【門窗幕墻網(wǎng)】【摘要】分析全玻幕墻玻璃肋的有關(guān)穩(wěn)定性計(jì)算，包括玻璃肋側(cè)向整體穩(wěn)定計(jì)算、局部屈曲應(yīng)力的計(jì)算，為大家設(shè)計(jì)全玻幕墻中超高玻璃肋提供參考。

【關(guān)健詞】全玻幕墻、側(cè)向整體穩(wěn)定性、局部屈曲應(yīng)力、玻璃肋

一、前言

全玻玻璃幕墻因其完全的通透，美觀，現(xiàn)已越來(lái)越多應(yīng)用到現(xiàn)代化的建筑中，全玻幕墻主要同玻璃面板和玻璃肋組成，由于玻璃是一種脆性材料，玻璃肋作為全玻幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，在實(shí)際幕墻工程設(shè)計(jì)中應(yīng)加以注意，特別是超高玻璃肋的穩(wěn)定性計(jì)算。雖然玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范對(duì)高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩(wěn)定驗(yàn)算，但未給予詳細(xì)的計(jì)算方法。

二、玻璃肋局部穩(wěn)定性計(jì)算

全玻玻璃幕墻的支撐結(jié)構(gòu)是玻璃肋，玻璃肋與玻璃面板一般都是垂直布置的，玻璃肋通過(guò)結(jié)構(gòu)膠承受玻璃面板傳遞的荷載。由于玻璃肋玻璃厚度非常薄，玻璃肋相當(dāng)于承受平面內(nèi)荷載的薄板。在荷載的作用下，玻璃肋會(huì)產(chǎn)生奪應(yīng)力，因此玻璃肋可能會(huì)出現(xiàn)局部屈曲失穩(wěn)的情況。

對(duì)于玻璃肋這種單方向受壓的薄板，由經(jīng)典板殼力學(xué)其臨界屈曲應(yīng)力為：

σ0=κπ2E(t/d)2/[12(1-ν2)]

式中：κ屈曲系數(shù)

E玻璃的彈性模量，取E=0.72×105(N/mm2)

ν玻璃的泊松比，取ν=0.2

t玻璃肋的玻璃厚度

d玻璃肋玻璃的寬度

式中屈曲系數(shù)κ需要根據(jù)薄板的支撐條件確定的。薄板的支撐條件為三邊簡(jiǎn)支，一邊自由邊，屈曲系數(shù)κ取0.425。薄板的支撐條件為受荷載的簡(jiǎn)支，非受荷載的邊一邊固定，另一邊自由，屈曲系數(shù)κ取1.277。

玻璃肋與玻璃面板的連接通常有以下兩種形式，一種玻璃面板與玻璃肋平齊，取平齊式，另一種玻璃肋后置式，如下圖。

在全玻幕墻工程中，玻璃肋通常通過(guò)結(jié)構(gòu)膠與玻璃面板連接。對(duì)于玻璃肋后置式，玻璃面板和結(jié)構(gòu)膠對(duì)玻璃肋嵌固作用非常小，可以認(rèn)為玻璃肋的一邊是自由的，其它三邊簡(jiǎn)支，因此屈曲系數(shù)κ取0.425。玻璃肋平齊式雖然不能認(rèn)為玻璃面板與玻璃肋之間是完全固接的，但玻璃面板對(duì)玻璃肋是有一定的嵌固作用的，相當(dāng)于T型鋼翼緣對(duì)腹板具有嵌固作用，因此此情況屈曲系數(shù)κ取1.0。

從對(duì)屈曲系數(shù)κ分析，在超高玻璃勒肋的全玻幕墻中，應(yīng)盡量采用玻璃肋與玻璃面板平齊，即平齊式，這可以提高玻璃肋局部臨界作用，同時(shí)也有利于玻璃肋與玻璃面板之間結(jié)構(gòu)膠的受力。

根據(jù)經(jīng)典板殼力學(xué)其臨界屈曲應(yīng)力公式可知：玻璃肋的寬厚比

d/t=(κπ2E/[12σ0(1-ν2)])0.5

若令σ0>fg(fg為玻璃的側(cè)面強(qiáng)度設(shè)計(jì)值)，為了滿足玻璃肋局部穩(wěn)定，玻璃肋的最大寬度比如下表所示：

從以上表分析可知：盡管浮法玻璃側(cè)面強(qiáng)度設(shè)計(jì)值比鋼化玻璃側(cè)面強(qiáng)度設(shè)計(jì)值小，但在其相同的條件下，從玻璃肋的局部穩(wěn)定性方面考慮，浮法玻璃的局部穩(wěn)定性要比鋼化玻璃強(qiáng)，因此，如果玻璃肋的強(qiáng)度要求不高，玻璃肋盡量選用由浮法玻璃組成的夾膠玻璃或表面粘貼安全膜的浮法玻璃。

三、玻璃肋側(cè)向整體穩(wěn)定性計(jì)算

玻璃肋作為全玻幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，因其截面的特殊性，玻璃肋平面內(nèi)的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平面內(nèi)的剛度。因此，當(dāng)玻璃肋高度比較大時(shí)，如玻璃肋側(cè)向沒(méi)有支撐約束，玻璃肋可能會(huì)發(fā)生平面外的彎曲和扭轉(zhuǎn)，即玻璃肋平面外的失衡。因國(guó)內(nèi)規(guī)范對(duì)玻璃肋平面外失穩(wěn)沒(méi)有提供明確的計(jì)算方法，對(duì)常見(jiàn)玻璃肋，現(xiàn)參考澳大利亞玻璃幕墻規(guī)范經(jīng)予計(jì)算，具體如下：

