馬啟元：倍增幕墻玻璃粘結強度設計值的風險

　　（3）規定設計使用年限內建筑結構應具有足夠的可靠度，可靠度采用以概率理論為基礎的極限設計方法分析確定。結構膠承載能力與設計荷載可視為粘結失效概率分布的隨機變量，通過簡單的點載荷裝置及試驗程序，可檢測和評估玻璃幕墻粘結可靠性，即依據玻璃粘結結構尺寸、粘結膠縫寬度、厚度及硅酮結構膠模量，通過有限元分析設定對結構膠縫施加等同于設計荷載作用的點荷載，測定設計荷載下結構膠的應力、位移及粘結失效的頻度，統計粘結失效概率分布。研究檢測了橫明豎隱粘結裝配的100塊玻璃，玻璃尺寸為1200mm 乘以2400mm x乘以6mm，結構膠模量為0. 14MPa/16%，粘結寬度14mm，膠層厚度10mm，試驗結果表明(圖6)，粘結尺寸及結構膠給定條件下，提高設計載荷將導致粘結失效概率速度增大。

　　5.結語

　　結構膠強度設計值是由材料特性決定的技術參數，我國采用國際同業規范的設計值為結構安全提供了基本保證。盡管我國幕墻工程建設項目多，積累了不少經驗，但少有針對幕墻玻璃粘結結構耐久性和可靠性的試驗研究，少見有關粘結結構荷載效應及與結構膠非線性力學特性關系的試驗研究。創新應以科學試驗為基礎，建議結合重要性高的玻璃幕墻設計和建設，開展相應的專項研究。本文依據結構膠材料特性及相關資料，針對倍增結構膠強度設計值可能帶來的風險做了初步分析，供業內參考。建筑玻璃幕墻安全等級為一級，玻璃墜落可能產生后果嚴重，社會影響加大，項目建設應該關注安全，盡量避免可能的風險．

參考文獻

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　　[2]《大荷載作用下減小隱框玻璃幕墻結構膠粘結寬度的嘗試》，2008.8.27,中國幕墻網，http://bbs. alwindoor.com/
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本文延伸報道：

大荷載作用下減小隱框玻璃幕墻結構膠粘結寬度的嘗試

　　隨著建筑業的迅猛發展，建筑造型逐漸個性化，建筑幕墻的形式也隨之多樣化、復雜化。人們對建筑的要求越來越高，美觀、舒適、節能、環保都是建筑師在設計時必須考慮的問題，要達到這四者的完美統一，現有的技術、材料和工藝水平有時已經無法滿足建筑師的要求，迫切需要新技術、新材料、新工藝的推出來解決這些問題。

　　目前，玻璃幕墻行業有些情況非常值得關注：

　　1. 高層、超高層建筑的隱框玻璃幕墻；
　　2. 玻璃板塊、分格特別大的隱框玻璃幕墻；
　　3. 由于節能、安全等方面的要求，要使用夾層中空玻璃的隱框玻璃幕墻；
　　4. 在抗震9度設防的地區建造的隱框玻璃幕墻。

　　上述幾種情況，玻璃幕墻使用的硅酮結構密封膠所需承受的荷載均可能較常規玻璃幕墻大，如果遇到上述幾種情況的組合，按照現有規范進行設計計算，結構膠的寬度將大大增加。

　　JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》（以下簡稱《規范》）中對于結構膠的粘結寬度有下面一些要求：
　　1. 寬度大于等于7mm；厚度大于等于6mm；厚度≤寬度≤2倍厚度；厚度≤12mm。
　　2. 硅酮結構密封膠應根據不同的受力情況進行承載力極限狀態驗算。在風荷載、水平地震作用下，硅酮結構密封膠的拉應力或剪應力設計值不應大于其強度設計值f1，f1應取0.2N/mm2；在永久荷載作用下，硅酮結構密封膠的拉應力或剪應力設計值不應大于其強度設計值f2，f2應取0.01N/mm2。
　　3. 豎向隱框、半隱框玻璃幕墻中玻璃和鋁框之間硅酮結構密封膠的粘接寬度，非抗震設計時，可取第a、c款計算的較大值；抗震設計時，可取第b、c款計算的較大值。

