新型夾層玻璃幕墻與夾層玻璃幕墻計算

　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　上海東方藝術中心

　　上海東方藝術中心采用點支式玻璃幕墻，但與普通點支式不同之處在于其不銹鋼支承頭未露出夾層玻璃表面，而是隱藏于夾層玻璃中，這也是幕墻遠看如同全隱框膠粘玻璃幕墻的原因。這種做法在安德魯設計的日本大阪海事博物館中同樣出現過。這個建筑點支幕墻較為特別，內層玻璃采用沉頭連接件，外側玻璃整體（不開孔）膠粘于放置了沉頭連接件的內層玻璃，稱為隱點玻璃幕墻。隱點玻璃消除了連接點的漏水、漏氣，提升玻璃幕墻及采光頂的水密及氣密性能。

　　(3)夾膠節能玻璃.
　　SGP膜能與金屬有很優良的粘接力，可與在線LOE玻璃結合而成夾膠節能玻璃，既有防飛濺的安全性，又有LOE玻璃的節能性。有望替代LOE中空玻璃。

　　(4)市場估測。2007-2020年
　　平均每年新建玻璃幕墻1000（含點式玻璃幕墻）萬平方米
　　平均每年新建玻璃采光頂1000（含玻璃雨棚）萬平方米
　　平均每年新建窗玻璃10000萬平方米
　　平均每年節能改造玻璃幕墻、窗玻璃3000萬平方米
　　總計15000萬平方米，若30%采用SGP夾膠玻璃和夾膠帶節能玻璃，則平均每年需求量將可能大于4500萬平方米。

　　
　　3.4推廣應用尚需解決的問題。

　　(1)SGP膠膜的開發和生產。目前只有美國杜邦公司已開發、生產。不可全部依賴進口，需要中國企業自主創新、或與杜邦合作創新開發生產。

　　(2)在中國建造SGP夾膠玻璃生產工藝和設備。或SGP夾膠節能玻璃生產工藝和設備。

　　(3)興建 SGP夾膠玻璃或SGP夾膠節能玻璃幕墻及玻璃采光頂的產業鏈。

　　(4) 研發SGP夾膠玻璃或SGP夾膠節能玻璃幕墻及玻璃采光頂的設計理論、計算、施工、安裝及檢測試驗。

　　(5)編制SGP夾膠玻璃或SGP夾膠節能玻璃幕墻及玻璃采光頂的材料、產品技術標準及工程技術規范。

　　
四、夾層玻璃復合狀態及判別式：
　　
　　4.1夾層玻璃受彎的三種狀態。

　　（1） 剛性復合狀態：膠有足夠的粘結強度，保證粘結玻璃的協調共同工作；可視其為以膠為粘結夾層的整體玻璃板受彎。則此夾層玻璃板可按一整塊，厚度為各層玻璃厚度之和的玻璃，進行應力分析和強度計算。

　　（2） 分離復合狀態：膠的粘結強度不足或失效，不能考慮其參與玻璃板的共同受力。忽略該夾膠層抗彎貢獻，則可按一塊各片疊置的玻璃板的受彎工作，進行應力分析和強度計算
　　（3） 彈性復合狀態：膠有足夠的粘結強度和剪切強度，夾膠層抗彎貢獻，介于剛性復合狀態：和分離復合狀態之間，按疊層板復合材料力學進行應力分析和強度計算。

　　
　　4.2夾層玻璃受彎復合狀態的判別式：

　　夾層玻璃受彎協調共同工作的必要條件是，使其夾膠的抗剪承載力大于其玻璃的抗彎承載力。如該夾層玻璃為兩片厚度相等的玻璃板組成并為矩形板。四邊簡支矩形玻璃板在垂直板面均布荷載下玻璃的抗彎強度計算。

　　
　　4.3彈性復合成立的條件。

　　1）剪力作用下不發生結合面的剪切破壞
　　2）拉力作用下不發生結合面的粘接破壞
　　3）作用力垂直作用于膠接面。

　　垂直作用于膠接面的均勻應力，理論上能承受很高的載荷，（可達到剪應力的二倍）。但作用力如果不能保證垂直作用于膠接面，則邊緣就產生應力集中，使抗拉能力大大降低。

　　
五、夾層玻璃計算探討建議：
　　
　　5.1剛性復合狀態夾膠玻璃疊層板計算。

　　以四邊簡支板為例，面均布荷載q,一邊長a，截面高t,截面寬b。a/b所對應系數為m。

　　則其最大正應力σ剛=（6mqa2）/t2 ——［3］
　　最大撓度f剛=（μqa4）/D——［4］
　　D=（E剛t3)/［12（1-ν3）］——［5］
　　
　　5.2分離復合狀態夾膠玻璃疊層板計算：

