1.概述
玻璃幕墻具有高雅美觀、經(jīng)久耐用和裝配等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代土木工程建筑之中。尤其是在高層和超高層建筑中，玻璃幕墻作為建筑外圍防護(hù)的一種重要形式具有顯著的優(yōu)勢(shì)。為了適應(yīng)不同的建筑風(fēng)格和功能要求，玻璃幕墻中玻璃的種類各式各樣。從組成結(jié)構(gòu)上分主要有單片玻璃、中空玻璃和夾層玻璃等;從制作工藝上分主要有單片熱彎玻璃和球形夾層熱彎玻璃等。
玻璃是一種抗壓強(qiáng)度較高的脆性材料，產(chǎn)生脆性破壞時(shí)的變形相對(duì)于龍骨材料要小許多。因而對(duì)玻璃幕墻的撓度的控制尤為重要，這也是玻璃幕墻在抗風(fēng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。不同形式的玻璃幕墻在承受風(fēng)壓時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的性能是不同的，其壓力差與撓度之間的規(guī)律也有所差異。已有學(xué)者對(duì)支點(diǎn)式單層玻璃幕墻、夾板式夾層玻璃幕墻、鋁塑復(fù)合板幕墻的抗風(fēng)性能進(jìn)行相關(guān)的分析和探討，然而對(duì)于中空玻璃幕墻的抗風(fēng)性能的研究卻很少。為了進(jìn)一步明確中空玻璃幕墻的抗風(fēng)性能，即壓力差與撓度之間的變化規(guī)律，利用幕墻動(dòng)風(fēng)壓測(cè)試設(shè)備對(duì)中空式玻璃幕墻的抗風(fēng)壓性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。并將試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，以期為工程建設(shè)提供參考。
2.玻璃幕墻抗風(fēng)壓試驗(yàn)
2.1試驗(yàn)概況
中空玻璃幕墻抗風(fēng)壓性能試驗(yàn)試件尺寸為寬2175mm×高3600mm。嵌板材料為玻璃面板，Low-E 6+12+6mm中空鋼化玻璃，室內(nèi)的一片為鍍膜低輻射鋼化玻璃。玻璃大尺寸為1000mm×1700mm。采用濕法鑲嵌方法，采用硅酮密封膠密封。試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度為26℃，氣壓為101.5kPa。支承體系采用鋁合金龍骨架，主龍骨尺寸為120mm×65mm，次龍骨尺寸為65mm×65mm。
2.2測(cè)點(diǎn)布置
在抗風(fēng)壓性能試驗(yàn)中，分別在中空玻璃面板中線和玻璃幕墻試件中線處布置了2組測(cè)點(diǎn)。在相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)處安裝數(shù)碼位移計(jì)，位移計(jì)安裝在中空玻璃面板和玻璃幕墻的外側(cè)。用來(lái)測(cè)定在不同的壓力差作用下，玻璃面板和玻璃幕墻試件的撓度的變化規(guī)律。玻璃面板和幕墻的面法線撓度測(cè)點(diǎn)布置情況如圖1所示。
圖1 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置示意圖(單位：mm)
2.3試驗(yàn)及結(jié)果
將玻璃幕墻固定于試件安裝系統(tǒng)上并將玻璃幕墻與壓力箱開(kāi)口部位密封，供風(fēng)設(shè)備施加正負(fù)雙向壓力。在正負(fù)壓檢測(cè)前分別施加3個(gè)壓力脈沖。壓力差值為500Pa，加壓速度為100Pa/s，持續(xù)時(shí)間為3s，待壓力差回零后開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程依據(jù)《建筑幕墻氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法(GB/T15227-2007)》和《建筑幕墻(GB/T21086-2007)》的規(guī)定進(jìn)行操作。試驗(yàn)中加載方案如圖2所示(圖中符號(hào)▼表示將試件的可開(kāi)啟部分開(kāi)關(guān)5次，圖中的大壓力差滿足Pmax>P3)。
圖2 加載方案示意圖
試件的面法線撓度是衡量構(gòu)件抗風(fēng)壓性能的主要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，受力試件的面法線撓度按照下式計(jì)算：