　　a) 在風荷載作用下的粘接寬度計算：

　　b) 在風荷載和水平地震作用下的粘接寬度計算：

　　c) 在玻璃永久荷載作用下的粘接寬度計算：

　　4. 水平倒掛的隱框、半隱框玻璃和鋁框之間硅酮結構密封膠的粘接寬度計算：

　　在一般的荷載情況下，按照上面的公式進行計算，結構膠的寬度通常可以限制在7-24mm范圍內，滿足《規范》的要求。但是，在遇到上述幾種情況或上述幾種情況的組合時，結構膠的寬度經常超過24mm，有時甚至達到40mm以上。

　　比如，某工程各參數如下：
　　玻璃：8+1.52PVB+10+12A+10；
　　玻璃尺寸：1448mm×4426 mm；
　　水平組合荷載設計值W合=8.941KPa；
　　垂直組合荷載設計值qG =0.860 KPa；

　　按照《規范》計算：

　　取兩者的最大值，硅酮結構膠的粘結寬度達47mm，遠遠大于24mm，不僅無法滿足《規范》要求的7-24mm的范圍，也會嚴重影響幕墻的視覺效果，更會由于鋁材耗費量的增加而大大增加幕墻建造的成本。
　　那么，有沒有可能在保證安全的前提下減小結構膠的粘結寬度呢？從上面的計算公式可以看出，由于所有的參數都是固定的，只有提高硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2才能減小結構膠的粘結寬度。
　　JGJ 102-2003 條文說明第5.6.2條解釋了硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2的取值依據：“現行國家標準《建筑用硅酮結構密封膠》GB 16776中，規定了硅酮結構密封膠的拉伸強度值不低于0.6N/m2，在風荷載或地震作用下，硅酮結構密封膠的總安全系數取不小于4，套用概率極限狀態設計方法，風荷載分項系數取1.4，地震作用分項系數取1.3，則其強度設計值f1約為0.21～0.195N/m2，本規范取為0.2N/m2，此時材料分項系數約為3.0。在永久荷載（重力荷載）作用下，硅酮結構密封膠的強度設計值f2取為風荷載作用下強度設計值的1/20，即0.01N/m2。”
　　根據上述說明，如果硅酮結構膠的拉伸強度標準值大于0.6 N/m2，就有可能在不降低安全系數的前提下提高硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2，從而減小硅酮結構膠的粘結寬度。

　　廣州市白云化工有限公司生產的白云牌SS921/SS922超高性能硅酮結構密封膠的拉伸強度標準值為1.2MPa，是GB16776規定的拉伸強度標準值（0.6MPa）的2倍，按照《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ 102-2003條文說明5.6.2對結構膠設計參數的取用方法，可將硅酮結構密封膠的強度設計值f1、f2分別提高至原來的2倍，
　　f1=1.2/3.0=0.4N/mm2、f2=1.2/60.0=0.02N/mm2。
　　按照f1=0.4N/mm2、f2=0.02N/mm2進行上面的計算

　　結構膠粘結寬度小于24mm，在保證幕墻安全性的前提下，滿足了幕墻美觀的需要，同時節省了鋁材的用量，可謂一舉多得。
　　在廣州西塔主塔樓幕墻工程中，設計師選用白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠，將結構膠的強度設計值f1、f2分別提高至原來的2倍，減小了硅酮結構膠的粘結寬度。
　　如此大幅度地提高硅酮結構密封膠的強度設計值，在國內尚屬首次。由于沒有先例，為了確保幕墻的安全，設計師還設置了托條和安全夾等雙重保護措施。在專家論證會上，設計方案獲得了與會專家的一致認同。

　　綜上所述，在大荷載作用下，隱框玻璃幕墻結構膠寬度的設計，可以通過選用高性能的硅酮結構密封膠、提高其強度設計值f1、f2并設置一定保護措施的方式來減小硅酮結構膠粘結寬度，使幕墻既安全又美觀。

