天津泰达广场玻璃肋吊挂悬挑的全玻璃幕墙的设计
天津泰达广场玻璃肋吊挂悬挑的全玻璃幕墙的设计
广东金刚幕墙工程有限公司 王何青
广东金刚幕墙工程有限公司 熊 波
1.引言
传统的吊挂肋式全玻幕墙系统，玻璃肋上端吊挂，下端落地，属于简单的简支梁受力模型。但全玻幕墙通常应用于人流量比较多的空旷空间场所，顶天立地的玻璃肋，不但会影响人平视范围内的视觉通透性效果，而且存在人为破坏性的安全隐患。吊挂悬挑的肋式全玻幕墙系统，既解决了视觉通透性效果问题，同时也减少了人为破坏性的安全隐患，因此可以得到广泛应用。
本文介绍的吊挂悬挑的肋式全玻璃幕墙系统上端吊挂，下端悬挑，离地有2.5m高，由于玻璃肋属于上端固结的单跨悬挑模型，固定端的构造受力相对比较复杂，因此在节点构造设计过程中需仔细推敲考虑，不能完全参照常规的全玻幕墙进行构造设计和结构验算。通过不断努力，我们设计了一个比较成熟的方案，在此基础上，我们不但进行了建模模拟计算，而且通过了实验检验，证明了它的可行性。
2.工程概况
天津泰达广场有A1、A2及B1、B2四栋高层，其中A1、B1的东立面以及A2、B2的东西立面均采用了吊挂肋式全玻璃幕墙，每个面的幕墙立面轮廓均为50.4m×7.8m，全玻璃幕墙面板玻璃采用12+12A+12中空钢化双银Low-E玻璃,幕墙玻璃平面标准分格为1200mm,竖向均分为2个3900mm分格，悬挑玻璃肋采用15+pvb2.28+15钢化夹胶玻璃，玻璃肋上端采用固结处理，悬挑端长度达5.3m，从地面往上2.5m没有玻璃肋。此种悬挑吊挂的肋式全玻璃幕墙，目前在国内还属于首例；
3.结构选型和构造设计
如图一，是天津泰达广场的悬挑玻璃肋全玻璃幕墙的四性试验大样图，在结构选型和构造设计过程中，重点从以下几个方面考虑：
3.1立面玻璃面板的设计考虑：立面玻璃的设计重点是要尽量减少其荷载传递给玻璃肋，特别是永久荷载，以避免玻璃肋的疲劳失稳。在设计过程中，顶上立面玻璃采用吊挂形式连接，底下立面玻璃采用落地入槽形式连接，以保证立面玻璃自重荷载不传递给玻璃肋。立面玻璃面板与玻璃肋之间通过结构胶连接，只传递风荷载。
3.2玻璃肋的设计考虑：玻璃肋的设计重点是玻璃肋固定端的构造设计。由于玻璃是脆性材料，侧向容易产生应力集中，不能采用普通的螺栓连接吊挂。如图三、图四所示，我们采用：（1）在玻璃肋两侧面垫环氧树脂AB胶，再用钢板和紧固螺栓夹住玻璃肋，玻璃肋和环氧树脂AB胶，以及环氧树脂AB胶和钢板形成的摩擦面均达到500×1400mm，减少玻璃肋产生应力集中的可能性，且固结效果好。同时特别注意在收紧螺栓位置玻璃需开大孔，防止螺栓与玻璃肋直接接触产生玻璃肋的应力集中;（2）在玻璃肋前后端垫1400mm高的硬质橡胶垫块，采用相对柔性的接触，来抵抗玻璃肋的侧向变形。通过上述（1）（2）两种面约束的方法，使玻璃肋上端达到固结效果，而且避免了属于脆性材料的玻璃肋产生应力集中。
3.3整体玻璃幕墙稳定性考虑：由于玻璃肋悬挑比较长，玻璃肋的稳定性即整体玻璃幕墙的稳定性考虑是重点。如图四、图五、图六所示，我们采用：（1）玻璃肋上端采用了通过两侧夹住玻璃肋的固结方法，一定程度上加强玻璃肋的侧向稳定性。（2）玻璃肋下端利用玻璃面板和结构胶的作用做侧向支撑，但由于结构胶本身变形比较大，为防止意外发生，玻璃肋与立面玻璃面板之间还采用了不锈钢驳接爪进行连接，起到进一步加强连接的作用；
4.结构验算
下面我们将通过有限元软件重点对立面玻璃的强度和挠度以及玻璃肋的强度和挠度进行有限元分析，来确定方案的可行性。
4.1:立面玻璃验算：
玻璃A后面有玻璃肋支撑，属于简单的对边支撑形式，可以直接用对边支撑面板公式进行求解，玻璃B后面只有一端玻璃肋支撑，采用有限元软件进行建模模拟计算，玻璃B应给更不利，直接计算玻璃B即可。
采用软件ANSYS模拟计算,玻璃B强度结果如下:
根据ANSYS的外片玻璃强度结果图，得知12mm厚外片玻璃强度：
σ1MAX=37.003 N/mm^2
因此12mm厚外片玻璃的强度可以满足。
根据ANSYS的内片玻璃强度结果图，得知12mm厚内片玻璃强度：
σ2MAX=33.608 N/mm^2
因此12mm厚内片玻璃的强度可以满足。
根据ANSYS的玻璃挠度结果图，得知玻璃玻璃跨中最大挠度：
u= 22.454 mm
22.454 mm
因此玻璃挠度可以满足要求。
4.2:玻璃肋验算：
玻璃肋属于悬挑受力模型，受力比较复杂，需要用有限元软件进行建模模拟计算，验算玻璃肋的强度，挠度，对其应力集中的部分重点考虑；
采用软件ANSYS模拟计算, 玻璃肋强度计算结果如下:
根据ANSYS的玻璃肋强度结果图，得知玻璃肋的强度：
σMAX=37.525 N/mm^2
因此玻璃肋的强度可以满足
采用软件ANSYS模拟计算,玻璃肋挠度计算结果如下:
根据ANSYS的玻璃肋挠度结果图，得知玻璃肋的最大挠度：
UMAX= 37.525 mm
37.525 mm
玻璃肋挠度可以满足要求
5.试验检验
除了以上的理论分析计算以外，为了更好的验证此系统的各项性能，我们还在试验室进行了四性试验检测，重点是抗风压性能，同时也是验证本系统的稳定性的一个试验。考虑到本系统的特殊性，我们在做抗风压性能试验时，试验风压做到了标准值风压2倍，但整个幕墙依然完整，因此可以确定本系统的安全构造设计师行之有效的。以下是此系统的抗风压性能检测报告结果：
6.结论
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003以及《建筑幕墙》GB/T21086-2007中定义的全玻璃幕墙是上下简支受力模型，而本文论述的系统玻璃肋为悬挑结构，因此已不能直接采用规范上的公式直接进行计算，而是利用了有限元软件进行分析，同时通过了试验检验，因此本系统是行之有效且是安全的。
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