固定式支承头点式玻璃的应力集中分析
点式玻璃幕墙面板承载力及变形性能的有限元分析
＝ ｚ ２０ ０ ６年 版］ 上式中：
一
１０ Ｗ ……７１１ ２Ｇ ５ ０ ９２ ０ ．． ［Ｂ ０ ０ －０ １ －
作 用在 幕墙 上 的风荷载 标准 值 （ ａ ； ＭＰ ）
Ｚ 计 算点 标高 ：１ ｍ； 一 ０
带入数 据得 ：Ｗ ｋ＝ ０Ｏ １ ６ ＭＰ ．０ ２ ２ ａ ２２ 垂 直 于幕墙 平 面的 分布 水平地 震 作用 标准 ．
５ ９
９年 １ ２月 第 ６
ｑ ＝ １４ｗｋ＋ ０． ３ｑ ａ ． ５ ｘ １． Ｅ ｋ ＝ １４ Ｘ ０． 。 ００１ ２６２＋ ０ ５× １３ × ０． ． ． ０００１ ２３ ＝ ０． ００１ ８４７Ｍ Ｐａ
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４１各厚 度面板 分析 ． 本 节分 析模 型共三 组 ： 面板 孔边距 均为 １ ５ ２ ｍｍ， 厚度 分别 为ｌ ｍｍ、１ ｒｍ、１ ｍｍ：分析 的 目的主 Ｏ ２ ａ ５
ｑ ＝ ‰ ｌ ２２ ０ 】 ３ Ｇ
上 式 中： ｑ 一 垂 直 于幕 墙 平 面 的 分 布 水 平 地 震 作 用 标准 值 （ ａ ； ＭＰ ） 动力 放大 系数， ５０ 取 ．； ａ ａ一 水 平地 震影 响 系数最 大值 ，取 ００ ； ｍｘ ．８
拟 结 果的有 效性 。 Ｉ 关键 词 ｌ 点支 式玻 璃 幕墙 数值 模 拟 应 力 变形
０引言
点式支承 玻璃 为多 点支承 板 ，板 本身 在风力 作 用下受 弯 ，而且 在支承 点 处应力 集 中程 度 很高应 力 值很大 。圆洞加 工精 度 高 、研磨 仔细 ，残 留微缺 陷 （ 如崩 边 ，ｖ形 缺 口等 ）少 ，则 应力集 中度低 ，应 力较均 匀 ； 反之 ， 力集 中程度 高 ， 易局 部破裂 。 应 容 此外 ，板弯 曲后边缘 翘 曲 、板面 转动 ，如 果支承 头 可 以随 玻璃面 板转 动而转 动 ，则 应力程 度 可大大 降 ｆ ｍ。 点式支承 玻璃 的 受力变 形特 性与 有框 和 隐框 Ｌ ￣ 玻 璃 变形 特 征 上 有很 大 不 同， 现 有规 范未 能 充 分 而 考 虑到 点式支 承玻璃 的设 计特 点 。因此 有 必要对 点 式 支承 玻璃变 形性 能及其 影 响因素进 行研 究 。
点式幕墙规范
编制说明由于点式玻璃幕墙在国内发展的历史不长,目前尚无相应的国家或行业技术规范、标准，为了使点式玻璃幕墙的设计、加工和施工质量的控制以及工程验收做到有据可依，现参照国内外相关标准资料和工程设计、施工经验，制订此企业技术规范.此规范仅适用于点式玻璃幕墙的设计、施工和验收。
点式玻璃幕墙是一种具有装饰性和功能性的建筑围护结构。
他主要有玻璃、密封材料、不锈钢接驳件、支撑体系四部分组成。
在结构形式和要求上与普通玻璃幕墙基本类似。
只是在下列几方面有区别:一、玻璃的加工要求不同，点式玻璃幕墙的玻璃由于安装形式的关系，所以其加工要求及对玻璃本身的品质要求均较高。
二、玻璃的固定方式不同，普通玻璃幕墙一般采用镶嵌或胶粘的四边固定,而点式幕墙采用四点或六点接驳，容易产生应力集中，局部的受力状况较为恶劣，所以对玻璃的受力分析与计算必须有专门的规定。
三、支撑体系的结构形式及材质不同,普通玻璃幕墙一般采用铝质杆件作支撑体系,而点式幕墙一般采用钢质（或不锈钢)的桁架柱、拉杆结构或拉索结构作为支撑结构，且跨度一般较大。
根据以上的分析,本规范制定的原则是：一、结构载荷按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96进行计算，其分项系数和组合系数也按此标准的规定选用。
二、所用材料的力学性能参数，按国家现行规范和标准所列示的数值取用,安全系数也按相关的规定选用.三、面板玻璃按等厚小挠度弯曲薄板理论计算。
