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赵西安全新解读:玻璃结构

来源:《建筑幕墙创新与发展》  作者:赵西安  日期:2017-4-19
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  提要: 本文介绍了玻璃作为结构材料在建筑工程中的应用。玻璃同时具备透光、高强、轻质、耐久等四项性能,有别于其他结构材料,受到建筑师的青睐。全玻璃结构和玻璃 - 钢材混合结构,已经得到较多的采用。             
  关键词:玻璃材料,玻璃结构,夹胶玻璃,钢化玻璃

图2 6层15mm玻璃夹胶的玻璃柱

  1.3 超大尺寸玻璃

  目前常用玻璃的长度在8m以内,各国热弯夹胶钢化玻璃的长度一般不超过6m。超过长度的结构构件,用不锈钢板和不锈钢螺栓连接而成(图3)。

图3 用不锈钢夹板连接的玻璃柱

  2012年,中国已经生产世界最大尺寸的玻璃。目前生产最大的玻璃为18m X 4m,厚度最大为25mm(图4)。并且具备了相应的钢化、热弯、夹胶的能力。中国的超大玻璃已经为国内外的玻璃结构提供了强大的技术支持(图5、图6)。

图4 超大玻璃 18m X 4m,厚度 25mm

图5 为纽约苹果店生产的15m高、5夹胶玻璃柱

图6 为香港苹果店生产的18m高、6夹胶玻璃柱

  2 玻璃结构

  玻璃结构常用于板,包括墙板和承重楼板。此外,用于主要承重结构时,有梁、柱和框架

  2.1 梁式结构

  玻璃梁通常作为玻璃采光顶支承结构,用于高层建筑(词条“高层建筑”由行业大百科提供)的顶部、裙房以及大型公共建筑。为了安全,采光顶的面板和承重梁都必须采用夹胶玻璃。

  玻璃梁通常采用铰支座,按简支梁计算

  

图7 变截面梁(左)和等截面梁(右)

 

图8 北京海军总医院

图9 北京天文馆

图10 纽约第五大街苹果店交叉玻璃梁系

图11 交错布置的变截面玻璃梁系

图12 玻璃穹顶的支承梁系统

图13 英国维多利亚博物馆采光顶的梁支承结构体系

  玻璃采光顶夹层玻璃面板可以周边支承,也可以采用点支承。按照其支承条件分别进行计算,通常多采用板的有限元分析软件。

图14 点支承的玻璃面板,钢爪(词条“钢爪”由行业大百科提供)支承(左)和夹板支承(右)

  2.2 玻璃柱

  玻璃柱在受弯平面内截面尺寸很大,可以到800mm或更多;而在受弯平面外,受玻璃厚度所限,通常很小。为提高平面外的稳定性,除高度较小(通常高度6m以下)时可以采用底部支承外,多数情况下采用顶部悬挂的支承方式,使玻璃柱处于拉弯的受力状态。当玻璃柱的高度很大时,常采用多片玻璃夹胶以增大玻璃的厚度,从而加大玻璃柱截面的宽度(图15)。

  玻璃柱上下端均采用铰支承,承受玻璃面板传来的自重、风荷载和地震力。玻璃面板可以采用边缘支承方式或点支承方式与玻璃柱连结(图16)。

图15 采用夹胶玻璃的玻璃柱

图16 北京地铁新国展站玻璃墙上的玻璃柱

  玻璃柱较高时,可以采用不锈钢板将几段玻璃柱连接为长柱(图17)。

  图18为北京芳草地中心高层办公综合建筑,大面积玻璃墙面用玻璃柱支承,形成通透的室内空间。

  玻璃柱平面外刚度很小,其平面外稳定性问题要有足够的注意。虽然玻璃柱的一侧有玻璃面板作为平面外的支撑,但是另一侧玻璃柱是无约束的,当承受风吸力时,自由边受压,存在失稳的危险。因此·,当玻璃柱的高度大于8m时,应考虑玻璃柱的稳定问题;大于12m时,必须进行平面外稳定性计算。必要时增加平面外的支撑(图19)。

  平面外支撑可以采用水平玻璃梁、水平不锈钢撑杆、水平不锈钢板等。图20为厦国际会议中心玻璃柱的不锈钢板水平梁式支撑,不锈钢梁自重由竖向不锈钢吊杆支承。

图17 用不锈钢板连结玻璃柱

图18 北京芳草地中心高层办公楼玻璃墙面

图19 深圳观澜球会12m玻璃柱

图20 厦门国际会展中心不锈钢梁支撑(左)和钢梁的吊杆(右)

图21 厦门马可波罗酒店,玻璃梁作为平面外支撑

图22 昆明西山万达,不锈钢管平面外支撑

  苏州科技园区设计院高层办公楼,整座建筑的各层玻璃外墙均采用玻璃柱支承,大大扩展了玻璃结构的应用领域(图24)。

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专家介绍

 赵西安

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:中国建筑科学研究院

技术职称:研究员

专业:建筑结构,建筑幕墙

专长:建筑结构,建筑幕墙

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