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點支式玻璃幕墻設計與施工13902244223

時間: 2021/12/9 10:59:44 

點支式玻璃幕墻設計與施工

一、       結構系統

(一)點支式幕墻組成

點支式幕墻的玻璃面板由支承點支撐,通常為四點撐,也有6點或8點支撐。鋼制支承點通過玻璃上的圓洞與玻璃連結。支承點鋼軸與圓孔之間有一空隙并用尼在套管內襯,支承點頭部與玻璃間有彈墊片,這些措施使玻璃有一定活動余地,而且不與金屬直接接觸,防止受力后局部應力過大而損壞。有些支承點的頭部有球鉸,可以轉動,能更好地適應面玻璃受平面外荷載的彎曲變形(圖1)。

圖2為點支式玻璃的一個工程實例,該工程面板采用鋼化鋼化夾膠玻璃,幕墻高度30m,面板由H形鋼爪支承。面板尺寸為2020mm(高)×2033mm(寬),支承結構為鋼管桁架,鋼管立桿為Φ318.5mm×12mm。每一支承單元由9塊玻璃組成。支承單元尺寸為6060mm×6099mm。H形鋼爪主要承受水平風載,重力荷載由彈簧吊掛支承點承受(三塊玻璃重量)。玻璃之間縫寬15mm,用密封膠加以密封。

(二)點支式皮璃幕墻的受力

作用于點支式幕墻上的荷載和作用主要有:

平面內:豎向重力荷載、溫度作用、平面內地震作用;

平面外:風荷載、水平地震荷載。

對于點支式玻璃幕墻,起控制作用的是:平面內為重力荷載,平面外為風荷載。

玻璃的重量可以由鋼爪承受,也可以由專門承受力的彈簧掛點來承受。

單片面玻璃為多點支承板,板本身在風力作用下受彎曲,面且在支承點處應力集中程度很高,應力值很大。支承點玻璃應力值與支承點結構有關,也與玻璃孔洞加工工藝有關。圓洞加工工藝高,研磨仔細,殘留微缺陷(如崩邊、V型缺口等)少,則應力集中程度低,應力較均勻,反之應力集中程度高,容易局部開裂,此外,板彎曲后連緣翹曲,板面黑心動,如果支承頭可以隨之黑心動,則板受約束少,應力集中程度小,反之,如果支承頭固定不動,則板面轉角受限,板的應力迅速增高。

日本旭硝子公司對孔洞周邊應力過行過有限無法分析,分析對象玻璃 為2m×2m,風壓值2.0KN/mm2。當有球鉸支承頭時,玻璃板中最大應力為45N/mm2,均小于玻璃受彎強度標準值50N/mm2(圖3);

但如果采用固定支承頭,則孔洞連緣最大應力高達141N/mm2,遠大于其強度標準值。相應地,球鉸支承頭的板在應力大(因角部約束力減小),但仍在玻璃強度標準值(50N/mm2)以內。

(三)面板玻璃

1、         材質

由于孔洞邊應力集中,浮法玻璃強度低,容易破裂,所以面板玻璃應采用鋼化玻璃。當面板采用夾膠玻璃時,也應先鋼化,后夾膠。

孔洞加工應在鋼化前進行。

玻璃邊緣和孔洞邊緣應在鋼化前先邊緣加工,加工要求至少細磨(200目以上)。

2、         厚度

浮頭式支承頭厚度無特殊要求,一股厚度不小于6mm,沉頭式支承頭要求錐形孔洞,玻璃不應小于10mm,如采用夾膠玻璃,則外片厚度不應小于10mm,如采用夾膠玻璃,則外片厚度不應小于10mm;內片厚度不宜小于8mm,不應小于6mm。

(四)支承鋼結構

支承鋼結構包括橫梁和立柱,或者只設立柱。橫梁和立柱的結構形式右以選用單根桿件、桁架、空腹桁架或拉索(拉桿)桁架。

1、單桿式支承結構

單桿式支承結構最為簡單,因為無論是橫梁還是立柱,都 是受彎梁工作狀戊,通常采用鋼管或I字鋼。圖4為采用鋼管立柱的支承結構。

2、空腹桁架支承結構

當跨度較大時,單根桿件已無法滿足承載力和剛度要求,此時可以采用雙桿,中間以橫桿相連,形成空腹桁架。

圖5為深圳康佳公司12.2m高的點支式玻璃幕墻空腹桁架支承結構。采用X形鋼爪,空腹桁架由鋼管焊接而成,表面氟碳噴涂。

3、         桁架支承

豎向桁架支承采用較為普通,通常為鋼管焊接桁架。圖6為深圳機場候機樓,點支幕墻面積達10000m2,幕墻最大高度25m,采用魚腹式桁架。

桁架支承也常用于高層建筑的群房部分,其大廳、庭園、商場等高度較大的樓層,可采用桁架支承。

4、         拉索桁架和拉桿桁架

桁架的受拉桿件可用鋼絞線或圓鋼代替,形成拉索或拉桿桁架,為增加桁架的剛度,拉索或拉桿可施加預應力。(圖7為南京文化藝術中心點支幕墻拉桿結構剖面)