连接金属构件按机械零件的设计方式进行构件的受力分析和强度计算。
钢结构支撑体系按《钢结构设计规范》（GBJ17-88）进行设计。
但在挠度要求上进行从严规定。
四、所有零（构）件的加工精度原则上参照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96的相关规定,以上规范没覆盖的部分及有特殊要求的部分,另外规定.五、点式幕墙安装的精度及安装要求原则上参照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96的相关规定，以上规范没覆盖的部分及有特殊要求的部分，另外规定.六、各种材料的品质规定及检验规定均按相应的国标或行标的规定执行。
精巧的钢结构连接——点支式玻璃幕墙多图赏析
精巧的钢结构连接——点支式玻璃幕墙多图赏析点支式玻璃幕墙是一种以精巧的钢连接构件（一般为不锈钢）以点支承的方式（每块玻璃为四点固定最为常见）将无框安全玻璃与内部或外部的支撑结构固定在一起的一种玻璃幕墙结构系统。
德国柏林索尼中心的点支式玻璃幕墙建筑师：海墨特·扬（Helmut Jahn）点支式全玻幕墙玻璃面板固定的形式点支式全玻幕墙面板固定的形式常有以下三种：钻孔固定式：玻璃钻孔后以金属结构件固定，通过特殊的金属驳接爪固定于背后支撑结构上，即常称的DPG（Dot Pointed Glass）方式，这也是国内点支式全玻幕墙采用最多的模式。
图1 不同的开孔式点支玻璃构造示意图各种接驳金属件上海东方艺术中心建筑师：保罗.安德鲁钢管结构支承的异形点支式玻璃幕墙，不锈钢支承头隐藏于夹层玻璃中，远看幕墙如同全隐框胶粘玻璃幕墙。
夹固式点支幕墙的典型示意图采用夹固式的点支玻璃幕墙最大的优点在于玻璃无需钻孔，避免了玻璃开孔后的应力集中，简化了施工程序，降低了成本。
这种模式更为适合中空玻璃面板，避免两片玻璃穿孔及孔周圈的密封，减少中空玻璃失效的几率。
法国巴黎德方斯新区某建筑特殊的金属夹固件形成了玻璃幕墙的特殊肌理。
（本建筑幕墙应该是传统框架式玻璃幕墙夹固件的构造，虽然从受力特征上不属于点支承玻璃幕墙，但作为夹固件的形式可以参考。
）不同形式的点支式玻璃幕墙面板固定形式示意图点支式玻璃幕墙的玻璃面板的划分形式从理论上讲可以有多种选择，考虑到经济投入，实际中一般多为横平竖直的矩形，偶尔也有一些其他规则的形式如菱形、三角形。
某建筑呈菱形布置的玻璃面板（钢管柱体支撑结构）匈牙利布达佩斯某建筑双层幕墙外层（非密闭）的点支式三角形玻璃板块及菱形钢管支承网架点支式玻璃幕墙支撑结构形式点支式玻璃幕墙根据其背后支撑结构的形式大致可分为以下类型：点支式玻璃幕墙支撑结构形式示意图（由左-右，由上-下分别为：玻璃肋、柱体、桁架、索网、拉杆、索杆、索桁架支承结构）(1)玻璃肋板支承式：以玻璃肋板作为支撑结构。
面内剪力作用下点支承玻璃承载性能的试验研究
点式玻璃幕墙所受荷载包括⾃重、风荷载、⾬雪荷载、地震作⽤、施⼯荷载、温度变化或⽀座位移引起的作⽤以及活荷载等。
⽽其作⽤形式可以分成两类:垂直于玻璃板表⾯的作⽤和平⾏于玻璃板表⾯的作⽤。
垂直于板表⾯的作⽤统称为⾯外作⽤,亦称⾯外荷载,它使玻璃板发⽣弯曲;平⾏于板表⾯的作⽤统称为⾯内作⽤,它使得玻璃板在孔边产⽣剪切变形,所以⼜可称作⾯内剪⼒。
在实际⼯程中,点式玻璃幕墙的⾯板经常处于⾯外荷载和⾯内剪⼒的共同作⽤下。
⽬前关于点式玻璃板的抗弯承载性能的研究较多,已经有了⼀套⽐较完善的抗弯强度设计⽅法[13]。
然⽽,⽬前设计中还⽆法考虑⾯内剪⼒对板的承载性能的影响。
另外,⾦属连接件的设计中也没有考虑承受较⼤⾯内剪⼒作⽤。
本⽂作者曾对点⽀玻璃板⾯内抗剪性能进⾏了必要的理论计算分析[4]。
本⽂进⾏⾯内剪⼒作⽤下的点式玻璃板承载性能的试验研究,分析了⾯内剪⼒对于板承载性能的影响,为改进设计⽅法提供了依据。
1 试件设计与加载设备 1.1 试件设计 点式玻璃板受载时孔边应⼒状态复杂,是影响板承载性能的⼀个关键部位[5]。
