点式玻璃幕墙的分类、结构特征、设计及施工.doc

点式玻璃幕墙的分类、结构特征、设计及施工一、前言 点式玻璃幕墙又称点驳接玻璃幕墙、点支式玻璃幕墙、点式无框玻璃幕墙、拉维来特玻璃幕墙等，是于二十世纪六、七十年代首先在国外开发出来的新型幕墙结构安装体系，是随着玻璃物理性能和玻璃加工的提高及建筑事业的发展而产生和不断完善的。点式玻璃幕墙充分利用了玻璃材料通透的特性，使建筑物内外空间融为一体，扩大了建筑物内部的空间感，同时也从外立面效果显示了建筑的结构美。巴黎罗浮宫玻璃金字塔、法国拉维来特科学城、德国莱比锡展览中心以及我国的上海大剧院等建筑堪称点式玻璃幕墙应用的典范。二、点式玻璃幕墙的分类及结构特征 第一代点式玻璃幕墙为夹板式或补丁式幕墙，其基本结构是在玻璃四角打孔，以矩形金属板及螺栓内外夹紧固定，位于内侧的金属板再与支承结构连接，玻璃通过夹板承接并将自重力和其它荷载力传至支承结构及建筑结构上。夹板式连接方法因其金属夹板与玻璃接触面较大，限制玻璃在风压作用下的均匀弯曲变形，在金属板与玻璃接触边缘会造成较大的应力集中，且外观效果较差，因此目前已较少采用。 第二代点式玻璃幕墙为皮尔金顿平面系统，其基本结构为在玻璃四角钻孔，然后用螺柱固定，为了减少钻孔部位的附加应力，在支撑结构连接处设置柔性垫片，并用弹簧支撑螺栓安装，形式有沉头式和浮头式两种。此种结构对外立面效果的改善做了很大的改进，但因其四角用螺栓直接与板后的支撑结构固定，螺栓连接处的自由位移空间较小，使钻孔边缘仍产生较大的附加应力，所以有逐渐被第三代结构所取代的趋势。 第三代点式玻璃幕墙为铰接螺栓，连接固定方式，又称拉维来特式系统。基本结构仍为在玻璃四角钻孔，用螺栓固定，与皮尔金顿系统不同的是连接螺栓采用球铰状螺栓紧固玻璃，球铰螺栓可在10范围内转动，其转动中心与玻璃板中心一致，这种上结构体系可大大减少连接处的附加弯矩，减少了因附加弯矩产生局部应力集中造成的玻璃破裂现象，使整个墙面在风压作用下更趋近一种柔性体系，缓和了风压对幕墙造成的破坏。三、点式玻璃幕墙的材料及结构附件 1玻璃 点式幕墙墙面全部以玻璃板块连接拼装而成。理想的玻璃材料具有较高的温强。但在平板玻璃的实际制造过程中，不可避免地会在其表面或内部出现裂纹、气泡、夹砂等缺陷。玻璃属非金属材料，其屈强比极低，破裂前几乎没有屈服形变，对应力集中极为敏感。另外，玻璃钻孔在长期自重荷载的作用下会发生蠕变，强度降低13甚至更多。所以，点式玻璃幕墙采用的玻璃必须经钢化处理，以提高玻璃的抗蠕变强度和减少应力集中敏感性。玻璃钢化加工宜采用水平钢化炉钢化，避免垂直钢化在夹具夹紧处造成的夹痕和钻孔的拉长。玻璃钢化后应进行保温均质处理，消除不均匀内应力。 玻璃的钻孔加工应于钢化前在自动钻孔机上进行，电脑定位，上、下两面用两只钻头相对同时钻孔，同心度偏差小于03mm。玻璃切割和钻孔后，其边缘和孔周角部必须经过机械精磨边及倒角处理，以消除易产生应力集中的微裂纹和缺口。磨边余量应不小于03mm，倒角应不小于1X450。夹胶钢化玻璃两块玻璃的厚度应尽量一致，且应先钢化后夹胶。2固定螺检及钢爪 玻璃板通过螺检固定在钢爪上，钢爪与后面的支承结构连接，使玻璃的受力通过螺检、钢爪传递到支承结构上。 固定螺检有沉头式、浮头式及球铰式，均以不锈钢制造，球铰螺检的球头上镶配有不锈钢和塑料材料质的铰座和衬垫。钢爪用不锈钢铸造或碳钢铸造外表面喷氟碳涂两种材料制造，根据使用部位不同又分为单点、两点、三点、四点等不同结构形状。钢爪具备吸收幕墙平面变形的能力，其结构多为平面连杆铰接式。3支承结构 支承结构有钢架、玻璃肋及钢筋混凝土结构几大类。(1)钢制支承结构可分为单杆件、桁架、空腹桁架、拉索桁架几种形式。 单杆结构通常用单根钢管或工字钢制造，结构简单，其受力状态不论是横梁还是立柱均处于受弯状态。