二、     節點構造

(一)連結方式

點支式玻璃幕墻最初在60年代英國出現,采用內外金屬板的“補釘式連接方法”(圖8)。雖然解決了大面積無框玻璃幕墻幕墻的問題,但很不美觀。這種方法目前還有采用(如南京金鷹大廈),但更多轉換為鋼爪支承,帶點式支承應的連接方式(圖9)。

現在還有一種夾板式連接方式,螺栓從玻璃面板的縫中穿過,玻璃不必開孔,安全性大為提高,但美觀性稍差,故應用不多。

(二)支承頭式的形式

支承頭通常用沉和浮頭兩種形式。沉頭式的連接件沉入玻璃表面之內,表面平整,美觀,也不容易積灰污染表面(圖10);但玻璃在開錐形孔洞時,加工復雜,而且玻璃厚度不小于10mm,當受力不需要這么厚的玻璃時,不僅增加了造價,而且加大了幕墻重量,而且因兩塊玻璃厚度相差太大而容易開裂。

相反,浮頭式支點金屬外板凸出在玻璃平面外(一般厚5mm-6mm),中空玻璃的支承點有兩種形式,一種支承頭穿過兩塊玻璃,直接連接內、外兩片玻璃(圖12)。另一方式是只連結內側玻璃,外側玻璃仍由結構膠粘結(圖11)。

(三)連接鋼爪

1、吊掛鋼爪

吊掛鋼爪主要用于吊掛玻璃面板,承受面板的自重,其構造詳見圖13。

2、H形鋼爪

H形鋼爪有四個連結點,可連接四塊玻璃(圖14),當只設兩個支承頭時,則成為I形鋼爪。

3、X形鋼爪

X形鋼爪最為常用(圖15)。

4、鋼爪的構造

鋼爪是一個復雜的組合體,主體部分由鑄鋼制造,多數情況下采用不銹鋼精密鑄造,其余各個零件也相當復雜,特別是如果設有球鉸,則要求更精密的機械加工。

三、面板計算

(一)面板的應力和撓度

面板的最常見的支承條件為四點或六點支承(圖16a、b),也會遇到一邊為金屬槽、另一邊為點支承的情況(圖16c),有時會采用四點嵌固(圖16d)。

(二)內力與撓度的計算

面板的應力:σ=M/W   W=t2/6

式中σ-板中應力(N/mm2);

M-板中的彎矩(N·mm/mm);

W-板中的截面抵抗矩(mm2);

t-玻璃板的厚度(mm)。

四點支承板最大彎矩發生在長邊中點:

Mmax=moyqb2

式中b-板的長邊(mm);

q-板荷載設計值(N/mm2);

m-長邊中點最大彎矩系數,按表3查取。

四點支承板的最大撓度μ可按下式計算:

式中b-板的長邊(mm);

qk-板荷載的標準值(N/mm2);

μmax-板撓度系數,按表3查取;

D-板的剛度(N/mm);

V-玻璃的波松比,V=0.2;

t-板的厚度(mm);夾膠玻璃的等效厚度按表4取用,中空玻璃的等效厚度取單片玻璃厚度的1.2倍;

E-玻璃彈性模量,取E=7.2×104(N/mm2)

四點支承玻璃的最大彎矩系數moy和最大的撓度系數μmax


a/b


0.5

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

μmax

0.01417

0.01451

0.01496

0.01555

0.01630

0.01725

moy

0.1303

0.1317

0.1335

0.1355

0.1376

0.1398

.


a/b


0.80

0.85

0.90

0.95

0.95

1.00

μmax

0.01842

0.01984

0.02157

0.02157

0.02363

0.02603

moy

0.1423

0.1449

0.1477

0.1477

0.1506

0.1536


夾膠玻璃的等效厚度t(mm)


