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画桥萧
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2019-01-25 10:34:02 | 分类:默认分类 | 标签:

对建筑隐框幕墙用中空玻璃,JGJ 102规范3.4.3要求其二道密封应采用硅酮结构密封胶,对外观质量和性能,3.4.1条规定应符合GB/T11944,即限定二道密封粘接宽度5mm~7mm,厚度尺寸可选6mm/9mm/12mm/16mm/20mm(图1),对粘接体承载能力未提出要求,结构粘接设计也未行细化,容易被理解为仅要求采用硅酮结构胶 。中空玻璃结构粘接体传递荷载,结构的耐久安全又是产品密封功能寿命的基本保证,粘接尺寸及结构胶模量的选择应按极限承载力状态设计和验算。本文对中空玻璃结构特点、应力分布、荷载传递及粘接设计和验算进行探讨,供业内同仁参考,不妥之处请指正。
  1.中空玻璃结构粘接特点和应力分布
  1) 隐框幕墙中空玻璃结构粘接特点
  结构粘接装配中粘接体型式有两种(图1、图2):

隐框幕墙中空玻璃结构粘接设计探讨

  H型——两面粘接。中空玻璃单元件与金属框架的两平行表面的粘接,将玻璃与框架系统结构性装配在一起并形成一道防水密封;
  ∏型——三面粘接。将内、外片玻璃与间隔条粘接成一体。由于间隔条与两玻璃表面垂直相交,形成三面粘接,受力变形时粘接面交汇处将受撕裂,该粘接形式一般不为结构采用,而中空玻璃采用这一形式是为满足控制可视空间、限制一道密封体过量位移并防止间隔条“游走”的要求 。
  H型粘接体一旦失效,将导致中空玻璃单元件与框架结构脱离;∏型粘接体失效,中空玻璃将丧失功能甚至解体,导致外片玻璃坠落,而∏型粘接结构受拉伸时,间隔条粘接设计必须充分考虑产品结构特点。
  1) 结构粘接体拉伸特性
  对不同品牌硅酮结构胶的拉伸试验结果表明,∏型粘接体粘接强度和最大伸长率远低于H型粘接体,拉伸10%时∏型粘接应力将比H型高出一倍(表1),粘接体边缘呈现早期撕裂 。这一现象表明:
  相同应力下∏型粘接体的应变要小得多,一道密封体不易出现过量位移,有利于中空玻璃的边缘密封;
  然而相同应变时∏型粘接体的应力远大于H型,边缘易被撕裂,这对粘接结构承载能力产生显著影响。

隐框幕墙中空玻璃结构粘接设计探讨

  2) 结构粘接体应力分布
  依据典型结构胶性能,对横向荷载下拉伸变形10%时粘接体的应力进行有限元分析,可见两种粘接体产生的效应有显著不同:
  计算模型建立
  本构模型
  结构粘接体是硅酮结构胶固化成型的粘弹体,泊松比0.5,各向同性,应变能函数表达式由应力-应变试验曲线描述的非线性关系确定(略)。
  有限元模型及材料参数的确定
  粘接体(属柔性体)拉伸有限元分析。H型和∏型粘接体结构如图2。取粘接体长度50mm,厚度12mm,粘接面尺寸为12mm×50mm。粘接界面质点不能移动。划分网格后粘接体有限元模型如下图。

隐框幕墙中空玻璃结构粘接设计探讨

  粘接体应力分布
  采用同牌号结构胶产品,粘接体拉伸10%,计算粘接体应力分布情况如下:
  H型粘接体——应力集中区对称分布在侧面,最大应力0.21MPa状态如图5;
  ∏型粘接体——粘接体应力呈不完全对称分布,在一侧面集中,状态如图6。最大应力0.44MPa为H型粘接体的2倍。

隐框幕墙中空玻璃结构粘接设计探讨

  1.荷载及荷载传递
  作用于中空玻璃的荷载除风荷载外,应考虑自重产生的永久荷载、热位移产生的剪切力、玻璃非线性挠曲产生的拉力、固化收缩引起粘接体剪力、建筑构件变位引起作用力等,还应考虑使用中粘接体物理性能变化引起因素等 。主要受力及力传递情况可有以下分析。
  横向荷载——作用于中空玻璃外片的负风压荷载产生向外的横向拉力,通过∏型粘接体传递到内片玻璃,再由内片玻璃传递给H粘接体,最终传递到金属框架系统。
  在负风压下外片玻璃外向挠曲,部分作用力通过中空玻璃内气压传递给内片玻璃,传递荷载的份额与玻璃厚度相关(图7)。

隐框幕墙中空玻璃结构粘接设计探讨

  自重产生切向永久荷载——在无自重支撑条件下,玻璃自重产生向下的永久剪切荷载。外片玻璃的自重荷载通过∏型粘接体传递给内片玻璃,再由内片玻璃将中空玻璃单元件的总自重传递给H粘接体,最终传递到金属框架系统。
  热位移产生切向荷载——中空玻璃是隔热材料,环境温度变化引起内外温差,玻璃间的热位移产生作用于∏型粘接体的切向荷载。切向荷载大小取决于板片尺寸和温度变化,室内外温差每天可有一个峰值,每年可能有几个极大值。处于室内的H型粘接体受温差位移也产生切向荷载,但室内环境温度变化不大,位移量较小。
  气体膨胀产生横向荷载——中空玻璃可视作密闭容器,环境温度升高,内部气体膨胀对玻璃产生向外的横向荷载并作用于∏型粘接体(图8)。横向荷载每天随温度变化出现峰值,每年有几个极大值。
  2.中空玻璃结构粘接设计
  极限状态设计原则是结构构件或连接的应力不应超过材料强度(包括疲劳),不应产生不适于继续承载的过度变形 。JGJ102规范5.6要求结构胶粘接设计的粘接宽度应保证荷载下结构胶的应力不大于结构胶强度设计值f1(0.2MPa) ,规定拉伸应力0.14MPa时的伸长应变(%)为结构胶的变位承受能力(δ),要求结构粘接体厚度尺寸应保证结构位移时不产生大于δ值的应变(%),即应变对应的应力不大于0.14MPa(f1)。按照这一原则,规范分析两面粘接(H型)受力情况,给出粘接宽度、厚度及结构胶δ值选择的多个计算公式。∏型粘接体具有不同于H型的结构特点及受力情况,应考虑这些验算公式的适用性。


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