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隨著建筑業(yè)的迅猛發(fā)展,建筑造型逐漸個性化,建筑幕墻的形式也隨之多樣化、復雜化。人們對建筑的要求越來越高,美觀、舒適、節(jié)能、環(huán)保都是建筑師在設計時必須考慮的問題,要達到這四者的完美統(tǒng)一,現(xiàn)有的技術、材料和工藝水平有時已經(jīng)無法滿足建筑師的要求,迫切需要新技術、新材料、新工藝的推出來解決這些問題。
目前,玻璃幕墻行業(yè)有些情況非常值得關注:
1.?高層、超高層建筑的隱框玻璃幕墻;
2.?玻璃板塊、分格特別大的隱框玻璃幕墻;
3.?由于節(jié)能、安全等方面的要求,要使用夾層中空玻璃的隱框玻璃幕墻;
4.?在抗震9度設防的地區(qū)建造的隱框玻璃幕墻。
上述幾種情況,玻璃幕墻使用的硅酮結構密封膠所需承受的荷載均可能較常規(guī)玻璃幕墻大,如果遇到上述幾種情況的組合,按照現(xiàn)有規(guī)范進行設計計算,結構膠的寬度將大大增加。
JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)中對于結構膠的粘結寬度有下面一些要求:
1.?寬度大于等于7mm;厚度大于等于6mm;厚度≤寬度≤2倍厚度;厚度≤12mm。
2.?硅酮結構密封膠應根據(jù)不同的受力情況進行承載力極限狀態(tài)驗算。在風荷載、水平地震作用下,硅酮結構密封膠的拉應力或剪應力設計值不應大于其強度設計值f1,f1應取0.2N/mm2;在永久荷載作用下,硅酮結構密封膠的拉應力或剪應力設計值不應大于其強度設計值f2,f2應取0.01N/mm2。
3.?豎向隱框、半隱框玻璃幕墻中玻璃和鋁框之間硅酮結構密封膠的粘接寬度,非抗震設計時,可取第a、c款計算的較大值;抗震設計時,可取第b、c款計算的較大值。
a)?在風荷載作用下的粘接寬度計算:
b)?在風荷載和水平地震作用下的粘接寬度計算:
c)?在玻璃永久荷載作用下的粘接寬度計算:
4.?水平倒掛的隱框、半隱框玻璃和鋁框之間硅酮結構密封膠的粘接寬度計算:
在一般的荷載情況下,按照上面的公式進行計算,結構膠的寬度通??梢韵拗圃?-24mm范圍內,滿足《規(guī)范》的要求。但是,在遇到上述幾種情況或上述幾種情況的組合時,結構膠的寬度經(jīng)常超過24mm,有時甚至達到40mm以上。
比如,某工程各參數(shù)如下:
玻璃:8+1.52PVB+10+12A+10;
玻璃尺寸:1448mm×4426 mm;
水平組合荷載設計值W合=8.941KPa;
垂直組合荷載設計值qG =0.860 KPa;
按照《規(guī)范》計算:
取兩者的最大值,硅酮結構膠的粘結寬度達47mm,遠遠大于24mm,不僅無法滿足《規(guī)范》要求的7-24mm的范圍,也會嚴重影響幕墻的視覺效果,更會由于鋁材耗費量的增加而大大增加幕墻建造的成本。
那么,有沒有可能在保證安全的前提下減小結構膠的粘結寬度呢?從上面的計算公式可以看出,由于所有的參數(shù)都是固定的,只有提高硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2才能減小結構膠的粘結寬度。
JGJ 102-2003 條文說明第5.6.2條解釋了硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2的取值依據(jù):“現(xiàn)行國家標準《建筑用硅酮結構密封膠》GB 16776中,規(guī)定了硅酮結構密封膠的拉伸強度值不低于0.6N/m2,在風荷載或地震作用下,硅酮結構密封膠的總安全系數(shù)取不小于4,套用概率極限狀態(tài)設計方法,風荷載分項系數(shù)取1.4,地震作用分項系數(shù)取1.3,則其強度設計值f1約為0.21~0.195N/m2,本規(guī)范取為0.2N/m2,此時材料分項系數(shù)約為3.0。在永久荷載(重力荷載)作用下,硅酮結構密封膠的強度設計值f2取為風荷載作用下強度設計值的1/20,即0.01N/m2。”
根據(jù)上述說明,如果硅酮結構膠的拉伸強度標準值大于0.6 N/m2,就有可能在不降低安全系數(shù)的前提下提高硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2,從而減小硅酮結構膠的粘結寬度。
廣州市白云化工有限公司生產(chǎn)的白云牌SS921/SS922超高性能硅酮結構密封膠的拉伸強度標準值為1.2MPa,是GB16776規(guī)定的拉伸強度標準值(0.6MPa)的2倍,按照《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》JGJ 102-2003條文說明5.6.2對結構膠設計參數(shù)的取用方法,可將硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2分別提高至原來的2倍,即f1=1.2/3.0=0.4N/mm2、f2=1.2/60.0=0.02N/mm2。
按照f1=0.4N/mm2、f2=0.02N/mm2進行上面的計算
結構膠粘結寬度小于24mm,在保證幕墻安全性的前提下,滿足了幕墻美觀的需要,同時節(jié)省了鋁材的用量,可謂一舉多得。
在廣州西塔主塔樓幕墻工程中,設計師選用白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠,將結構膠的強度設計值f1、f2分別提高至原來的2倍,減小了硅酮結構膠的粘結寬度。
如此大幅度地提高硅酮結構密封膠的強度設計值,在國內尚屬首次。由于沒有先例,為了確保幕墻的安全,設計師還設置了托條和安全夾等雙重保護措施。在專家論證會上,設計方案獲得了與會專家的一致認同。
綜上所述,在大荷載作用下,隱框玻璃幕墻結構膠寬度的設計,可以通過選用高性能的硅酮結構密封膠、提高其強度設計值f1、f2并設置一定保護措施的方式來減小硅酮結構膠粘結寬度,使幕墻既安全又美觀。
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