单杆结构通常用于跨度较小的点式幕墙。 当空间跨度较大时，通常采用空腹桁架或鱼腹桁架支承结构。空腹桁架通常用钢管焊接而成，支承高度可达10m以上。竖向鱼腹式桁架支承应用较广，最大支承高度可达25m。 拉索桁架和拉杆桁架的受拉杆件采用高强度钢索或圆钢代替，结构上简单美观又能满足幕墙支承结构的力学要求，在点式玻璃幕墙中也有较广泛的应用。(2)玻璃肋支承结构采用较厚的钢化玻璃制成肋板，与玻璃面板垂直柔性连接，承受玻璃面传来的外力。因玻璃材料脆性较大，抗弯强度低，因此，只用于高度及跨度较小的点式幕墙中。 (3)钢筋混凝土支承结构有时与建筑结构梁柱混为一谈，不便区分，且不能很好地体现点式幕墙的结构特点，因此极少采用。四、点式玻璃幕墙设计施工应注意的几个问题1玻璃面板 玻璃面板的受力计算通常采用有限元和矩形板四角支承力学模型两种方法。 有限元法的建模要尽量接近工程实际。采用铰接螺栓，四个角的旋转自由度约束可忽略不计，上面一个支撑点限制X、Y、Z向三个位移自由度，另一个点限制丫、Z向两个位移自由度。下面两个支撑点均限制Y向位移自由度。重力作用应叠加在Y向自由度中同时考虑。 四角支承矩形板数学模型是一种简化的计算方法，可通过手算很快得出结果，但存在一些问题，如对玻璃四角固定位置的附加应力估计不足；未考虑边缘效应；对一边为金属槽一边为支承点的玻璃安装方式因边界条件不同，计算结果与实际情况差异较大。 经过计算分析，在选择玻璃时，应特别注意以下几点： (1)最大应力部位均在长边中点，玻璃强度校核要以边缘强度为准。 (2)最大挠度是随着玻璃长短边比值的变化而变化的，当长短边长度差别不大时，玻璃内应力分布趋于均匀。在确定玻璃尺寸时，以正方形玻璃最为有利。且相对挠度极限应不大于短边的1100。绝对挠度值应不大于30mm。 (3)玻璃厚度，采用浮头式紧固螺栓时应不小于6mm；采用沉头式紧固螺栓时应不小于lOmm。如采用夹胶玻璃，外片玻璃厚度应不小于1Omm，内片玻璃厚度应不小于6mm，内外片玻璃厚度不宜相差太大。2.支承结构 (1)鱼腹式或空腹式桁架在实践中常常将靠近玻璃的前管管径的选择较后管的管径大。其实，根据风压计算公式，支承桁架所受正负风压相同，桁架横截面形状应为对称形状，这样才可保证桁架在承受负风压时挠度变形符合设计要求。 (2)鱼腹式或空腹式桁架横撑杆与主受力杆连接时不应穿通主杆管壁，横撑杆端部应切出与主杆接缝的相贯线后再与主杆焊接。焊接时，主杆材料与焊缝交接边缘不得出现咬肉现象，焊缝高度不应大于主杆管壁厚度。 (3)拉索桁架的钢索接近理想柔性杆件，只能承受同心轴向拉力。在某些节点拉索可能出现折转的部位，应在设计中采用正确的设计构造，防止受力方向与拉索轴线不同向的情况产生。拉索的几何形状、材料、节点等处要保持对称和一致。 (4)拉索强度计算时应将安装预应力计人钢索外力荷载一并考虑，且总荷载拉应力强度值不应大于钢索拉伸强度许用设计值。 (5)双层拉索结构自预应力状态算起，承力索的最大位移与其跨度之比不应大于125O。 (6)拉索两端的牵拉固定装置要考虑钢索在自振和风力作用下的摆动，避免钢索根部出现因应力集中产生的疲劳断裂现象。 (7)钢索在使用前应进行预张拉，消除钢索受初始拉力时的非弹性变形现象。钢索在桁架上固定后在施予一定的张拉预应力，各条拉索的预施拉应力应相等，施加预应力时，要用扭力板手控制拉索的张紧力一致。五、结束语 点式玻璃幕墙在我国的应用只有几年历史，至今还未颁布我国的设计和施工标准规范，工程实践和产品的研制开发均处于初级阶段。有许多重大的设计理论和施工技术难题还有待于业内广大的科技人员继续努力，进一步研究和探索，同时消化和吸收国外的先进理论和成功经验，使点式玻璃幕墙日益走向成熟