玻璃板边长l、厚度δ、孔径d、孔边距a以及与⽀承结构间不同的连接⽅式(浮头式和沉头式)都会影响板受载时在孔边的应⼒分布,因⽽在试验中设置了2种试件类型:浮头式试件和沉头式试件。
每种类型均⽤3个相同试件重复试验。
试件类型及参数见表1。
点式玻璃板抗弯承载性能的研究表明[2],制约其承载性能的板内应⼒控制点主要出现在⼤⾯中⼼、板边中点和孔边的位置。
故试验中在这些地⽅布置了应变花,孔边位置的应⼒⽐较复杂,应变花布置得较多。
试件测点布置及编号⽰意图如图1所⽰。
沉头式板(BL-2)两个⼤⾯的开孔尺⼨不同,我们将紧固件垫板沉⼊与之平齐的那个表⾯称为外表⾯,另⼀⾯称为内表⾯。
1.2 加载装置 试验加载装置如图2所⽰。
试验中将紧固件和玻璃板作为⼀个整体共同承受荷载以模拟真实的受⼒情况。
在实际应⽤中,紧固件底部通过⽖件固定于幕墙⽀承结构上,试验中则将其底部焊接于钢梁上。
点式玻璃幕墙面板承载力及变形性能的有限元分析
表 4－4 不同孔边距面板板中心处变形分析对比结果（面板厚度 12mm）
板中心 处变形 (N/mm2)
边距 L(mm) 开孔模拟(孔径 36mm)
尖边不倒圆 尖边倒圆
不开孔模拟
理论计算值
100 12.41
/ 24.30 25.19
125 10.82
/ 21.45 22.57
150 9.44
/ 18.90 20.13
1四角开孔面板模型孔径36mm尖边不倒圆2四点支承不开孔模型图4112mm厚孔边距125mm玻璃面板应力云图1四角开孔面板模型孔径36mm尖边不倒圆2四点支承不开孔模型图4212mm厚边距125mm玻璃面板平面外变形云图表41各厚度面板应力分析对比结果孔边距125mm厚度tmm101215maxnmm开孔模拟孔径36mm尖边不倒圆1360965635453332172117不开孔模拟464936702203理论计算值461833732243表42各厚度面板板中心处变形分析对比结果孔边距125mm厚度tmm101215板中心处变形nmm开孔模拟孔径36mm尖边不倒圆17041082584不开孔模拟322421451317理论计算值372922571183101112131415202530354045501011121314151216202428323640图43各厚度面板应力分析对比结果图44各厚度面板板中心处变形分析对比结果孔边距125mm以上分析对比结果可知
Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)；
A：幕墙构件的面积(mm2)；
2.3 作用效应组合
荷载和作用效应按下式进行组合：
S=γGSGk+ψwγwSwk+ψEγESEk 上式中：
……5.4.1[JGJ102-2003]
点支承玻璃幕墙设计与施工质量管控
点支承玻璃幕墙设计与施工质量管控随着现代建筑技术的发展，玻璃幕墙已经在建筑设计中占据了越来越重要的地位。
而在玻璃幕墙的设计与施工过程中，点支承系统是其中的重要组成部分。
点支承系统的设计与施工质量管控是玻璃幕墙设计与施工的重要环节。
一、点支承系统的基本结构点支承系统是一种常见的玻璃幕墙支撑结构，通过将玻璃板固定在铰链或球头节点上，形成一种点支承型结构，使得玻璃在墙体上的支撑点集中在极少数几个点上。
点支承系统主要由以下组成部分构成：1.支撑结构：包括墙体结构、节点与承重构件。
2.玻璃板：充当墙体的主要承重结构。
3.点支撑件：包括铰链、球头、化学锚固等承重连接件。
点支承系统设计需要考虑的因素众多，包括玻璃板的尺寸、厚度、预应力等，节点的材料、形式、连接方式、数量等，还需要考虑外部环境的影响，如气候、风压、地震等因素。
在设计时需要重点考虑以下几点：2.材料的选择和质量要求：由于点支承系统承重能力的限制，设计时需要选用高强度、高可靠性的材料，且对材料的质量要求相对较高，设计中需要仔细思考其耐久性、腐蚀性、强度等指标。
