本文摘自：《建筑幕墻創新與發展》未經許可不得轉載
一、前言
駁接玻璃肋點支承玻離幕墻是點支承玻離幕墻類型中的一種形式,在建筑設計中是外圍護結構的一種重要的表現手法。建筑師們常用這種幕墻形式的無框、簡潔而通透、跨度大，視野開闊的特性展示建筑作品的魅力。以晶瑩剔透的墻面使室內外相互呼應，空間融合貫通，讓室內的靜物和室外的大自然融為一體。由于駁接玻璃肋點支承玻離幕墻具有的這些突出優點，在新建建筑中得到了廣泛的應用，倍受建筑師的青睞。
這類幕墻在建筑設計中經常出現在酒店、寫字樓、大型場館和高層建筑的大堂、共享空間及裙樓等位置。大多是整棟建筑的臉面。其結構形式從單肋、雙肋駁接，發展到多片玻璃肋駁接，從單一的豎向垂直玻璃肋發展到斜向肋、水平肋和異形駁接玻璃肋。駁接玻璃肋的使用受力跨度，從最初的幾米發展到二十多米，甚至接近三十米。駁接玻璃肋點支承玻離幕墻確實為現代建筑的外立面添了彩，豐富了建筑外立面的表現手法。(如圖1—4)
圖1雙片駁接玻璃肋
圖2 采用條形連接板的駁接玻璃肋
在玻璃幕墻的分類中，玻璃肋支承點支式玻離幕墻是點支式玻璃幕墻中的一大類。有整體玻璃肋支承的支承點支式玻離幕墻;有由多片玻璃通過連接板將其駁接成整體肋板支承的支承點支式玻離幕墻;有垂直地面安裝的也有與地面成一定夾角安裝的斜面玻璃幕墻;還有
將玻璃肋水平安裝的水平肋駁接點支式玻璃幕墻。連接件和駁接系統也根據不同的工程各有不同。
圖3單片整體玻璃肋點支承玻璃幕墻
圖4玻璃鉸接連接玻璃肋幕墻
二、駁接玻璃肋支承的點支式玻幕墻在實際項目中出現的問題
在玻璃肋支承點支式玻離幕墻的實際應用中也出現了不少讓我們無法回避的問題和缺憾，由于這些已經顯露的此類幕墻的弱點的存在，實時提醒著我們在玻璃肋支承點支式玻離幕墻的設計和施工過程中嚴謹認真的對待每一個節點的設計和施工安裝。真正做到玻璃肋的受力清晰、胸中有數、確保安全。
圖5、圖6中所示的是某些駁接玻璃肋支承點支式玻離幕墻在安裝或使用中的肋玻璃大面積破損照片;圖7是無框玻璃門上的水平玻璃肋與豎向玻璃肋連接不當引起的玻璃肋爆裂;圖8至圖10中所示的是駁接玻璃肋支承點支式玻離幕墻在玻璃肋連接節點和肋與面板連接節點設計不當而引起的玻璃爆裂情況。
圖5條形連接板玻璃肋破損
圖6點狀連接板玻璃肋破損
圖7與水平玻璃肋接口處破損
在圖5至圖10中可以看出，玻璃肋支承點支式玻離幕墻的實際應用中由于設計或施工安裝不當，使得肋玻璃出現嚴重的破損現象，給工程留下嚴重的安全隱患。這樣的玻璃爆裂情況不但出現在玻璃幕墻的安裝過程中，在加工和使用過程中也都會出現玻璃肋板和面板玻璃自爆的現象。更嚴重的是有個別項目在惡劣天氣來襲時其無法抵抗外力的沖擊，出現整體坍塌事件。
圖8在駁接件處破損
圖9玻璃肋連接處破損
圖10設計不當而引起的爆裂
在海南海口市的某商場，大堂的全玻璃幕墻是采用了拼接玻璃肋支撐的點支式玻璃幕墻(圖11)，在超強臺風下整體塌落，只在邊部還有一片面玻璃和半截肋。門玻璃也有損毀(圖12)。該幕墻的面板玻璃和肋板玻璃都整體損毀，影響較大。
圖11 海口某商場全玻幕墻整體塌落
圖12 海口某商場全玻幕墻未塌落前全景
在超強臺風“威馬遜”的襲擊下，菲律賓馬尼拉的某大廈大堂玻璃盒子的全玻璃幕墻也出現了整體坍塌。其幕墻形式也是采用了拼接玻璃肋點支式玻璃幕墻，在此次超強臺風下整體塌落，無框玻璃門也完全損毀(圖13)。
