钢结构工程研究⑤（ （ 钢结构》 ２０ ０ ４ 增刊驳接式玻璃幕墙及其工程应用邓晓蔚石王元清徐悦（ 清华大学建筑玻璃与金属结构研究所北京１０ ０ ０ ８ ４ ）摘要： 本文针对国内外常见的玻璃幕墙的类型、 特点进行了系统的介绍， 尤其针对目前已经广泛应用的驳接式幕墙节点的构造作了细致的分析． 并分析了无孔驳接式玻璃幕墙的受力性能。结合工程实例， 提出了急待解决的理论问题。 后， 利用有限元程序Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 对四边框支、 四边点支以及轮辐形四角夹持式三种典型的玻璃板的受力特性作了比较分析．关键词：玻璃幕墙无孔驳接式有限元方法１引言玻璃幕墙是以玻璃作为面板、 金属构件作骨架组...
钢结构工程研究⑤（ （ 钢结构》 ２０ ０ ４ 增刊驳接式玻璃幕墙及其工程应用邓晓蔚石王元清徐悦（ 清华大学建筑玻璃与金属结构研究所北京１０ ０ ０ ８ ４ ）摘要： 本文针对国内外常见的玻璃幕墙的类型、 特点进行了系统的介绍， 尤其针对目前已经广泛应用的驳接式幕墙节点的构造作了细致的分析． 并分析了无孔驳接式玻璃幕墙的受力性能。结合工程实例， 提出了急待解决的理论问题。 后， 利用有限元程序Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 对四边框支、 四边点支以及轮辐形四角夹持式三种典型的玻璃板的受力特性作了比较分析．关键词：玻璃幕墙无孔驳接式有限元方法１引言玻璃幕墙是以玻璃作为面板、 金属构件作骨架组成的建筑物外围护结构。 玻璃幕墙早在１０ ０ 多年前就在建筑中开始使用， 近四十年间， 随着幕墙设计的新材料、 新工艺和新技术的不断涌现， 玻璃幕墙更是在大跨和高层建筑中得到了广泛的应用。 然而， 对幕墙结构设计方法和Ｉ施工技术的理论研究却滞后于它的实际应用， 因而对其的研究具有很强的现实意义。１． １玻璃幕墙的应用及类型国内外目前广泛应用的幕墙可分为以下三种： 框支式玻璃幕墙， 全玻璃幕墙和点支（ 驳接）式玻璃幕墙。 其中前两种为线支撑玻璃幕墙， 即玻璃边缘被金属框架或玻璃肋固定和支撑， 玻璃所受的风荷载和重力荷载通过金属框架或玻璃肋以均布荷载的形式传给主框架；后一种依靠金属连接件的将幕墙玻璃联结为一个整体， 并通过连接件将节点力传给支撑体系。（ １）框支式玻璃幕墙又称为单元式玻璃幕墙， 玻璃板构成的幕墙构件连接在横梁上， 横梁连接在立柱上，立柱悬挂在立体结构上。 在温度变化和主体结构侧移时， 立柱有变形的余地， 立柱上下由活动接头连接， 使立柱各段可以上下相对移动。 按照金属框和玻璃板的不同连接方式又可分为明框式玻璃幕墙（ ２）半隐框式玻璃幕墙（ ３）隐框式玻璃幕墙。（ ２）全玻璃幕墙随着生产技术的提高， 依靠玻璃肋为支撑框架与大片玻璃胶接而成的全透明、 视野广阔的全玻璃幕墙的诞生。 为建筑师发挥想象力创造晶莹、 通透的建筑提供了条件。 它主要利用了玻璃自身的抗弯刚度， 一般用于厅堂、 玻璃橱窗等观光性场合。 为减少玻璃的厚度，可以将玻璃肋作框架固定在楼板或梁上， 降低大片玻璃的支承跨度。