本文作者：馬啟元 陶偉
對建筑隱框幕墻用
中空玻璃，JGJ 102規(guī)范3.4.3要求其二道密封應采用
硅酮結構
密封膠，對外觀質量和性能，3.4.1條規(guī)定應符合GB/T11944，即限定二道密封粘接寬度5mm～7mm，厚度尺寸可選6mm/9mm/12mm/16mm/20mm（圖1），對粘接體
承載能力未提出要求，結構粘接設計也未行細化，容易被理解為僅要求采用
硅酮結構膠 。中空玻璃結構粘接體傳遞
荷載，結構的耐久安全又是產(chǎn)品密封功能壽命的基本保證，粘接尺寸及結構膠模量的選擇應按極限
承載力狀態(tài)設計和驗算。本文對中空玻璃結構特點、應力分布、荷載傳遞及粘接設計和驗算進行探討，供業(yè)內同仁參考，不妥之處請指正。
1.中空玻璃結構粘接特點和應力分布
1） 隱框幕墻中空玻璃結構粘接特點
結構粘接裝配中粘接體型式有兩種（圖1、圖2）：
H型——兩面粘接。中空玻璃單元件與金屬框架的兩平行表面的粘接，將玻璃與框架系統(tǒng)結構性裝配在一起并形成一道防水密封；
∏型——三面粘接。將內、外片玻璃與間
隔條粘接成一體。由于間隔條與兩玻璃表面垂直相交，形成三面粘接，受力變形時粘接面交匯處將受撕裂，該粘接形式一般不為結構采用，而中空玻璃采用這一形式是為滿足控制可視空間、限制一道密封體過量位移并防止間隔條“游走”的要求 。
H型粘接體一旦失效，將導致中空玻璃單元件與
框架結構脫離；∏型粘接體失效，中空玻璃將喪失功能甚至解體，導致外片玻璃墜落，而∏型粘接結構受拉伸時，間隔條粘接設計必須充分考慮產(chǎn)品結構特點。
1） 結構粘接體拉伸特性
對不同品牌硅酮結構膠的拉伸試驗結果表明，∏型粘接體粘接
強度和最大伸長率遠低于H型粘接體，拉伸10%時∏型粘接應力將比H型高出一倍（表1），粘接體邊緣呈現(xiàn)早期撕裂 。這一現(xiàn)象表明：
相同應力下∏型粘接體的應變要小得多，一道密封體不易出現(xiàn)過量位移，有利于中空玻璃的邊緣密封；
然而相同應變時∏型粘接體的應力遠大于H型，邊緣易被撕裂，這對粘接結構承載能力產(chǎn)生顯著影響。
2） 結構粘接體應力分布
依據(jù)典型結構膠性能，對橫向荷載下拉伸變形10%時粘接體的應力進行有限元分析，可見兩種粘接體產(chǎn)生的效應有顯著不同：
計算模型建立
本構模型
結構粘接體是硅酮結構膠固化成型的粘彈體，泊松比0.5，各向同性，應變能函數(shù)表達式由應力－應變試驗曲線描述的非線性關系確定（略）。
有限元模型及材料參數(shù)的確定
粘接體（屬柔性體）拉伸有限元分析。H型和∏型粘接體結構如圖2。取粘接體長度50mm，厚度12mm，粘接面尺寸為12mm×50mm。粘接界面質點不能移動。劃分網(wǎng)格后粘接體有限元模型如下圖。
粘接體應力分布
采用同牌號結構膠產(chǎn)品，粘接體拉伸10%，計算粘接體應力分布情況如下：
H型粘接體——應力集中區(qū)對稱分布在側面，最大應力0.21MPa狀態(tài)如圖5；
∏型粘接體——粘接體應力呈不完全對稱分布，在一側面集中，狀態(tài)如圖6。最大應力0.44MPa為H型粘接體的2倍。
1.荷載及荷載傳遞
作用于中空玻璃的荷載除
風荷載外，應考慮自重產(chǎn)生的
永久荷載、熱位移產(chǎn)生的剪切力、玻璃非線性
撓曲產(chǎn)生的拉力、固化收縮引起粘接體剪力、
建筑構件變位引起作用力等，還應考慮使用中粘接體物理性能變化引起因素等 。主要受力及力傳遞情況可有以下分析。
橫向荷載——作用于中空玻璃外片的負風壓荷載產(chǎn)生向外的橫向拉力，通過∏型粘接體傳遞到內片玻璃，再由內片玻璃傳遞給H粘接體，最終傳遞到金屬框架系統(tǒng)。
在負風壓下外片玻璃外向撓曲，部分作用力通過中空玻璃內氣壓傳遞給內片玻璃，傳遞荷載的份額與玻璃厚度相關（圖7）。
自重產(chǎn)生切向永久荷載——在無自重支撐條件下，玻璃自重產(chǎn)生向下的永久剪切荷載。外片玻璃的自重荷載通過∏型粘接體傳遞給內片玻璃，再由內片玻璃將中空玻璃單元件的總自重傳遞給H粘接體，最終傳遞到金屬框架系統(tǒng)。
熱位移產(chǎn)生切向荷載——中空玻璃是
隔熱材料，環(huán)境溫度變化引起內外溫差，玻璃間的熱位移產(chǎn)生作用于∏型粘接體的切向荷載。切向荷載大小取決于板片尺寸和溫度變化，室內外溫差每天可有一個峰值，每年可能有幾個極大值。處于室內的H型粘接體受溫差位移也產(chǎn)生切向荷載，但室內環(huán)境溫度變化不大，位移量較小。
氣體膨脹產(chǎn)生橫向荷載——中空玻璃可視作密閉容器，環(huán)境溫度升高，內部氣體膨脹對玻璃產(chǎn)生向外的橫向荷載并作用于∏型粘接體（圖8）。橫向荷載每天隨溫度變化出現(xiàn)峰值，每年有幾個極大值。
2.中空玻璃結構粘接設計
極限狀態(tài)設計原則是
結構構件或連接的應力不應超過材料強度（包括疲勞），不應產(chǎn)生不適于繼續(xù)承載的過度變形 。JGJ102規(guī)范5.6要求結構膠粘接設計的粘接寬度應保證荷載下結構膠的應力不大于結構膠
強度設計值f1（0.2MPa） ，規(guī)定拉伸應力0.14MPa時的伸長應變（%）為結構膠的變位承受能力（δ），要求結構粘接體厚度尺寸應保證結構位移時不產(chǎn)生大于δ值的應變（%），即應變對應的應力不大于0.14MPa（f1）。按照這一原則，規(guī)范分析兩面粘接（H型）受力情況，給出粘接寬度、厚度及結構膠δ值選擇的多個計算公式。∏型粘接體具有不同于H型的結構特點及受力情況，應考慮這些驗算公式的適用性。
上一頁12下一頁
