玻璃承重结构工程应用和其设计分析.docVIP

玻璃承重结构的工程应用及其设计分析 王元清(清华大学结构工程与振动教育部重点实验室　北京　100084) 石永久　张恒秋(清华大学建筑玻璃与金属结构研究所　北京　1000 摘　要:玻璃作为围护结构材料应用于现代建筑中已经为人们所接受。近年来,玻璃承重结构已经成为一种独立的结构形式,在现代建筑中也得到了较为广泛的应用。目前在国际上对玻璃这种脆性材料的承重性能没有一个全面详尽的理论,设计规范中也没有明确的规定。介绍了玻璃承重结构的工程应用概况,对玻璃承重结构进行了分类,列举了一些玻璃承重结构的设计计算方法,并阐述了需要解决的问题。 关键词:玻璃承重结构　玻璃肋　抗弯强度 玻璃作为围护结构(如各种玻璃幕墙)应用于现代建筑中已经为人们所接受。近年来,玻璃梁、柱板,经常被应用于建筑物的幕墙、顶棚、雨篷、走廊门厅、地板、楼梯等结构中,这一切都使玻璃承重结构作为一种独立的结构形式越来越受到人们的重视。????? 然而,目前在国际上对玻璃这种脆性材料的承重性能还没有一个全面详尽的理论,国内现有的设计理论往往将玻璃仅作为围护结构,而不考虑其承重作用,设计规范中也没有明确的规定。实际上,玻璃这种建筑材料有很高的强度,能够承担较大的荷载,忽略其承重性能是非常不经济的,因而有必要对玻璃梁、板的承载性能进行研究。1　玻璃承重结构的工程应用1·1　玻璃墙体(玻璃肋结构)??? ?在一些大型公共场所及对采光有特殊要求的建筑(如展览馆、游泳馆等)中,经常需要全部采用全玻璃结构作为采光墙体,这种全玻璃墙体以玻璃肋结构的形式最为常见。玻璃肋结构由面玻璃与玻璃肋板组成,肋板通常与面玻璃垂直放置,通过结构胶或金属连接件与面玻璃连接在一起,共同承担侧向荷载。玻璃肋结构在工程中的应用已经有多年的历史,其结构形式也从最初的胶接式玻璃肋发展到现在的点接式玻璃肋。???? 对于高度小于4·5m的全玻璃肋结构,可以采用底部直接支承方式安装于主体结构上。对于高度大于4·5m的玻璃肋结构,则必须采用悬挂方式与主体结构相连。按照承载性能的不同,玻璃肋结构可以分为如下两类:第一种是普通玻璃肋结构(即全玻幕墙),这种玻璃肋结构的肋板主要用以承担侧向荷载。如图所示是一商场的一层展厅玻璃幕墙的结构示意图玻璃肋板如同简支在上下支承点的楼面梁,承担由面玻璃传来的风荷载和地震荷载。???? 第二种是加劲用玻璃肋,肋板用于提高结构的刚度。图2所示是印第安纳州波立思Sweeny教堂的侧面采光玻璃窗,9·35m×3·06m的采光面采用全玻璃结构。5道竖向玻璃肋板和16道横向玻璃肋板将幕墙分割为80个栅格,各玻璃肋与面玻璃之间用硅胶联系。这里的玻璃肋除了承担侧向荷载外,还起到提高整个结构刚度的作用。???? 　　　该玻璃肋结构的面玻璃均如同竖直放置的楼面板,承受横向荷载,属于平面外受弯构件;而肋板如同楼面梁,承受由面玻璃传来的侧向荷载,属于平面内受弯构件。面玻璃与玻璃肋通过结构胶或连接件共同作用协同变形,共同承担外荷载。1·2　玻璃楼板?? 玻璃楼板是水平放置的玻璃承重构件,一般是由玻璃板通过结构胶或点式连接件与水平放置的框架连接而成,在工程实践中以四边简支矩形玻璃楼板最为常见。??? 承重玻璃楼板经常被应用于一些宾馆饭店及娱乐场所中,作为可上人的采光顶;在一些新建的广场项目中,也有人使用玻璃楼板替代普通的地面材料,起到了很好的装饰作用。图3是国家网络安全中心的行人通道,采用玻璃作为承重楼板。这种楼板抗弯强度很高,使用性能不比普通楼板差,而且其本身有很好的视觉效果,不用再另做装饰。玻璃作为承重楼板在我国应用较晚,但发展很快,目前很多在建的大型公建项目中都能看到这种玻璃楼板的使用。??? 玻璃楼板主要承担垂直于板面的竖向荷载,属于周边简支的平面外受弯构件。由于其所承担的竖向荷载比幕墙结构中玻璃板所受荷载大得多,所以这种结构对玻璃的强度、抗弯刚度以及使用安全性都有很高的要求。在实际工程中,通常采用钢化夹层玻璃板作为承重玻璃楼板的主要承重构件。????? 1·3　玻璃楼梯玻璃楼梯的结构形式多种多样,但大体上可以分为两类,一类是无踢板式玻璃楼梯,这种楼梯使用硅酮胶或金属连接件将玻璃踏板与支承结构相连接,支承骨架直接承受踏板传来的竖向力(图4);另一类是玻璃肋式楼梯,这种楼梯以玻璃肋作为踢板采用结构胶或连接件将踢板与踏板相连(图5)。玻璃楼梯以其特有的装饰效果和多样的结构形式,越来越受到建筑师们的青睐,在商场、车站、展厅甚至一些住宅中,时常可以看到各种结构及外观各不相同的玻璃楼梯。图4是伦敦约瑟夫商店的玻璃楼梯,以预应力索和玻璃踏板组成自平衡体系,玻璃踏板可视为两跨连续板。整个楼梯以桁架和预应力索为支承体系,形式新颖,构思巧妙。图5所示是一个展厅中的玻璃楼梯,