１． ２点支式玻璃幕墙４ ５８ 铜结构工程研究＠《钢结构》 ２０ ０ ４ 增刊点式支撑玻璃幕墙的出现改变了过去着中用玻璃来表现建筑、 表现质感、 表现形体的传统手段， 而是更多的利用玻璃透明的特性， 追求建筑内外空间的流通和融合， 人们可以透过玻璃清楚地看到支撑玻璃的整个结构， 使结构由单纯的支撑作用转为表现其可见性，点驳接式玻璃幕墙可采用多种支撑形式， 从内支撑结构的分类来说， 有以下几种娄型： （ ｉ）玻璃肋点接式玻璃幕墙。 这种幕墙的内支撑结构为玻璃肋。 玻璃肋支撑在主体结构上， 其上安装有钢制连接扳， 不锈钢连接件直接固定在连接扳上。 （ ２）刚性支撑体系。 刚性支撑体系的内支撑结构一般为圆钢结构， 如刚架、 桁架或者网絮， 常用于玻璃的空间跨度或高度较大的场合或作为玻璃采光顶的支撑结构． （ ３）柔性支撑结构。 目前常采用拉索式点连接玻璃幕墙． 主要由玻璃面板、 连接件和索桁架三部分组成。 玻璃面板用不锈钠连接件吲定在由施加了预应力的拉索或拉杆组成的索桁架上。２驳接式玻璃幕墙的技术特点与构造驳接式玻璃幂墙的精华在于其驳接点的构造。 驳接点的节点构造． 经历了一个不断完善和发展的过程。 其驳接方式太体上可分为传统的开孔驳接式以及新近出现的无孔驳接式。２ ｆ 开孔式驳接点早在上世纪六十年代， 初的开孔式点式玻璃连接是在玻璃的四角打孔， 再用铜制的矩形连接扳夹住玻璃， 以螺栓固定而成的“补丁式装配体系” 。 这种固定式连接件在角点处存在着较大的弯拉附加应力， 当支撑结构位移较大时， 玻璃容易碎裂． 且由于“补丁” 的存在， 建筑外形也不够美观。 到了七十年代末， 对这种“补丁式” 玻璃幕墙进行了改造．取消了清晰可见的铜制连接板， 代之以外表面上几乎看不到的平头螺钉， 并在螺栓孔中塞入橡胶垫圈， 防止螺栓和玻璃板直接接触． 使节点能在一定程度上发生转动， 并减小孔边应力。 真正的可自由转动的半球铰结构出现在八十年代， 它的主要特点是用紧固件穿过玻璃四角所开的孔洞， 井通过螺杆与ｘ 型或Ｈ 型金属爪件相连固定在支撑结构上。２ ２无孔式驳接点无孔式驳接点的特点就是无需开孔， 通过驳接件将玻璃扳扣住来夹持住玻璃板：在玻璃板和驳接件中设置橡胶垫片， 保证节点处能发生一定程度的转动。 常见的驳接点的外形有轮辐形、 梅花形以及圆（ 椭圆）形等等， 如下图ｌ所示。（ ａ ）梅花ｍ（ ｂ ）轮辐＊（ ｃ ） ｊｍ（ ｄ ）￡ Ⅳ目ｌｆ 目 ｍ ＃ 的￡ ｎ Ｅ 接＾根据其不同的驳接件安装形式可分为： 对边夹持式、 四边夹持式以及四角夹持式。 上述前两种驳接件可将紧固件化简为螺栓“１， 主要是依靠螺杆将竖向和水平荷载通过驳接爪传至支撑结构； 四角夹持式利用夹片中的橡胶垫片与玻璃板之间的摩擦力抵抗竖向荷载，并通过素杆或索扣将荷载传递至柔性支撑上。 镊结构工程研究＠鬣键结构》 ２０ ０ ４ 增剥（ １）对边夹持式是将驳接头安装在相邻丽对边的胶缝中， 每个驳接系将相邻两个驳接头连接起来。 它的特点是所用的驳接箨静数量较少， 结构较隽筒肇， 其缺点是允许的玻璃尺寸较小， 驳接件需求的承载力较高。（ ２）四边夹持式是将驳接头安装在玻璃四边的胶缝中， 每个驳接瓜将楣邻四个驳接头连接起来。 它的特点是允许的玻璃板的尺寸较大， 所需的驳接｛ 孛姆数量相对较多。