這些出問題的項目告訴我們，在幕墻設計時一定要充分分析自然環境和在極限狀態時對幕墻的影響，確保幕墻在使用過程中的安全性。在《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102中4.4.3條文說明條中就提到“采用玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻，其肋玻璃屬支承結構，打孔處應力集中明顯，強度要求較高;另一方面，如果玻璃肋破碎，則整片幕墻會塌落。所以，應采用鋼化夾層玻璃”。在正文的4.4.3條規定了“采用玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻，其玻璃肋應采用鋼化夾層玻璃”。
圖13 菲律賓馬尼拉某大廈全玻幕墻整體塌落
在《玻璃幕墻工程技術規范》中對全玻璃幕墻的玻璃肋截面（詞條“截面”由行業大百科提供）高度hr和在風荷載標準值下撓度dr都有嚴格的計算公式，并規定了“風荷載標準值下，玻璃肋的撓度df宜取其計算跨度的1/200”。同時還強調“高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩定驗算;高度大于12m的玻璃肋，應進行平面外穩定驗算，必要時應采取防止側向失穩的構造措施�！痹跅l文說明中作了充分的說明，
三、在構造設計和節點設計時應該注意的問題
根據實際工程的情況看，采用拼接的玻璃肋支承點支式玻璃幕墻只考慮了采用鋼化夾膠玻璃還不夠，還應該考慮到在夾膠玻璃同時破損的情況下玻璃肋的整體性，還應該保持一定的體型和穩定性。這是在臺風多發地區和易出現極限荷載狀態的地區需要關注的安全性問題。同時，在節點設計上要特別關注整體玻璃幕墻在工作狀態時變位能力和在極限狀態時的適應能力。
a加工后的肋玻璃孔和邊精度都不夠 b肋玻璃孔邊已經出現開膠現象
3.1、在節點設計時需要考慮的問題
為適應大跨度建筑造型，玻璃肋需要通過拼接才能成為整體，其所受的彎矩與肋的跨度平方成正比，跨度越大，拼接處的彎矩及剪力也越大。在玻璃肋的拼接節點設計時應注意，由于玻璃的特性，不宜采用連接螺栓（詞條“螺栓”由行業大百科提供）與玻璃孔壁之間的作用(包括在玻璃孔內加套墊或注膠（詞條“注膠”由行業大百科提供）)來提高連接板與玻璃立面的連接強度。(見圖3,1a、b)
拼接玻璃肋板可通過螺栓將鋼板（詞條“鋼板”由行業大百科提供）與玻璃之間的界面材料壓緊提高其摩擦力，以此來有效的將連接節點固定。所以，最好采用膠粘接的方法，即通過在玻璃與鋼板間用粘接劑來傳遞彎矩及剪力，形成等強連接(可采用樹脂類的粘接劑)。這種方法有效避免了栓接方式孔邊應力集中所帶來的連接節點承載力低下問題。還有一種有效的方法就是，采用在鋼板與玻璃之間的位置用硅膠板或橡膠板為界面材料，通過螺栓將鋼板、硅膠板或橡膠板與玻璃壓緊來提高其摩擦力，以此來有效的將連接節點采用摩擦力的作用將鋼板與玻璃固定。
