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真空平板玻璃风荷载应力的多维度探究与实践应用

一、绪论

1.1研究背景与意义

在全球倡导可持续发展的大背景下，建筑节能已成为建筑行业发展的关键议题。建筑能耗在社会总能耗中占据相当大的比例，而建筑围护结构的能耗又在建筑能耗中占有重要份额。玻璃作为建筑围护结构的重要组成部分，其性能对建筑节能有着显著影响。传统的单层玻璃保温隔热性能较差，难以满足现代建筑节能的要求。中空玻璃虽在一定程度上改善了隔热性能，但随着建筑节能标准的不断提高，其局限性也逐渐显现。

真空平板玻璃作为一种新型的透光保温材料，近年来受到了广泛关注。它运用了保温瓶的原理，在两片平行放置的玻璃板之间形成真空层，通过抽真空使残余气体降到可以对热传导忽略不计的程度，并长期保持其真空度。这种独特的结构使其具有优良的抗老化性能、保温性能、可见光透过和红外光反射性能。其保温隔热性能比普通中空玻璃强2-3倍，能有效降低建筑能耗，减少冬季采暖和夏季空调制冷的能源消耗，在建筑节能领域具有巨大的应用潜力。例如，在北方寒冷地区，使用真空平板玻璃的建筑能够更好地保持室内温度，减少热量散失，降低供暖成本；在南方夏热冬冷地区，它既能有效阻挡夏季太阳辐射热的进入，又能在冬季减少室内热量的流失，提高室内的舒适度。

在建筑实际应用中，真空平板玻璃会受到各种自然环境因素的作用，其中风荷载是一个重要的影响因素。风荷载会使真空平板玻璃产生应力，若应力超过玻璃的承受极限，可能导致玻璃破裂，影响其正常使用和安全性。例如，在强风天气下，建筑外墙上的真空平板玻璃可能因承受过大的风荷载应力而出现裂纹甚至破碎，不仅会造成经济损失，还可能对人员安全构成威胁。因此，研究真空平板玻璃在风荷载作用下的应力分布情况和变化规律，对于确保其在建筑中的安全可靠应用具有重要意义。通过深入研究风荷载应力，可以为真空平板玻璃的设计、制造和安装提供科学依据，优化其结构和性能，提高其抗风能力，从而推动真空平板玻璃在建筑领域的广泛应用和发展，促进建筑节能事业的进步。

1.2国内外研究现状

真空平板玻璃的研究和发展涉及多个方面，包括制造技术、风荷载应力计算方法以及在不同领域的应用研究。国内外学者和研究机构在这些方面展开了大量的工作，推动了真空平板玻璃技术的进步和应用拓展。

在真空平板玻璃制造技术方面，国外起步较早。1913年，德国的卓勒（A.Zoller）发布了世界第一个平板真空玻璃专利，此后科学家们进行了诸多探索，产生了一系列专利，但因技术难题，真正实现平板真空玻璃制造困难重重。1989年，澳大利亚悉尼大学实验室成功诞生世界上第一块真空玻璃，随后日本板硝子公司取得相关专利使用权，并于1997年正式将真空玻璃投放市场，此后不断发展并获取新专利，目前其年产量可观，在该领域处于领先地位。

国内对真空平板玻璃制造技术的研究始于20世纪末。唐健正先生参与悉尼大学真空玻璃研制工作回国后，经过多年努力发明和发展了真空玻璃，形成十几项专利和一定的年产能，国内已有多家企业参与真空玻璃的生产。其中，北京新立基和青岛亨达较为突出。扬州大学张瑞宏教授科研团队从2000年开始潜心钻研侧封真空平板玻璃制造新技术，在面封改侧封、瓦型支撑柱结构等多个关键结构和工艺上实现重大创新，成功研发出侧封真空平板玻璃新技术，已获多项国家发明专利和实用新型专利，其技术产品通过权威部门性能检测，隔热系数和声音频段衰减系数等重要指标优于国际上其他技术产品所公布的水平，达到国际领先水平。

在风荷载应力计算方法研究上，早期对平板玻璃的应力研究多集中在整个弯曲工况及加热后温差应力方面。随着建筑行业对玻璃结构安全性要求的提高，针对风荷载作用下玻璃应力的研究逐渐增多。对于真空平板玻璃这样具有特殊支撑形式的结构，其风荷载应力分析研究具有独特性。缪宏运用Matlab软件编程计算真空平板玻璃所承受的风压，通过结点法及单、重三角级数法建立应力分布数学模型，并利用有限元法结合ANSYS软件分析整块真空玻璃的应力应变场，直观展现了真空平板玻璃在封边处、支撑处、支撑柱之间连线中点处等重要部位的应力分布，得出理论计算与软件分析基本一致的结果，为真空平板玻璃风荷载应力计算提供了重要的方法和参考。

在应用研究方面，真空平板玻璃凭借其优良的保温隔热性能、抗老化性能、可见光透过和红外光反射性能，在建筑、制冷、设施农业、太阳能利用等多个领域展现出应用潜力。在建筑领域，它能有效降低建筑能耗，提高室内舒适度，如在北方寒冷地区可减少热量散失，降低供暖成本；在南方夏热冬冷地区，既能阻挡夏季太阳辐射热进入，又能减少冬季室内热量流失。在制冷领域，可用于制冷设备的隔热部件，提高制冷效率，减少能量损耗。在设施农业中，能为温室提供良好的保温和透光性能，为农作物生长创造适宜环境。在太阳能利用方面，有助于