（ ３）四角夹持式是将驳接件安装在玻璃扳四角相交的胶缝中， 每个节点均有一个驳接件， 每个驳接件能夹持四块玻璃板，通常可以省去驳接瓜， 僵缺赢是每个驳接件尺寸较大。２。 ３无孔驳接式幕墙懿饶煮驭１圈４ 四角夹持式（ １）工艺简单， 加工的误差小， 施工方便。 玻璃板开孔时， 必须采用先进的工艺与设备，加工复杂； 另外玻璃孑Ｌ 麓孔使容许误差会导数夹胶玻璃、 孛空玻璃会戒对产生孔爨轴度误差； 还需要对开孔的部位进行特殊的密封处理， 整个工序显得比较复杂。 若采用茏孑Ｌ 玻璃驳接件， 省去了玻璃舞孔以及玻璃密封鲍麻烦， 有效降低了生产和施工成本。（ ２）改善受力性能。 玻璃属于脆性材料， 断裂韧性低， 抵抗； 孛毒荷载的缝力差。 有孔鲶玻璃板在孔边易发生应力集中， 是整块玻璃的薄弱部位。 无孔玻璃板不存在应力集中的问题。。（ ３）中空玻璃良好的密封性能。 近几年， 由于中空玻璃照好的保温和隔热性能， 开孔的点式玻璃幕墙又向中空玻璃的幕墙推广， 但颟临的主要技术难题是如何防止中空玻璃打孔后漏气的问题。 一旦发生漏气， 中空玻璃的内层容易结水雾， 影响玻璃的通透性。 目前仍无专用的中空玻璃驳按孔涂胶设备， 必须手工操作， 效率低质量也密封不易保证。 如票采焉无孔袋驳接方式， 瀵气麓状况就会明显改善。３驳接式幕墙国内外的应用情况各式各样的无孔式驳接点ｎ １在西方发达国家得到了广泛的应用， 我国也开始这方面的尝试。（ １）德国慕尼黑凯宾斯基Ｋ ｅ ｍ ｐ ｉｎ ｓｋ ｉ饭店的正立面是典型的单层索网无孔驳接式玻璃幕墙。 它是１９ ９ ４ 年建成的， 大小为４ ０ × ２５ｍ ， 瞧每块ｌ。 ５０ × １． ５０ ｍ 的玻璃拼接两成， 是世界上同类玻璃幕墒中面积的。 它用夹片型驳接件夹住玻璃， 经过特殊设计的夹片之间成～定的铰结关系， 能允许一定量的转动， 以适应索网结构变形所引起的玻璃幂墙的变形。 圈骶豳豳■漂鬻熏辫蒸薹ｌ于： 几乎所有的玻璃都由于拉应力下表面裂纹发展而破碎． 故ｌ，其承载能力取决与玻璃中的抗拉能力。 直至破坏为止， 玻＿匿璃的应力应变关系都几乎是呈线性的。 在实际分析中， 将玻璃ｚ＝ 皂■■■■■■■■圈板的破坏准则定义为拉应力准则。 毋蟹晕舅舅孽曼 钢结构工程研究＠《钢结构》 ２０ ０ ４ 增刊由Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ 的分析结果表明（ 见圈８ ）， 对于四边框支式玻璃板， 拉应力撮大值出现在扳中以及四个角点处： 开孔点支式玻璃幕墙板在孔边出现了应力集中的现象， 四个板边中央及孔边应力值是拉应力的主要控制因素； 对于轮辐式四角夹持的无孔玻璃板， 在紧固件四周玻璃板也出现了应力集中的现象， 而且应力集中的现象比较严重， 其应力远大于其它位置。 对各种形式的玻璃板， 位移处均出现在板中。１１●Ｌ ． 一Ｋ医囵ｐ ＝ ２ ５Ｋ Ｎ ／ｍ２作用下， 位移和拉应力的不同。ｂ ）＃ 镕四舟夹持式（ ｃ）孔Ⅻ孔边＆力（ ｄ ）＾宴式目８ ｆ 周＊ 式琏目板 ＆应女目图９ 比较了相同扳厚的阻上三种相同尺寸的板ｉ５ ｍ Ｘ１ ５ｍ 在垂直于平面的均布荷载２０ｊ ”ｉ： ｅ。