在設計中應該注意的是，如采用粘接的方案要考慮到。不銹鋼與玻璃的線脹系數不同，除考慮傳遞內力外，粘接面還應考慮兩種材質之間的相對溫度位移。有計算證明，不銹鋼與玻璃在40℃溫差作用下，粘接邊緣的應力已達到80.8861Mpa,大于鋼化玻璃邊緣強度限值。在此部位極易出現由于溫差的變化引起的玻璃爆裂現象。不同材料在組合時要考慮溫差應力，此應力與材料的線膨脹系數（詞條“線膨脹系數”由行業大百科提供）差值及溫變幅度有關。玻璃線膨脹系數為1.0x10-5/℃，不銹鋼板的線膨脹系數為1.8x10-5/℃，鋼板的線膨脹系數為1.2x10-5/℃。因此，采用鋼板與玻璃肋粘接可有效降低減小由溫差應力帶來不利影響。
在粘結劑的選擇方面，除了要滿足抗剪強度外，還必須具有一定的變位能力，以化解或降低玻璃表面溫度應力的影響。要注意，粘接強度越高，變位能力越弱，兩者需綜合考慮。
圖15拼接玻璃肋中部連接節點三維圖
圖16拼接玻璃肋中部連接節點三維圖
要提醒注意的是在玻璃肋與面板玻璃連接節點設計時，在充分分析其受力狀態、節點適應變形的能力的基礎上，還要對爪件與玻璃肋的連接形式進行分析，要在有效連接的前提下考慮爪件對肋板玻璃的影響。不得采用將爪件未經螺栓壓合，而直接粘節在玻璃肋板上已有項目證明，這種連接方式很容易出現在面玻璃受到風荷載作用時，在粘接點的邊緣，由于應力過于集中而將鋼化玻璃壓應力層玻璃撕裂的現象(圖17)。
圖17玻璃肋與面板玻璃連接節點
圖18玻璃吊夾吊掛玻璃的連接方
在玻璃肋頂部節點設計時最好采用不打孔的連接方式，減少由于孔邊應力引起的玻璃破損現象。應該盡可能的采用玻璃吊夾吊掛玻璃的連接方式(圖19)這種連接方式能在有效的傳遞玻璃自重力的同時，充分適應由于外界影響引起的變形位移能力，是一種較為成熟的吊掛玻璃連接方式。
在整體設計時，要考慮到主體結構（詞條“主體結構”由行業大百科提供）或結構構件應有足夠的剛度，采用鋼桁架或鋼梁作為受力構件時，按照規范的規定取其跨度的1/250以下。因為頂部支承結構的剛度直接影響著底部節點的變形量。
在玻璃肋的下部節點設計時最好采用入U型槽的連接方式(圖19)，這也是能夠很好的適應玻璃肋板在長度方向變形能力的成熟節點。在玻璃入U型槽的深度和在槽內預留變形量的設計時，應該考慮到玻璃在溫度變化影響下會熱脹冷縮，玻璃的線脹系數為1×10-5，一塊邊長1500mm的玻璃，當溫度升高80℃時會伸長1 .2mm。如果在安裝玻璃時，玻璃與鑲嵌槽底緊密接觸，一旦伸長就會產生擠壓應力，這種應力很大，σt=αEΔT 。當ΔT=80℃時，σt=1×10-5×0.72×105×80=57.6N/mm2，大于浮法玻璃強度標準值，因此在設計玻璃幕墻節點時，應使玻璃邊緣與鑲嵌槽底板間留有配合間隙，防止玻璃產生擠壓應力。
圖19玻璃吊夾吊掛玻璃的連接方式
圖20玻璃肋端部連接方式
拼接玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻雖然在項目上使用已經很廣，但由其特點和材料所致其安全度還有待深入研究。所以建議，在臺風多發地區應謹慎選用拼接玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻。如一定要采用玻璃肋支承的點支式玻璃幕墻，就應嚴格按照規范中要求方法進行計算;在夾膠玻璃的選型時，應考慮使用SGP膠片或三層玻璃夾膠。經破壞性實驗證明其破損后的穩定性和安全性后方可使用。
3.2、在構造設計時應考慮的問題