　　以四邊簡支板為例，面均布荷載q,一邊長a，1截面高t1
　　2截面高t2,  截面寬b。a/b所對應系數為m。

　　截面1最大正應力：

　　σ1分=（6mq t1a2）/（t31+ t32）——［10］
　　截面2最大正應力：

　　σ2分=（6mq t2a2）/（t31+t32)——［11］
　　若t1= t2   t= t1+t2 則t/2=t1=t2
　　最大正應力σ分=σ1分=σ2分=2×（6mqa2）/t2——［12］
　　最大撓度f分=（μq分a4）/D分——［13］
　　D分=[E分（t/2）3]/［12（1-ν3）］——［14］
　　最大撓度f分=[μ(q/2）a4]/{8 (E分t3)/[12（1-ν3）]}
　　=（4 E剛/E分）{[μqa4]/（E剛t3)）/［12（1-ν3）］
　　=（4 E剛/E分）f剛——［15］
　　
　　5.3彈性復合狀態夾膠玻璃最大正應力σ彈介于剛性狀態最大正應力σ剛與分離狀態最大正應力σ分之間。

　　比較、［3］式和［12］式可得：

　　σ分=2σ剛 ，夾膠玻璃剛性復合狀態最大正應力比分離復合狀態最大正應力小一半，其彈性復合狀態最大正應力
　　σ彈=（1～2）σ剛  即σ彈=η力σ剛  η力=1～2
　　這樣就可以找到如下簡便計算方法：

　　先按剛性復合狀態求出σ剛有，再乘以系數η力就可得到最大正應力σ來進行夾層玻璃強度設計計算。

　　
　　5.4試驗法確定系數η力
　　為一三點彎曲試驗結果，
　　l-10mn．玻璃；   4  12mm玻璃
　　2  5mm+1.52mmPVB+5mm夾層玻璃；

　　3  5mm+1.52SGP=5mm夾層玻璃；

　　從以上可看出：夾膠玻璃彎曲應力取決于膠層的性質和夾層玻璃公稱厚度，從以上試驗中可估測系數η力：

　　則：5mm+1.52mmPVB+5mm夾層玻璃的彎曲應力約為
　　σ彈PVB=η力σ剛PVB =1.95σ剛PVB
　　5mm+1.52mmSGP+5mm夾層玻璃的彎曲應力約為
　　σ彈SGP=η力σ剛SGP =1.O5σ剛PVB
　　5mm+1.52mmPVB+5mm夾層玻璃的彎曲應力約為12mm玻璃的彎曲應力的1.95倍，PVB夾膠對彎曲應力的貢獻不大，按分離狀態進行計算，即現行采用荷載剛度分配法對每層玻璃單獨進行強度設計計算誤差很小。

　　5mm+1.52mmSGP+5mm夾層玻璃的彎曲應力約為12mm玻璃的彎曲應力的1.05倍，SGP夾膠對彎曲應力的貢獻較大，現行采用荷載剛度分配法對每層玻璃單獨進行強度設計計算，即分離狀態計算方法誤差太大，不宜采用。

　　
　　5.5夾膠玻璃彈性復合狀態最大撓度f彈介于剛性狀態最大撓度f剛與分離狀態最大撓度f分之間。

　　比較［4］式和［15］式可得：

　　f剛=（ E分/4 E剛）f分 =η撓f分即二種相同材料截面尺寸相等剛性復合狀態最大撓度比分離復合狀態最大撓度大，建議二種相同材料的彈性復合狀態最大撓度f彈=η撓f分
　　
　　5.6試驗法確定系數η撓
　　從以上圖中所示試驗曲線可以看以上出：EVA夾膠玻璃強度最小，撓度最大，若將EVA夾膠玻璃可視為分離復合狀態疊層板，
　　則：PVB夾膠玻璃最大撓度約為f彈PVB=0.67f分；

　　SGP夾膠玻璃最大撓度約為f彈SGP=0.34f分；

　　現行的采用‘等效厚度法’設計計算夾層玻璃撓度的方法值得探討，不宜采用為好。

　　夾層玻璃的中間夾膠層力學屬粘彈性力學。除了傳統力學性能外，夾膠層蠕變、松弛、力學性能時效、夾膠層變色、性能衰退；夾膠玻璃的色彩、救生及紫外線防護選擇等有關問題正還需深入研發。

　　夾層玻璃計算力學屬于疊層板復合材料彈性力學。PVB夾層玻璃計算需要完善，安全、節能的新型SGP夾層玻璃需要新理論、新計算。本文以疊層板復合材料彈性力學原理結合有關試驗所探討的計算比較簡便，能適用于玻璃采光頂和玻璃外窗、幕墻的夾層玻璃板的設計計算。

　　
　　本文僅供參考，不妥之處，敬請指正。

　　參考文獻：

　　1）《關于夾層玻璃板的受彎計算》李少甫
　　2）《安全玻璃》石新勇主編 楊建軍 陳璐副主編

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