ｉ”目９ Ｔ 目 ｍ 《Ⅸ目 《￡ ⅫⅡ ＃ 目从图中可以看出， 扳厚的增加能明显降低板的应力与位移。 四边支承的扳的应力和位移都较小， 受力性能较为合理。 点支式玻璃板的孔边应力与板边中心太小很接近． 扳中心处位移远大于其它两类板， 起到控制因素， 轮辐式四角夹持的玻璃板在夹持处附近的局部弯拉应力很大， 是主要的控制因素． 然而其板中心的位移和四边支承式板相接近， 体现了紧固件对玻璃板变形的良好约束能力。 园此， 对于驳接件尺寸合适的玻璃板． 可以套用规范中关于四边支承板的公式计算挠度” １：ｄ， ： 兰型目１Ｄ为了减小局部的弯拉应力． 可以考虑： （ １）减小扳的几何尺寸： （ ２）增大紧园件的几何尺寸． 但可能会影响建筑效果： （ ３）增加紧固件的个数， 如在备条板边中心处增加一个紧同件： （ ４ ）在紧同件和玻璃扳交界处增垃柔眭的橡胶垫片， 以增加板的挠度换取扳夹持处的较小应力。５驳接式幕墙设计中存在的问题渭。 瘩ｍｏ：＾：自 钢结构工程研究④《钢结构》 ２０ ０ ４ 增刊（ １）在设计驳接件的尺寸时， 主要是从外观美观新颖的角度来考虑的， 但实际上驳接件夹持玻璃的形式、 范围等边界条件对玻璃的内应力是有影响的， 目前这方面的力学研究不足。（ ２）虽然无孔玻璃板不存在孔边应力集中的问题， 但在驳接件夹持的区域可能由于局部应力过大而产生破坏。 无孔式驳接件一般没有球铰装置， 为了避免在较大的面外荷载（ 如风荷载）作用下， 在玻璃的夹持区域产生较大的弯拉应力， 可以在驳接件与玻璃之间设置橡胶垫片来改善其受力性能。 选择合适的橡胶厚度是必要的： 厚度太小， 驳接点刚度过大。局部应力过大， 节点处的玻璃易于破坏； 厚度太大， 节点太柔， 玻璃板平面外的侧移过大。但目前对橡胶垫片所需的厚度缺乏力学分析。（ ３）无孔玻璃板在受弯以及弯剪联合作用下， 内应力的分布以及板的承载性能和变形性能的比较和分析。６ 结束语本文针对目前已经广泛应用的驳接式幕墙节点的构造作了细致的分析， 并分析了无孔驳接式玻璃幕墙的受力性能。 国内对开孔驳接式幕墙的研究相对充分。 也取得了一些有用的成果： 但另一方面， 对无孔驳接式幕墙的研究基本是一片空白， 致使理论研究却滞后于它的实际应用。 鉴于无孔驳接式玻璃幕墙特有的优越性， 我们有理由相信它将有广泛的应用前景， 对它的理论研究也是有很强的现实意义的。参考文献ｌ邹宇。 点式支承玻璃建筑中金属连接件的承载性能分析： 【硕士学位论文】 北京清华大学土木系， ２０ ０ １２白宝鲲赵波．无孔驳接式玻璃幕墙驳接件的特点与应用， 门窗幕墙信息， ２０ ０ ３／３３陈神州， 点式玻璃幕墙在国外建筑中的应用： 【硕士学位论文】 北京清华大学建筑学院， ２０ ０ ４４赵西安，幕墒工程手册， 中国建筑工业出版社， １９ ９ ６／ＩＩ５玻璃幕墙工程技术规范ＪＧ Ｊｌ０ ２－ ９ ６ｒ 一 １广１ｈ ｅＥ ｎ ｇ ｌｎ ｅ ｅ ｒ ｌｎ ｇａ ｐ ｐ ｌｉｃ ａ ｔｉｏ ｎ０ １０ Ｖ ｅ ｒ ｌａ ｐ Ｃ ０ ｎ ｎ ｅ ｃ ｔｅ ｄ●●●●一１１ｇ ｌａ ｓｓＣ ｕ ｒ ｔａ ｉｎｗ ａ ｌｌ●●●一一Ｄ ｅ ｎ ｇＸ 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