式中，f為面法線撓度值，(mm);a0、b0和c0分別為各測(cè)點(diǎn)在預(yù)備加壓后的穩(wěn)定位移值，(mm);a、b和c分別為某級(jí)試驗(yàn)壓力作用過(guò)程中各測(cè)點(diǎn)的面法線位移，(mm)。
根據(jù)試驗(yàn)得出的各測(cè)點(diǎn)的位移計(jì)算鋁合金玻璃幕墻構(gòu)件和中空玻璃中心點(diǎn)處的撓度。幕墻試驗(yàn)構(gòu)件中心點(diǎn)的撓度以及中空玻璃中心點(diǎn)的撓度隨壓力差的變化規(guī)律如圖3所示。從圖3可以看出，鋁合金）玻璃幕墻構(gòu)件中心點(diǎn)處的撓度隨著壓力差的增大呈近似線性增加。正壓力差為1250Pa時(shí)，構(gòu)件中心點(diǎn)處的大撓度為6.01mm;相應(yīng)的負(fù)壓力差作用下的構(gòu)件大撓度為-6.34mm，二者相差5%。構(gòu)件中的中空玻璃中心點(diǎn)處撓度也隨著壓力差的增大呈近似線性增加的變化規(guī)律。大正壓力差作用下，中空玻璃中心點(diǎn)處的撓度為3.81mm，相應(yīng)的負(fù)壓力差作用下的大撓度為-3.79mm，二者相差不到1%。
圖3 試件和中空玻璃中心點(diǎn)撓度隨壓力差的變化規(guī)律
3.理論分析
3.1撓度計(jì)算
針對(duì)中空玻璃幕墻的特點(diǎn)，由于其變形較小，一般小于玻璃的厚度。因而，可以采用《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ102-2003)》中的小撓度計(jì)算理論來(lái)計(jì)算其跨中撓度。但是在確定其厚度時(shí)，應(yīng)采用等效厚度。中空玻璃構(gòu)件的剛度可以按照下式確定：
式中，D為中空玻璃構(gòu)件的剛度，E為玻璃的彈性模量，(N/mm2);te為中空玻璃的等效厚度，(mm);v為泊松比。中空玻璃的等效厚度t由下式計(jì)算：
式中，k為等效厚度系數(shù)，取k=0.95;t1和t2分別為各單片玻璃的厚度，(mm)。對(duì)于玻璃的跨中撓度，按照考慮幾何非線性的有限元方法計(jì)算，風(fēng)荷載作用下大撓度由下式計(jì)算：
式中，wk為垂直于玻璃幕墻平面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值），(N/mm);a為玻璃短邊變長(zhǎng)，(mm);μ為撓度系數(shù)，可由玻璃短邊與長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)比按規(guī)范《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ102-2003)》確定，η為折減系數(shù)，可由參數(shù)θ按照規(guī)范確定，且：
3.2試驗(yàn)與理論結(jié)果對(duì)比分析
理論計(jì)算中，取玻璃的彈性模量為6.5×104N/mm2，泊松比取0.25。各層玻璃的厚度為6mm，玻璃短邊尺寸為1000mm，長(zhǎng)邊為1700mm。各級(jí)壓力差荷載作用下相應(yīng)的參數(shù)和折減系數(shù)的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 各級(jí)壓力差下的參數(shù)和折減系數(shù)
中空玻璃中心點(diǎn)處的撓度的理論解和試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，理論結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果具有相同的變化規(guī)律，其撓度均隨著壓力差的增大而近似呈線性增加。當(dāng)壓力差為1250Pa時(shí)，理論方法計(jì)算玻璃中心點(diǎn)處的大撓度為5.05mm，而相應(yīng)的壓力差荷載作用下，試驗(yàn)測(cè)得的中心點(diǎn)處大撓度為3.81mm。理論結(jié)果比相應(yīng)條件下的試驗(yàn)結(jié)果大25%。由此可知，現(xiàn)行的理論方法的計(jì)算結(jié)果偏于保守，利用該理論方法進(jìn)行中空玻璃幕墻的設(shè)計(jì)是偏于安全的。
圖4 理論與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
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