單片厚度t1


6

8

8

10

10

12

12

12

單片厚度t2

6

6

8

8

10

8

10

12

等效厚度t

9.2

10.8

12.2

13.9

15.3

15.7

16.9

18.4


二、點支式全玻幕墻制作及安裝施工技術要求


點支式全玻幕墻一般分為玻璃肋駁接點支式全玻幕墻和鋼結構點支式全玻幕墻兩大類,玻璃肋駁接點支式全玻幕墻是指上下二片玻璃肋通過鋼板和螺全連接,面玻和肋板又通過駁接件聯為一體的全玻幕墻。在肋駁接點支式全玻幕墻當中,上部面玻玫肋板可以以吊掛形式固定在主體結構樓板上,肋板可以根據主體結構的具體形式做成通肋或斷肋。鋼結構點支式全玻幕墻是指采用鋼結構作為面玻的支撐受力體系,在鋼結構上伸出駁接件固定面玻的全玻幕墻,支撐結構分為柱駁接式,桁架駁接式、拉桿駁接式、網索駁接式。肋駁接當中,駁接爪主要起聯接固定上下左右面玻的作用,面玻璃所承受的風荷載和水平地震作用。鋼結構可以是鋼管、鋼桿、方通、也可以采用拉桿組成,傳力明確,施工方便。

一、     點支式全玻幕墻構件制作及施工技術要求

1.玻璃的制作及施工技術要求

①.玻璃的切角、鉆孔等必須在鋼化前進行,鉆也直徑要大于玻璃板厚,玻璃邊長尺寸偏差±1.0mm,對角線尺寸允許偏差±2.0mm,鉆孔孔位允許偏差±0.8mm,他距允許偏差±1.0mm,孔軸與玻璃平面垂直度允許偏差±0.2°,孔洞邊緣距板邊間距大于或等于板厚度的2倍。

②PVB夾膠玻璃內層玻璃厚度6-12mm,外層玻璃厚8-15mm,且外層夾膠玻璃厚度最小為8mm(當風力很小而且幕墻高度較低時酌情使用),夾膠玻璃最大分格尺寸不宜超過2m×3m,如經特殊處理或有特殊要求,在采取相應安全措施后可以適當放寬。

③中空玻璃打孔后,為防止惰性氣體外泄,在玻璃開也周圍墊入一環狀金屬墊圈,并在金屬墊圈與玻璃交接處用聚異丁烯橡膠膠片保證密封。

④單片玻璃的磨邊垂直度偏差不宜超過玻璃厚度的20%。

⑤在施工現場中,玻璃應存放在無雨、無霧、無震蕩沖擊和避免光照的地方,以避免玻璃破損或玻璃表面出面彩虹,特別要注意玻璃固定也不能作為玻璃的把手,起吊玻璃在玻璃重量允許的前提下最好使用真空吸盤。

2.鋼結構制作及施工技術要求

①.鋼結構組合構件應盡可能在工廠完成合理的劃分拼接運輸,根據施工現場實際情況選用合理的現場施工組織方案。

②鋼結構拼接單元節點偏差不得大于±2mm。

③鋼結構長度允許偏差不得大于1/2000。

④鋼結構垂直度允許偏差1/1200,絕對誤差不大于5mm。

⑤駁接件水平間距允許偏差±1.5mm,水平高度允許偏差±1.5mm,相

鄰駁接水平度允許偏差±1.5mm,同層高度內駁接件允許高度L≤20m,允許偏差1/1000;L≤35m,允許偏差1/700;L≤ 100m時,允許偏差1/500。

⑥拉桿桁結構體系的拉桿宜采用不銹鋼,以金屬牌號1Cr18Ni9Ti或1Cr18Ni9為佳。

二、點支式全玻幕墻的安裝施工。

1.施工前的準備工作

為了保證玻璃幕墻安裝施工的質量,要求安裝幕墻的鋼結構、鋼筋砼結構及磚混結構的主體工程,應符合有關結構施工及驗收規范的要求。主體結構因施工、層間位移、沉降等因素造成建筑特的實際尺寸與設計尺寸不符,因此,在幕墻制作安裝前應對建筑特進行測量,安裝測量時,應坐標、軸線同建筑物相吻合,拉鋼絲同各種儀器相結合,玻璃幕墻的施工測量應與主體工程施工測量軸線配合,測量誤差應及時調整不得積累,使其符合幕墻的構造要求,幕墻的施工應單獨編制施工組織計劃方案,施工前,還應與甲方明確甲乙雙方在施工當中的責任。

2.鋼結構的安裝施工

①   安裝前,應根據甲方提供的基礎驗收資料復核各項數據,并標注在檢測資料上。預埋件、支座面和地腳螺栓的位置、標高的尺寸偏差應符合相關的技術規定及驗收規范,鋼柱腳下的支撐預埋件應符合設計要求,需填墊鋼板時,每疊不得多于3塊。

②鋼結構在裝卸、運輸、堆放的過程中,均不得損壞并要防止變形,鋼結構運送到安裝地點的順序,尚應滿足安裝程序的需要。

③施工單位要保證施工腳手架的承載能力,要滿足施工堆載的需要,不要考慮到以下幾點:

