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大荷载下减小隐框玻璃幕墙结构胶粘结宽度尝试

文章来源:中国幕墙网  作者:白云化工 张冠琦  日期:2008-08-30 19:25:33
文章概括 :随着建筑业的迅猛发展,建筑造型逐渐个性化,建筑幕墙的形式也随之多样化、复杂化。人们对建筑的要求越来越高,美观、舒适、节能、环保都是建筑师在设计时必须考虑的问题,要达到这四者的完美统一,现有的技术、材料和工艺水平有时已经无法满足建筑师的要求,迫切需要新技术、新材料、新工艺的推出来解决这些问题。

  随着建筑业的迅猛发展,建筑造型逐渐个性化,建筑幕墙的形式也随之多样化、复杂化。人们对建筑的要求越来越高,美观、舒适、节能、环保都是建筑师在设计时必须考虑的问题,要达到这四者的完美统一,现有的技术、材料和工艺水平有时已经无法满足建筑师的要求,迫切需要新技术、新材料、新工艺的推出来解决这些问题。

  目前,玻璃幕墙行业有些情况非常值得关注:

  1. 高层、超高层建筑的隐框玻璃幕墙;

  2. 玻璃板块、分格特别大的隐框玻璃幕墙;

  3. 由于节能、安全等方面的要求,要使用夹层中空玻璃的隐框玻璃幕墙;

  4. 在抗震9度设防的地区建造的隐框玻璃幕墙。

  上述几种情况,玻璃幕墙使用的硅酮结构密封胶所需承受的荷载均可能较常规玻璃幕墙大,如果遇到上述几种情况的组合,按照现有规范进行设计计算,结构胶的宽度将大大增加。

  JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》(以下简称《规范》)中对于结构胶的粘结宽度有下面一些要求:

  1. 宽度大于等于7mm;厚度大于等于6mm;厚度≤宽度≤2倍厚度;厚度≤12mm。

  2. 硅酮结构密封胶应根据不同的受力情况进行承载力极限状态验算。在风荷载、水平地震作用下,硅酮结构密封胶的拉应力或剪应力设计值不应大于其强度设计值f1,f1应取0.2N/mm2;在永久荷载作用下,硅酮结构密封胶的拉应力或剪应力设计值不应大于其强度设计值f2,f2应取0.01N/mm2。

  3. 竖向隐框、半隐框玻璃幕墙中玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度,非抗震设计时,可取第a、c款计算的较大值;抗震设计时,可取第b、c款计算的较大值。

  a) 在风荷载作用下的粘接宽度计算:

  b) 在风荷载和水平地震作用下的粘接宽度计算:

  c) 在玻璃永久荷载作用下的粘接宽度计算:

  4. 水平倒挂的隐框、半隐框玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度计算:

  在一般的荷载情况下,按照上面的公式进行计算,结构胶的宽度通常可以限制在7-24mm范围内,满足《规范》的要求。但是,在遇到上述几种情况或上述几种情况的组合时,结构胶的宽度经常超过24mm,有时甚至达到40mm以上。

  比如,某工程各参数如下:

  玻璃:8+1.52PVB+10+12A+10;
  玻璃尺寸:1448mm×4426 mm;
  水平组合荷载设计值W合=8.941KPa;
  垂直组合荷载设计值qG =0.860 KPa;

  按照《规范》计算:

  取两者的最大值,硅酮结构胶的粘结宽度达47mm,远远大于24mm,不仅无法满足《规范》要求的7-24mm的范围,也会严重影响幕墙的视觉效果,更会由于铝材耗费量的增加而大大增加幕墙建造的成本。

  那么,有没有可能在保证安全的前提下减小结构胶的粘结宽度呢?从上面的计算公式可以看出,由于所有的参数都是固定的,只有提高硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2才能减小结构胶的粘结宽度。

  JGJ 102-2003 条文说明第5.6.2条解释了硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2的取值依据:“现行国家标准《建筑用硅酮结构密封胶》GB 16776中,规定了硅酮结构密封胶的拉伸强度值不低于0.6N/m2,在风荷载或地震作用下,硅酮结构密封胶的总安全系数取不小于4,套用概率极限状态设计方法,风荷载分项系数取1.4,地震作用分项系数取1.3,则其强度设计值f1约为0.21~0.195N/m2,本规范取为0.2N/m2,此时材料分项系数约为3.0。在永久荷载(重力荷载)作用下,硅酮结构密封胶的强度设计值f2取为风荷载作用下强度设计值的1/20,即0.01N/m2。”

  根据上述说明,如果硅酮结构胶的拉伸强度标准值大于0.6 N/m2,就有可能在不降低安全系数的前提下提高硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2,从而减小硅酮结构胶的粘结宽度。

  广州市白云化工有限公司生产的白云牌SS921/SS922超高性能硅酮结构密封胶的拉伸强度标准值为1.2MPa,是GB16776规定的拉伸强度标准值(0.6MPa)的2倍,按照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003条文说明5.6.2对结构胶设计参数的取用方法,可将硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2分别提高至原来的2倍,即f1=1.2/3.0=0.4N/mm2、f2=1.2/60.0=0.02N/mm2。

  按照f1=0.4N/mm2、f2=0.02N/mm2进行上面的计算

  结构胶粘结宽度小于24mm,在保证幕墙安全性的前提下,满足了幕墙美观的需要,同时节省了铝材的用量,可谓一举多得。

  在广州西塔主塔楼幕墙工程中,设计师选用白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶,将结构胶的强度设计值f1、f2分别提高至原来的2倍,减小了硅酮结构胶的粘结宽度。

  如此大幅度地提高硅酮结构密封胶的强度设计值,在国内尚属首次。由于没有先例,为了确保幕墙的安全,设计师还设置了托条和安全夹等双重保护措施。在专家论证会上,设计方案获得了与会专家的一致认同。

  综上所述,在大荷载作用下,隐框玻璃幕墙结构胶宽度的设计,可以通过选用高性能的硅酮结构密封胶、提高其强度设计值f1、f2并设置一定保护措施的方式来减小硅酮结构胶粘结宽度,使幕墙既安全又美观。