由于玻璃材料的特性要求，在玻璃肋的設計時，盡可能的減少在肋板上鉆孔（詞條“鉆孔”由行業大百科提供），也盡量不要在玻璃肋上設計凹缺口。盡可能的減少由于孔邊應力引起的肋板爆裂現象。玻璃鉆孔的尺寸和位置應按《門窗幕墻用鋼化玻璃》JGJ455標準中要求的進行設計。
在玻璃經過切割（詞條“切割”由行業大百科提供）后，其周邊會隱藏著許多微小的裂口。這些裂口在各種效應與熱應力影響下，會擴展成裂紋，如果裂紋進一步發展會導致玻璃破裂。所以為了減少和消除玻璃因鉆孔或切割加工后留下的小裂紋而導致玻璃破裂。應該要求在玻璃加工成型后，用磨邊機進行處理，對玻璃板塊的四周邊，和鉆孔的孔邊進行精磨邊和拋光的加工處理。消除玻璃周邊隱藏的微小的裂痕。
對于鋼化玻璃來說，由于鋼化玻璃表面有約占其總厚度1/6的受壓應力區，其余的為拉應力（詞條“拉應力”由行業大百科提供）區，鋼化玻璃的內外拉、壓應力總體平衡，使其機械性能得到明顯提升，但一旦玻璃表面裂紋擴展到受拉區，鋼化玻璃將立即破裂。
另一方面，應該考慮到玻璃破碎后玻璃肋的穩定性和安全性。在對較高的玻璃肋板設計時，除了要認真設計每一個連接節點，還要充分考慮到玻璃肋板的整體穩定性。當玻璃肋達到一定的高度時，就需要考慮其側向穩定性。按照《玻璃幕墻工程技術規范》對大玻璃肋的規定：“高度大于8m的玻璃肋宜考慮平面外的穩定驗算;高度大于12m的玻璃肋，應進行平面外穩定驗算，必要時應采取防止側向失穩的構造措施。”在條文說明充分作了說明，由于吧玻璃肋在平面外的剛度較小有發生屈曲的可能。當正風壓作用使玻璃肋產生彎曲時，玻璃肋的受壓部位有面板作為平面外的支撐;當反向風壓作用時，受壓部位在玻璃肋的自由邊，就可能產生平面外屈曲。所以，跨度大的玻璃肋在設計時應考慮其側向穩定性要求，必要時要進行穩定性驗算，并采取有效的橫向支撐等措施。
四、結束語
近來超高的駁接玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻出的問題比較多，問題主要集中在玻璃肋連接節點上，因為在這一部位的受力較為復雜，再加上玻璃材料自身的特性所以容易出現問題。在實際工程中也出現了不少由于節點處理不當，加工精度不夠、安裝精度不高而造成肋板玻璃和面板玻璃破損的情況。
對于跨度大的玻璃肋在設計時應考慮其側向穩定性要求，必要時要進行穩定性驗算，并采取橫向支撐或拉結等措施。目前國內對于玻璃肋的穩定性的設計及計算的理論較少，在設計計算時可以參考經典板殼理論和國外的相關規范。對于玻璃肋結構分析，即使玻璃肋正截面承載力不是由臨界屈曲荷載控制，但是分析玻璃肋臨界荷載仍然有一定的意義。對于采用玻璃孔邊受力的節點設計時一定要進行受力分析、模擬計算和實體實驗后才能確定方案。在玻璃肋板的孔位設計時，應該充分考慮到玻璃鉆孔的加工精度對玻璃肋支承的點支承玻璃幕墻整體性能的影響。
在這里還想正中強調，玻璃肋支承的點支承玻璃幕是一種對玻璃加工和安裝精度要求極高的玻璃幕墻產品。玻璃上的鉆孔磨邊等深加工技術是要由高精的設備來保證的。這種幕墻的單位平米造價很高，是一種高檔次的幕墻產品。要有充分的心理準備才能制造出好的產品。
參考文獻
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[4] 王德勤，點支式玻璃幕墻的設計與施工問題解答，《建筑幕墻設計與施工》, 2006.09
