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大荷載隱框玻璃幕墻膠粘結寬度的嘗試

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:10 [收藏]

    隨著建筑業的迅猛發展，建筑造型逐漸個性化，建筑幕墻的形式也隨之多樣化、復雜化。人們對建筑的要求越來越高，美觀、舒適、節能、環保都是建筑師在設計時必須考慮的問題，要達到這四者的完美統一，現有的技術、材料和工藝水平有時已經無法滿足建筑師的要求，迫切需要新技術、新材料、新工藝的推出來解決這些問題。
    目前，玻璃幕墻行業有些情況非常值得關注：
    1.高層、超高層建筑的隱框玻璃幕墻；
    2.玻璃板塊、分格特別大的隱框玻璃幕墻；
    3.由于節能、安全等方面的要求，要使用夾層中空玻璃的隱框玻璃幕墻；
    4.在抗震9度設防的地區建造的隱框玻璃幕墻。
    上述幾種情況，玻璃幕墻使用的硅酮結構密封膠所需承受的荷載均可能較常規玻璃幕墻大，如果遇到上述幾種情況的組合，按照現有規范進行設計計算，結構膠的寬度將大大增加。
    JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》（以下簡稱《規范》）中對于結構膠的粘結寬度有下面一些要求：
    1.寬度大于等于7mm；厚度大于等于6mm；厚度≤寬度≤2倍厚度；厚度≤12mm。
    2.硅酮結構密封膠應根據不同的受力情況進行承載力極限狀態驗算。在風荷載、水平地震作用下，硅酮結構密封膠的拉應力或剪應力設計值不應大于其強度設計值f1，f1應取0.2N/mm2；在永久荷載作用下，硅酮結構密封膠的拉應力或剪應力設計值不應大于其強度設計值f2，f2應取0.01N/mm2。
    3.豎向隱框、半隱框玻璃幕墻中玻璃和鋁框之間硅酮結構密封膠的粘接寬度，非抗震設計時，可取第a、c款計算的較大值；抗震設計時，可取第b、c款計算的較大值。
    a)在風荷載作用下的粘接寬度計算：

    b)在風荷載和水平地震作用下的粘接寬度計算：

    c)在玻璃永久荷載作用下的粘接寬度計算：

    4.水平倒掛的隱框、半隱框玻璃和鋁框之間硅酮結構密封膠的粘接寬度計算：

    在一般的荷載情況下，按照上面的公式進行計算，結構膠的寬度通常可以限制在7-24mm范圍內，滿足《規范》的要求。但是，在遇到上述幾種情況或上述幾種情況的組合時，結構膠的寬度經常超過24mm，有時甚至達到40mm以上。
    比如，某工程各參數如下：
    玻璃：8+1.52PVB+10+12A+10；
    玻璃尺寸：1448mm×4426mm；
    水平組合荷載設計值W合=8.941KPa；
    垂直組合荷載設計值qG=0.860KPa；
    按照《規范》計算：

    取兩者的最大值，硅酮結構膠的粘結寬度達47mm，遠遠大于24mm，不僅無法滿足《規范》要求的7-24mm的范圍，也會嚴重影響幕墻的視覺效果，更會由于鋁材耗費量的增加而大大增加幕墻建造的成本。
    那么，有沒有可能在保證安全的前提下減小結構膠的粘結寬度呢？從上面的計算公式可以看出，由于所有的參數都是固定的，只有提高硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2才能減小結構膠的粘結寬度。
    JGJ102-2003條文說明第5.6.2條解釋了硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2的取值依據：“現行國家標準《建筑用硅酮結構密封膠》GB16776中，規定了硅酮結構密封膠的拉伸強度值不低于0.6N/m2，在風荷載或地震作用下，硅酮結構密封膠的總安全系數取不小于4，套用概率極限狀態設計方法，風荷載分項系數取1.4，地震作用分項系數取1.3，則其強度設計值f1約為0.21～0.195N/m2，本規范取為0.2N/m2，此時材料分項系數約為3.0。在永久荷載（重力荷載）作用下，硅酮結構密封膠的強度設計值f2取為風荷載作用下強度設計值的1/20，即0.01N/m2。”
    根據上述說明，如果硅酮結構膠的拉伸強度標準值大于0.6N/m2，就有可能在不降低安全系數的前提下提高硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2，從而減小硅酮結構膠的粘結寬度。
    廣州市白云化工有限公司生產的白云牌SS921/SS922超高性能硅酮結構密封膠的拉伸強度標準值為1.2MPa，是GB16776規定的拉伸強度標準值（0.6MPa）的2倍，按照《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003條文說明5.6.2對結構膠設計參數的取用方法，可將硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2分別提高至原來的2倍，
    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進行上面的計算

    結構膠粘結寬度小于24mm，在保證幕墻安全性的前提下，滿足了幕墻美觀的需要，同時節省了鋁材的用量，可謂一舉多得。
    在廣州西塔主塔樓幕墻工程中，設計師選用白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠，將結構膠的強度設計值f1、f2分別提高至原來的2倍，減小了硅酮結構膠的粘結寬度。
    如此大幅度地提高硅酮結構密封膠的強度設計值，在國內尚屬首次。由于沒有先例，為了確保幕墻的安全，設計師還設置了托條和安全夾等雙重保護措施。在專家論證會上，設計方案獲得了與會專家的一致認同。
    綜上所述，在大荷載作用下，隱框玻璃幕墻結構膠寬度的設計，可以通過選用高性能的硅酮結構密封膠、提高其強度設計值f1、f2并設置一定保護措施的方式來減小硅酮結構膠粘結寬度，使幕墻既安全又美觀。





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