为72mm。

本项目玻璃顶部与钢槽边缘实际预留了31mm空隙，可以适应主体结构竖向变形及温度作用要求并满足规范25mm最小尺寸要求。本项目实际入槽尺寸为80mm，满足规范要求。

3.2 玻璃局部受力设计及计算

3.2.1 座地式玻璃底部承压计算。一个玻璃板块底部通过两个长度250mm玻璃垫块传递玻璃重量到钢槽，由于超大玻璃的玻璃板块比较大，一个玻璃板块的重量就比较重，且底部与玻璃垫块接触的截面比较小，因此此处需要度玻璃进行局部承压计算，防止玻璃局部破碎。虽然一个玻璃板块底部有两个玻璃垫块，但考虑到主体结构发生层间位置时玻璃会发生转动此时玻璃重量只落在一个玻璃垫块上，所以在计算玻璃局部承压时只考虑一个玻璃垫块的接触面。

具体计算过程示例如下：

玻璃宽度：B=2700mm，玻璃高度：H=9700mm，玻璃厚度：tg =4×12mm，玻璃密度：γg=25.6KN/m2，玻璃侧面承压强度fg=50.4Mpa，单个垫块长度：Ls=250mm

永久荷载分项系数：γG=1.3

垫块处压应力：

通过上面计算可知本项目玻璃局部承压满足要求。

3.2.2 挂式玻璃孔挤压计算。考虑到当主体钢梁发生变形时，玻璃会发生偏转，吊挂玻璃可能会出现仅一个吊点承重的情况，所以在进行玻璃孔挤压计算时考虑所有荷载由一个玻璃孔承受的情况。另外由于玻璃的弹性模量为72000MPa，而孔内填充材料的弹性模量为1750MPa，孔内发生挤压时，填充材料更容易发生变形，且玻璃的挤压强度高于填充材料，因此孔内承压承载力受限于填充材料的挤压强度，所以此处填充材料需要采用高强度结构胶。

玻璃孔壁及玻璃孔内填充材料计算可按上海市《建筑幕墙工程技术规范[3]》 DGJ08-56-202016.3.17及16.3.18的规定计算。

具体计算过程示例如下：

通过上面计算可知本项目玻璃孔壁承压满足规范要求。

4 结束语

超大玻璃系统设计需要考虑主体结构变形对整个幕墙系统结构的影响，整个幕墙系统设计应该能够适应主体结构的变形，玻璃入槽要考虑足够的伸缩空间。

超大玻璃系统设计需要进行不同受力形式下的玻璃局部受力计算。

超大玻璃系统整个结构传力体系的设计应根据主体结构及幕墙系统外观的要求选择这个幕墙结构合适的传力途径。

超大玻璃板块宜采用超白玻璃降低其自爆。超大玻璃板块宜采用SGP胶片增强玻璃的受力性能及安全性能。