趙西安全新解讀：玻璃結構

圖23 蘇州科技園區設計院辦公樓全高各層布置的玻璃柱

　　2015年，杭州浙商財富中心的全玻璃大堂創造了全世界最高玻璃柱的記錄，玻璃柱高度達到28m。玻璃柱分為3段，在現場安裝、就位、連接。玻璃柱截面高度850mm，截面厚度104.1mm，采用5片19mm超白鋼化玻璃用2.25mm厚的SGP高強膠片夾膠。三段玻璃柱構件用不銹鋼板和不銹鋼螺栓現場連接。

　　柱的上下端均采用不銹鋼夾板形成鉸支座(圖24)。

圖24杭州浙商財富中心28m高玻璃墻

　　2.3 超大尺寸玻璃面板

　　我國已有多家玻璃公司可以生產世界最大規格的玻璃平板(18m X 4m X 25mm)，并且北京玻璃公司已具有相應的鋼化、熱彎、夾膠等深加工能力。所以目前世界各地的超大玻璃面板均由中國供應。

　　2012年，我國首先生產了12m X 2.6m 熱彎、鋼化、夾膠玻璃，供應上海蘋果店，打破了國外長度不大于6m 的局限。12塊彎曲玻璃，每塊玻璃價格達到RMB 120萬元。從此，更大規格的面板玻璃不斷供應客戶要求(圖25)。

圖25超大尺寸玻璃面板

　　2.4 無立柱玻璃板外墻

　　2015年，形狀如同巨型飛碟的蘋果公司總部在美國加州興建，玻璃外墻采用14m X 3.3m的超大熱彎、鋼化、中空玻璃(圖26)，玻璃加工設備由中國供應。玻璃外墻不設玻璃柱，全部荷載由玻璃板單獨承擔。

圖26美國加州蘋果公司總部(左)和采用的14m超大彎玻璃(右)

　　圖27為美國華盛頓總部辦公樓，外墻全部為一層樓高的熱彎玻璃，由上下層樓面結構簡支，玻璃尺寸為3.2m X 1.5m。室內向外望非常通透。

圖27 華盛頓TBS總部辦公樓采用大尺寸彎弧玻璃(左)，室內非常通透(右)

　　同樣的設計也在巴黎的UNIC項目13層住宅中采用，全部外墻為無玻璃柱支承大尺寸玻璃板，連外挑陽臺的欄板也全部采用透明玻璃(圖28)。

圖28 巴黎UNIC項目住宅樓獨立玻璃板外墻

　　2.5 玻璃框架

　　全玻璃建筑要求采用透明的玻璃框架。玻璃框架的梁柱構件受力很大，要采用夾膠鋼化玻璃。框架梁柱節點為剛性連接時，可以采用不銹鋼板和不銹鋼螺栓連接，也有工程采用膠接(圖29，圖30)。

圖29框架梁柱采用不銹鋼板連接

圖30 框架梁柱采用膠結

　　圖31為2000年建成的第一個蘋果店，位于紐約曼哈頓第五大街，由于當時沒有超大玻璃，玻璃面板沿高度分為3塊，玻璃柱整根，高度9m，5片15mm玻璃夾膠。玻璃框架梁柱用不銹鋼螺栓連接，雙向布置，頂部成為交叉梁系。

圖31 紐約曼哈頓蘋果店的玻璃框架結構

　　此后,蘋果店大量采用玻璃框架結構。上海浦東蘋果店2012年首次采用了12塊高度達12.6m的整片超大玻璃，相應布置了12榀12.6m高的玻璃框架，匯交于頂部的玻璃環梁上。其中4榀組成正交的門式框架。 (圖32)

圖32 上海普通蘋果店 空間玻璃框架系統

　　2014年建成的北京三里屯蘋果店采用L形玻璃框架，梁柱一體，由整塊玻璃切割而成(圖33)。

圖33由大尺寸玻璃切割出來，再進行夾膠的L形梁柱整體框架

　　2.6 玻璃樓梯

　　在玻璃建筑中，樓梯自然也采用玻璃結構。玻璃樓梯，無論直樓梯還是螺旋樓梯，都以扶手欄板為承重主梁，樓梯踏板安裝在欄板上。欄板和踏板都采用夾膠玻璃以保證安全。踏板通常3片玻璃夾膠，面層玻璃常用刻花玻璃防滑(圖34、圖35)。

圖34 玻璃樓梯

圖35 踏板固定在玻璃欄板(主梁)上

　　類似于玻璃樓梯，美國洛杉磯國民銀行大樓300m高空設置了玻璃滑梯，也是以玻璃欄板作為主梁，32mm厚的夾膠玻璃底板承重(圖36)。

圖36洛杉磯國民銀行大樓300m高空的玻璃滑梯

　　3 玻璃結構設計的一些問題

　　玻璃雖然強度高，但畢竟是脆性材料，而且玻璃構件很薄，所以設計時必須進行認真的強度和剛度計算，玻璃柱還應考慮側向穩定的問題。曾經發生過玻璃結構在強風作用下破壞的事例。如世界上建筑面積最大的單體工程—成都環球中心的玻璃墻，2016年8月7日，12m高的玻璃柱在強風作用下破壞，導致玻璃墻大面積塌落(圖38)。

圖37 成都環球中心玻璃墻在強風作用下塌落

　　3.1 玻璃的材料力學性能

　　1 強度設計值（詞條“強度設計值”由行業大百科提供）

　　玻璃是脆性材料，一直到臨近破壞，應力與應變幾乎是直線關系。玻璃的總設計安全系數K一般取為2.5。考慮到主要荷載風力分項系數K1為1.4，所以材料分項系數K2取為1.8。按照《玻璃幕墻工程技術規范》 JGJ 102 的規定，玻璃的強度設計值可按表2的規定采用。表2中端面指玻璃切割后所形成的表面，其寬度等于玻璃的厚度。邊緣指臨近端面的玻璃表面，因切割產生微裂縫，強度有所降低。

　　玻璃存在許多微觀裂縫，在持續應力作用下，其后期強度會降低。因此，采光頂的玻璃面板、玻璃梁、長期水壓作用下的水族箱板、水池底板等永久性受力的玻璃構件，其強度設計值應按表2數值的50%采用。

　　2 其他力學性能

　　玻璃的彈性模量E為0.72 X 105 N/mm²，玻璃的線膨脹系數為1.0 X 10^-5。

　　表2玻璃的強度設計值 (N/mm²)

　　注：1 夾層玻璃和中空玻璃的強度設計值可按所采用的玻璃類型確定;

　　2 當鋼化玻璃的強度標準值達不到平板玻璃強度標準值的3倍時，表中數值應根據實測結果予以調整;

　　3.2 內力分析和截面計算

　　玻璃可以認為是彈性（詞條“彈性”由行業大百科提供）均質材料，按彈性構件進行內力分析，并采用通行的彈性內力分析軟件。

　　截面計算可按材料力學方法進行。

　　3.3 相關鋼結構設計

　　與玻璃結構相關的鋼結構，包括鋼—玻璃混合結構的鋼結構部分，按《鋼結構設計規范》 GB50017進行。采用不銹鋼板連接玻璃構件，連接計算也按鋼結構的方法進行。

　　4 結語

　　對于大多數結構設計人員來說，玻璃是一種尚待熟悉的結構材料，玻璃結構設計經驗還較少。近年來建筑師采用玻璃結構逐漸增多，結構設計也開始接觸這一領域。新材料（詞條“新材料”由行業大百科提供）、新結構，對于我們將是新的機遇。

本文摘自：《建筑幕墻創新與發展》未經許可不得轉載

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