1.概述
玻璃幕墻具有高雅美觀、經(jīng)久耐用和裝配等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代土木工程建筑之中。尤其是在高層和超高層建筑中，玻璃幕墻作為建筑外圍防護的一種重要形式具有顯著的優(yōu)勢。為了適應(yīng)不同的建筑風格和功能要求，玻璃幕墻中玻璃的種類各式各樣。從組成結(jié)構(gòu)上分主要有單片玻璃、中空玻璃和夾層玻璃等;從制作工藝上分主要有單片熱彎玻璃和球形夾層熱彎玻璃等。
玻璃是一種抗壓強度較高的脆性材料，產(chǎn)生脆性破壞時的變形相對于龍骨材料要小許多。因而對玻璃幕墻的撓度的控制尤為重要，這也是玻璃幕墻在抗風設(shè)計中的一項重要指標。不同形式的玻璃幕墻在承受風壓時表現(xiàn)出來的性能是不同的，其壓力差與撓度之間的規(guī)律也有所差異。已有學者對支點式單層玻璃幕墻、夾板式夾層玻璃幕墻、鋁塑復合板幕墻的抗風性能進行相關(guān)的分析和探討，然而對于中空玻璃幕墻的抗風性能的研究卻很少。為了進一步明確中空玻璃幕墻的抗風性能，即壓力差與撓度之間的變化規(guī)律，利用幕墻動風壓測試設(shè)備對中空式玻璃幕墻的抗風壓性能進行了試驗研究。并將試驗結(jié)果與理論計算結(jié)果進行了對比分析，以期為工程建設(shè)提供參考。
2.玻璃幕墻抗風壓試驗
2.1試驗概況
中空玻璃幕墻抗風壓性能試驗試件尺寸為寬2175mm×高3600mm。嵌板材料為玻璃面板，Low-E 6+12+6mm中空鋼化玻璃，室內(nèi)的一片為鍍膜低輻射鋼化玻璃。玻璃大尺寸為1000mm×1700mm。采用濕法鑲嵌方法，采用硅酮密封膠密封。試驗時的環(huán)境溫度為26℃，氣壓為101.5kPa。支承體系采用鋁合金龍骨架，主龍骨尺寸為120mm×65mm，次龍骨尺寸為65mm×65mm。
2.2測點布置
在抗風壓性能試驗中，分別在中空玻璃面板中線和玻璃幕墻試件中線處布置了2組測點。在相應(yīng)的測點處安裝數(shù)碼位移計，位移計安裝在中空玻璃面板和玻璃幕墻的外側(cè)。用來測定在不同的壓力差作用下，玻璃面板和玻璃幕墻試件的撓度的變化規(guī)律。玻璃面板和幕墻的面法線撓度測點布置情況如圖1所示。
圖1 試驗測點布置示意圖(單位：mm)
2.3試驗及結(jié)果
將玻璃幕墻固定于試件安裝系統(tǒng)上并將玻璃幕墻與壓力箱開口部位密封，供風設(shè)備施加正負雙向壓力。在正負壓檢測前分別施加3個壓力脈沖。壓力差值為500Pa，加壓速度為100Pa/s，持續(xù)時間為3s，待壓力差回零后開始進行試驗。試驗過程依據(jù)《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法(GB/T15227-2007)》和《建筑幕墻(GB/T21086-2007)》的規(guī)定進行操作。試驗中加載方案如圖2所示(圖中符號▼表示將試件的可開啟部分開關(guān)5次，圖中的大壓力差滿足Pmax>P3)。
圖2 加載方案示意圖
試件的面法線撓度是衡量構(gòu)件抗風壓性能的主要指標。本試驗中，受力試件的面法線撓度按照下式計算：
式中，f為面法線撓度值，(mm);a0、b0和c0分別為各測點在預備加壓后的穩(wěn)定位移值，(mm);a、b和c分別為某級試驗壓力作用過程中各測點的面法線位移，(mm)。
根據(jù)試驗得出的各測點的位移計算鋁合金玻璃幕墻構(gòu)件和中空玻璃中心點處的撓度。幕墻試驗構(gòu)件中心點的撓度以及中空玻璃中心點的撓度隨壓力差的變化規(guī)律如圖3所示。從圖3可以看出，鋁合金）玻璃幕墻構(gòu)件中心點處的撓度隨著壓力差的增大呈近似線性增加。正壓力差為1250Pa時，構(gòu)件中心點處的大撓度為6.01mm;相應(yīng)的負壓力差作用下的構(gòu)件大撓度為-6.34mm，二者相差5%。構(gòu)件中的中空玻璃中心點處撓度也隨著壓力差的增大呈近似線性增加的變化規(guī)律。大正壓力差作用下，中空玻璃中心點處的撓度為3.81mm，相應(yīng)的負壓力差作用下的大撓度為-3.79mm，二者相差不到1%。
圖3 試件和中空玻璃中心點撓度隨壓力差的變化規(guī)律
3.理論分析
3.1撓度計算
針對中空玻璃幕墻的特點，由于其變形較小，一般小于玻璃的厚度。因而，可以采用《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ102-2003)》中的小撓度計算理論來計算其跨中撓度。但是在確定其厚度時，應(yīng)采用等效厚度。中空玻璃構(gòu)件的剛度可以按照下式確定：
式中，D為中空玻璃構(gòu)件的剛度，E為玻璃的彈性模量，(N/mm2);te為中空玻璃的等效厚度，(mm);v為泊松比。中空玻璃的等效厚度t由下式計算：
式中，k為等效厚度系數(shù)，取k=0.95;t1和t2分別為各單片玻璃的厚度，(mm)。對于玻璃的跨中撓度，按照考慮幾何非線性的有限元方法計算，風荷載作用下大撓度由下式計算：
式中，wk為垂直于玻璃幕墻平面的風荷載標準值），(N/mm);a為玻璃短邊變長，(mm);μ為撓度系數(shù)，可由玻璃短邊與長邊邊長比按規(guī)范《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ102-2003)》確定，η為折減系數(shù)，可由參數(shù)θ按照規(guī)范確定，且：
3.2試驗與理論結(jié)果對比分析
理論計算中，取玻璃的彈性模量為6.5×104N/mm2，泊松比取0.25。各層玻璃的厚度為6mm，玻璃短邊尺寸為1000mm，長邊為1700mm。各級壓力差荷載作用下相應(yīng)的參數(shù)和折減系數(shù)的計算結(jié)果見表1。
表1 各級壓力差下的參數(shù)和折減系數(shù)
中空玻璃中心點處的撓度的理論解和試驗結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，理論結(jié)果和試驗結(jié)果具有相同的變化規(guī)律，其撓度均隨著壓力差的增大而近似呈線性增加。當壓力差為1250Pa時，理論方法計算玻璃中心點處的大撓度為5.05mm，而相應(yīng)的壓力差荷載作用下，試驗測得的中心點處大撓度為3.81mm。理論結(jié)果比相應(yīng)條件下的試驗結(jié)果大25%。由此可知，現(xiàn)行的理論方法的計算結(jié)果偏于保守，利用該理論方法進行中空玻璃幕墻的設(shè)計是偏于安全的。
圖4 理論與試驗結(jié)果對比