延伸報道：

廣州珠江新城西塔項目幕墻設計重要問題專家意見

　　一、本工程幕墻承受大荷載、大位移的部位，可以采用高性能硅酮結構膠。生產廠家應提供性能檢測報告。結構膠的短期荷載強度設計值可按標準值除以系數3.0后采用，長期荷載下強度設計值可按標準值除以系數60.0后采用。結構膠變位承受能力可按應力一變位曲線關系中應力為0.7f1時的變形值采用
（f1為短期荷載作用下強度設計值）。
　　二、結構膠的厚度設計時，位移值按彈性位移允許值設計。

　　　　　　　　　　　　　　　　二00七年十二月二十七日

廣州珠江新城西塔項目主塔外幕墻采用白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠，
提高結構膠強度設計值專題技術論證會——會議紀要

　　由廣東省建設廳組織的“廣州珠江新城西塔項目采用白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠，提高結構膠強度設計值”專題技術論證會于2008年4月21日下午在廣州召開。到會的專家有：鄭金峰、趙西安、龍文志、楊仕超、姜仁、閉思廉、莫英光、花定興、席時葭。廣東省建筑科學研究院、建設單位、深圳金粵幕墻裝飾工程有限公司對廣州珠江新城西塔項目主塔樓外墻全隱框單元式幕墻提高結構膠強度設計值的取值要求進行了說明。廣州市白云化工實業有限公司對白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠的性能特點進行了介紹。
　　廣州珠江新城西塔項目主塔樓為高達432米的超高層建筑，毗鄰珠江，屬于臺風地區，其外幕墻采用全隱框幕墻結構形式，板塊分格大，采用夾膠中空玻璃，因此風荷載和玻璃自重荷載都較大。如果采用現行JGJ102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》中結構膠的強度設計值（f1=0.2N/㎜2、f2=0.01N/㎜2）尚難滿足工程實際要求，因此需采用更高性能的硅酮結構密封膠，提高結構膠的強度設計值。由于白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠的強度標準值為1.2MPa，是國家標準GB16776-2005要求的2倍，所以可將結構膠設計值f1、f2相應提高至JGJ102-2003規范要求的2倍，同時在設計方案中采取在玻璃下端設置托條，并設置安全夾，確保工程安全。
　　與會專家經過認真討論，論證意見如下：
　　1、提供論證的資料齊全，符合《采用不符合工程建設強制性標準的新技術、新工藝、新材料核準》的要求。
　　2、經國家建筑材料工業建筑防水材料產品質量監督檢驗測試中心檢測，白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠的性能符合廣州市白云化工實業有限公司企業標準Q/BYHG13-2008《建筑幕墻用高性能硅酮結構密封膠》的要求。
　　3、白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠能夠滿足廣州珠江新城西塔項目主塔外幕墻的設計要求。
　　與會專家一致認為：白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠可在廣州珠江新城西塔項目主塔樓玻璃幕墻中使用。按照JGJ102-2003規范中結構膠設計參數的取值方法，可將結構膠在風荷載或地震作用下的強度設計值f1提高至0.4N/㎜2,在永久荷載作用下的強度設計值f2提高至0.02 N/㎜2。
　　與會專家建議，中空玻璃二道密封膠亦采用白云牌SS922超高性能硅酮結構密封膠，其寬度應由計算確定。
　　　　　　　　　　　　　　　　　專家組組長：鄭金峰
　　　　　　　　　　　　　　　　　專家組副組長：趙西安、龍文志
　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年4月21日

　　附錄：
　　1. SS922其產品質量應符合廣州市質量技術監督管理處備案號QB/440100830306-2005
　　企業標Q/（NGS）BYNJ 13-2005的規定，即其指標達到：拉伸粘接性 拉伸粘接強度（MPa） 標準條件≥1.20 ， 900≥0.80 ，-300≥0.8 0 ， 浸水后≥0.80 ， 水-紫外線光照后≥0.80 ；
　　粘接破壞面積≥5% ；最大拉伸強度時伸長率≥200。

　　2.按上述文件精神，f1取0.40N/mm2、f2取0.02N/mm2。
　　δ取值白云廠產品樣本標為：（對應于0.28MPa時的伸長率）SS921——0.14，SS922——0.12。

 

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