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      趙西安全新解讀:玻璃結(jié)構(gòu)

      來源:《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》  作者:趙西安  日期:2017-4-19
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        提要: 本文介紹了玻璃作為結(jié)構(gòu)材料在建筑工程中的應(yīng)用。玻璃同時(shí)具備透光、高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐久等四項(xiàng)性能,有別于其他結(jié)構(gòu)材料,受到建筑師的青睞。全玻璃結(jié)構(gòu)和玻璃 - 鋼材混合結(jié)構(gòu),已經(jīng)得到較多的采用。             
        關(guān)鍵詞:玻璃材料,玻璃結(jié)構(gòu),夾膠玻璃,鋼化玻璃

      圖2 6層15mm玻璃夾膠的玻璃柱

        1.3 超大尺寸玻璃

        目前常用玻璃的長度在8m以內(nèi),各國熱彎夾膠鋼化玻璃的長度一般不超過6m。超過長度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,用不銹鋼板和不銹鋼螺栓連接而成(圖3)。

      圖3 用不銹鋼夾板連接的玻璃柱

        2012年,中國已經(jīng)生產(chǎn)世界最大尺寸的玻璃。目前生產(chǎn)最大的玻璃為18m X 4m,厚度最大為25mm(圖4)。并且具備了相應(yīng)的鋼化、熱彎、夾膠的能力。中國的超大玻璃已經(jīng)為國內(nèi)外的玻璃結(jié)構(gòu)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持(圖5、圖6)。

      圖4 超大玻璃 18m X 4m,厚度 25mm

      圖5 為紐約蘋果店生產(chǎn)的15m高、5夾膠玻璃柱

      圖6 為香港蘋果店生產(chǎn)的18m高、6夾膠玻璃柱

        2 玻璃結(jié)構(gòu)

        玻璃結(jié)構(gòu)常用于板,包括墻板和承重樓板。此外,用于主要承重結(jié)構(gòu)時(shí),有梁、柱和框架。

        2.1 梁式結(jié)構(gòu)

        玻璃梁通常作為玻璃采光頂支承結(jié)構(gòu),用于高層建筑(詞條“高層建筑”由行業(yè)大百科提供)的頂部、裙房以及大型公共建筑。為了安全,采光頂?shù)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>面板和承重梁都必須采用夾膠玻璃。

        玻璃梁通常采用鉸支座,按簡支梁計(jì)算

        

      圖7 變截面梁(左)和等截面梁(右)

       

      圖8 北京海軍總醫(yī)院

      圖9 北京天文館

      圖10 紐約第五大街蘋果店交叉玻璃梁系

      圖11 交錯布置的變截面玻璃梁系

      圖12 玻璃穹頂的支承梁系統(tǒng)

      圖13 英國維多利亞博物館采光頂?shù)牧褐С薪Y(jié)構(gòu)體系

        玻璃采光頂夾層玻璃面板可以周邊支承,也可以采用點(diǎn)支承。按照其支承條件分別進(jìn)行計(jì)算,通常多采用板的有限元分析軟件。

      圖14 點(diǎn)支承的玻璃面板,鋼爪(詞條“鋼爪”由行業(yè)大百科提供)支承(左)和夾板支承(右)

        2.2 玻璃柱

        玻璃柱在受彎平面內(nèi)截面尺寸很大,可以到800mm或更多;而在受彎平面外,受玻璃厚度所限,通常很小。為提高平面外的穩(wěn)定性,除高度較小(通常高度6m以下)時(shí)可以采用底部支承外,多數(shù)情況下采用頂部懸掛的支承方式,使玻璃柱處于拉彎的受力狀態(tài)。當(dāng)玻璃柱的高度很大時(shí),常采用多片玻璃夾膠以增大玻璃的厚度,從而加大玻璃柱截面的寬度(圖15)。

        玻璃柱上下端均采用鉸支承,承受玻璃面板傳來的自重、風(fēng)荷載和地震力。玻璃面板可以采用邊緣支承方式或點(diǎn)支承方式與玻璃柱連結(jié)(圖16)。

      圖15 采用夾膠玻璃的玻璃柱

      圖16 北京地鐵新國展站玻璃墻上的玻璃柱

        玻璃柱較高時(shí),可以采用不銹鋼板將幾段玻璃柱連接為長柱(圖17)。

        圖18為北京芳草地中心高層辦公綜合建筑,大面積玻璃墻面用玻璃柱支承,形成通透的室內(nèi)空間。

        玻璃柱平面外剛度很小,其平面外穩(wěn)定性問題要有足夠的注意。雖然玻璃柱的一側(cè)有玻璃面板作為平面外的支撐,但是另一側(cè)玻璃柱是無約束的,當(dāng)承受風(fēng)吸力時(shí),自由邊受壓,存在失穩(wěn)的危險(xiǎn)。因此·,當(dāng)玻璃柱的高度大于8m時(shí),應(yīng)考慮玻璃柱的穩(wěn)定問題;大于12m時(shí),必須進(jìn)行平面外穩(wěn)定性計(jì)算。必要時(shí)增加平面外的支撐(圖19)。

        平面外支撐可以采用水平玻璃梁、水平不銹鋼撐桿、水平不銹鋼板等。圖20為廈國際會議中心玻璃柱的不銹鋼板水平梁式支撐,不銹鋼梁自重由豎向不銹鋼吊桿支承。

      圖17 用不銹鋼板連結(jié)玻璃柱

      圖18 北京芳草地中心高層辦公樓玻璃墻面

      圖19 深圳觀瀾球會12m玻璃柱

      圖20 廈門國際會展中心不銹鋼梁支撐(左)和鋼梁的吊桿(右)

      圖21 廈門馬可波羅酒店,玻璃梁作為平面外支撐

      圖22 昆明西山萬達(dá),不銹鋼管平面外支撐

        蘇州科技園區(qū)設(shè)計(jì)院高層辦公樓,整座建筑的各層玻璃外墻均采用玻璃柱支承,大大擴(kuò)展了玻璃結(jié)構(gòu)的應(yīng)用領(lǐng)域(圖24)。

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      專家介紹

       趙西安

      鋁門窗幕墻委員會專家組

      工作單位:中國建筑科學(xué)研究院

      技術(shù)職稱:研究員

      專業(yè):建筑結(jié)構(gòu),建筑幕墻

      專長:建筑結(jié)構(gòu),建筑幕墻

      原文地址:http://www.52mqw.com/info/2017-4-19/42835-1.htm
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