1)幕墻面、作業面與軸線之間的距離;

2)對照參面找出控制點的間距與位置,注意通視性;

3)垂直度間距(對豎向梁的外表面而言),或者水平度間距(對橫梁外表而言);

4)對照參考面找出安裝角的間距(當幕墻傾斜時,要注意垂直角的調整量);

5)水平差(與控制標高之間的誤差)。

④鋼結構的得復核定位應使用軸線控制點和測量的標高的基準點,保證幕墻主要豎向構件及主要橫向構件的尺寸偏差符合有關及行業標準。

⑤構件安裝妄塵而拜安現場實際情況及結構形式采用擴大拼裝法和綜合安裝的方法施工。采用擴大拼裝時,對容易變形的構件應作強 和穩定性驗算,必要時應采取加固措施,采用綜合安裝方法時,要保證結構能劃分成若干個獨立單元,安裝后,均應具有足夠的強度和剛度。

⑥確定幾何位置的主要構件,如柱、桁架等應吊裝在設計位置上,在松開吊掛設備后應初步校正,構件的連接接頭必段經過檢查合格后,方可緊固和焊接。

⑦對焊縫要進行打磨,肖棱角和夾角,達到光滑過度。鋼結構表面應根據設計要求噴涂防銹、防火漆。

⑧對于拉桿駁接結構體系,應保證駁接件位置的準確,一般允許偏差在±1mm,緊固拉桿或調整尺寸偏差時,宜采用先左后右,由上至下的順序,逐步固定駁接件位置,以單元控制的方法調整校核,消除尺寸偏差,避免誤差積累。

⑨駁接爪安裝

駁接爪安裝時,要保證安裝位置公差在±1mm內,駁接爪在玻璃重量作用下,駁接系統會有位移,可用以下兩種方法進行調整。

1)如果位移量較小,可以通過駁接件自行適應,則要考慮駁接件有一個適當的位移能力;

2)如果們移量較大,可在結構上加上等同于焉的預加載荷,街鋼結構位移后再逐漸安裝玻璃。無論在安裝時,還是在偶然事故時,都要防止在玻璃重量下,駁接爪安裝點發生們移,所以駁接爪發布能通過高抗張力螺栓、銷釘、楔銷固定不掉,駁接件固定孔、點和駁接爪間的連接方式不能阻礙兩板之間的自由移動。

3.玻璃的安裝施工

①玻璃安裝的準備工作

1)玻璃安裝前應檢查較對鋼結構主支撐的垂直度、標高、橫梁的高度和水平度等是否等合設計要求,特別要注意安裝孔位的復查。

2)安裝前必須用鋼刷局部清潔鋼槽表面及槽底泥土、灰塵等雜物,駁接玻璃底部U型槽應裝入氯丁橡膠墊塊,對應于玻璃支承面寬度邊緣左右1/4處名放置墊塊。

3)安裝前,應清潔玻璃及吸盤上的灰塵,根據玻璃重量及吸盤規格確定吸盤個數。

4)安裝前,應先檢查駁接爪的安裝位置是否準確,確保無誤后,方可安裝玻璃。

②現場安裝玻璃時,應先將駁接頭與玻璃在安裝平臺上裝配好,然后再與駁接爪進行安裝。為確保駁接頭處的氣密性和水密性,必須使用扭矩扳手,根據駁接系統的具體規格尺寸來確定扭矩大小,按標準玻璃上下左右的位置,保證玻璃水平偏差在允許范圍內。

③現場粗裝后,應調整玻璃上下左右的位置,保證玻璃水平偏差在允許范圍內。

④玻璃全部調整好后,應進行整體立面平整度的栓查,確認無誤后,才能進行打膠。

⑤玻璃打膠

1)打膠前應用“二甲苯”或工業乙醇和干凈擦凈玻璃及鋼槽打膠部位。

2)駁接玻璃底部與鋼槽的縫隙用泡沫膠條塞緊,保證平直,并預留凈高8-12的打膠厚度。

3)打膠前,在需打膠的部位粘貼保護膠紙,,注意膠紙與膠縫要平直。

4)打膠時要持續均勻,操作順序一般是:先打橫向縫后打豎向縫;豎向縫宜自上面下進行,膠注滿后,應檢里面是否有氣泡,空心,斷縫,夾雜,若有應及時處理。

5)隔日打膠時,膠縫連接處應清理打好的膠頭,切除前次時打膠的膠尾,以保證兩次打膠的連接緊密。

6)玻璃膠修飾好后,應迅速將粘貼在玻璃上的膠帶撤掉,玻璃膠固化后,應清潔內外玻璃、做好防護標志。

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