Mcr=[(π/Laφ)2(EI)y(d/4+y02)+(GJ)]/(2y0+yk)

式中：Mcr局限側(cè)向屈曲彎矩(N.mm)

Laφ玻璃肋的高度(mm)

(EI)y玻璃肋繞弱軸方向的抗彎剛度(N.mm2)，其中：

E玻璃的彈性模量，取E=0.72×105(N/mm2)

I玻璃肋繞弱軸方向慣性矩(mm4)

d玻璃肋的寬度(mm)

y0側(cè)向約束與中性軸之間距離(mm)

(GJ)玻璃肋的抗扭剛度(N.mm2)，其中：

G玻璃剪切模量，取G=3.0×104(N/mm2)

J玻璃肋的抗扭慣性矩(mm4)

yk荷載作用點(diǎn)與中性軸之間距離(mm)

當(dāng)玻璃肋承受正風(fēng)壓時(shí)，即荷載方向向內(nèi)，y0與yk取異號(hào)。當(dāng)玻璃肋承受負(fù)風(fēng)壓時(shí)，即荷載向外，y0與yk取同號(hào)。因此，在相同條件下，玻璃肋承受負(fù)風(fēng)壓的局限側(cè)向屈曲彎矩比承受正風(fēng)壓的小，這也充分說(shuō)明在彎矩作用下使玻璃自由邊受壓而產(chǎn)生更不利的影響。

通過(guò)對(duì)玻璃肋局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定性公式分析發(fā)現(xiàn)，玻璃肋的臨界屈曲應(yīng)力主要與玻璃肋的寬厚比有關(guān)，玻璃肋的極限側(cè)向屈曲彎矩主要與玻璃肋的高度有關(guān)。玻璃肋的寬度對(duì)超高玻璃肋的側(cè)向屈曲彎矩提高作用并不大，而玻璃的自重對(duì)玻璃的穩(wěn)定有一定的作用。在設(shè)計(jì)超高玻璃肋時(shí)，應(yīng)盡量采用懸掛系統(tǒng)，懸掛式玻璃肋比座落式玻璃肋側(cè)向抗屈曲能力強(qiáng)，因?yàn)閼覓焓讲ＡЮ呦到y(tǒng)，玻璃肋的自重產(chǎn)生對(duì)玻璃肋的側(cè)向抗屈曲有利的拉力作用，但是玻璃自重產(chǎn)生的影響比玻璃肋的厚度和高度都小。

四、玻璃肋穩(wěn)定性計(jì)算實(shí)例

某全玻玻璃幕墻工程，玻璃面板為12mm鋼化玻璃，玻璃肋為t=15mm粘貼安全膜的浮法玻璃，玻璃面板受到的組合荷載設(shè)計(jì)值Q=3.0KN/m2，玻璃面板寬度B=1500mm，玻璃肋的高度Laφ=5000mm，玻璃肋的寬度d=600mm。玻璃肋的支撐條件為上下簡(jiǎn)支，玻璃面板與玻璃肋采用平齊式連接；正面驗(yàn)算玻璃肋的局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性。

1、玻璃肋局部穩(wěn)定性

由經(jīng)典板殼力學(xué)其臨界屈曲應(yīng)力為：

σ0=κπ2E(t/d)2/[12(1-ν2)]

σ0=1.0×3.142×72000(15/600)2/[12(1-0.22)]

σ0=38.5(N/mm2)>fg=17.0(N/mm2)

因此，此玻璃肋的局部穩(wěn)定性滿足要求。

2、玻璃肋整體穩(wěn)定性

J=(d/t-0.63)t4/3

J=(600/15-0.63)×154/3=664369(mm4)

I=dt3/12=600×153/12=168750(mm4)

y0=300(mm)，yk=300(mm)

因此，Mcr=[(π/Laφ)2(EI)y(d/4+y02)+(GJ)]/(2y0+yk)

Mcr=[(3.14/5000)2(72000×168750)×(600/4+3002)+(3.0×104×664369)]/(2×300+300)

Mcr=23103986(N.mm)

玻璃肋受到最大彎矩

M=W×B×Laφ2/8=3.0×1.5×50002/8=14063500(N.mm)＜Mcr=23103986(N.mm)

因此，此玻璃肋的整體穩(wěn)定性滿足要求。

五、總結(jié)

玻璃肋作為全玻幕墻的支撐結(jié)構(gòu)，特別對(duì)超高玻璃肋，除了計(jì)算玻璃肋截面高度和撓度外，還必須計(jì)算玻璃肋的穩(wěn)定性。玻璃肋的邊界約束條件、寬厚比、玻璃肋的高度和厚度對(duì)玻璃肋的穩(wěn)定性有非常大的影響，玻璃肋的自重對(duì)其穩(wěn)定性有一定作用，但影響非常小。在全玻幕墻設(shè)計(jì)中，對(duì)于超高玻璃肋，應(yīng)盡量采用玻璃肋與玻璃面板平齊，即平齊式。

參考文獻(xiàn)

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