3.梁与柱设计的考虑：点支承系统是在墙体结构上进行固定的，因此在设计中需要重点关注墙体结构的支撑能力，以及梁与柱的设计，以将玻璃上的荷载合理分配到墙体结构上。
4.施工导图的设计：点支承系统相对传统幕墙结构而言属于比较复杂的系统，需要设计详细的施工导图，以确保施工过程中的安全性和正确性。
三、点支承系统施工的管控要点在点支承系统施工过程中，设计方需要紧密配合施工方，对施工过程进行全面的管控和监督，以确保其安全、高质量地完成。
其中需要注意以下几点：1.施工图纸的符合性：施工图纸必须严格符合设计要求，任何细节方面的差错都可能成为施工中或者后期使用中的安全隐患。
2.点支承件的品质和安装：点支承件作为点支承系统的核心构成部分，材料品质和安装质量对于结构的承载能力、稳定性和安全性至关重要。
3.操作规范和安全措施的执行：在点支承系统安装时施工人员需要严格按照操作规范进行作业，并采取相应的安全措施，如安全带等。
建筑结构设计：点支式玻璃幕墙有哪些特性？
建筑结构设计：点支式玻璃幕墙有哪些特
性？
（1）通透性好：玻璃面板仅通过几个点连接到支撑结构上，几乎无遮挡，透过玻璃视线达到佳，视野墙达到大，将玻璃的透明性应用到极限。
（2）灵活性好：在金属紧固件和金属连接件的设计中，为减少、消除玻璃板孔边的应力集中，使玻璃板与连接件处于铰接状态，使得玻璃板上的每个连接点都可自由地转动，并且还允许有少许的平动，用于弥补安装施工中的误差，所以点支式玻璃幕墙的玻璃一般不产生安装应力，并且能顺应支撑结构受荷载作用后产生的变形，使玻璃不产生过度的应力集中。
同时，采用点支式玻璃幕墙技术可以大限度地满足建筑造型的需求。
（3）安全性好：由于点支式玻璃幕墙所用玻璃全都是钢化的，属安全玻璃，并且使用金属紧固件和金属连接件与支撑结构相连接，耐候密封胶只起密封作用，不承受荷载，即使玻璃意外破坏，
钢化玻璃破裂成碎片，形成所谓的“玻璃雨”，不会出现整块玻璃坠落的严重伤人事故。
（4）工艺感好：点支式玻璃幕墙的支撑结构有多种形式，支撑构件加工精细、表面光滑，具有良好的工艺感和艺术感，因此，许多建筑师喜欢选用。
（5）环保节能性好：点支式玻璃幕墙的特点之一是通透性好，因此在玻璃的使用上多选择无光污染的白玻、超白玻和低辐射玻璃等，尤其是中空玻璃的使用，节能效果更加明显。
常见玻璃幕墙节点及承重分析
金属支撑结构点支式玻璃幕墙：这 是最早的点支式玻璃幕墙结构，也 是采用最多的结构类型。
解放碑苹果专卖 店玻璃幕墙
国泰大剧院玻璃幕墙
半隐框玻隐框玻璃幕墙分横隐竖不隐或竖隐横 不隐两种，均为一对应边用结构胶粘接 成玻璃装配组件，另一对应边采用铝合 金镶嵌槽玻璃装配的方法。 玻璃所受各种荷载，有一对应边用结构 胶传给铝合金框架，而另一对应边由铝 合金型材镶嵌槽传给铝合金框架。因此 半隐框玻璃幕墙上述连接方法缺一不可， 否则将形成一对应边承受玻璃全部荷载， 这将是非常危险的。 如果无法承重就会造成所谓的“玻璃雨” 等现象。安全无法保障再美观也没用。 至2015年中，我国已逐渐开始禁止全隐 框玻璃幕墙的建造，如江苏已出台相关 法规进行禁止。
明框玻璃幕墙
明框玻璃幕墙的玻璃镶嵌在铝 框内，成为四边有铝框的幕墙 构件，幕墙构件镶嵌在横梁上， 形成横梁立柱外露，铝框分格 明显的立面。 明框玻璃幕墙 是最传统的形式，应用最广泛， 工作性能可靠。相对于隐框玻 璃幕墙，更易满足施工技术水 平要求。
外框承重
常见玻璃幕墙节点 及承重分析
泱月朔
点支/吊挂式玻璃幕墙
吊挂：钢爪是支承 在钢丝绳的牵拉上 点支：钢爪是支承 在型钢梁柱上
常见的玻璃幕墙设计，用点支撑装置固定，由支撑结构承 重，依据支撑结构种类分为点支式和吊挂式。具有钢结构 的稳固性、玻璃的轻盈性以及机械的精密性。
完全由玻璃板承重，且确 实设计得能够承受足够的 压力，但还是让许多人走 在上面提心吊胆的
点支承中空玻璃板孔边应力的有限元分析
点支承中空玻璃板孔边应力的有限元分析1 前言点支承玻璃幕墙是用金属连接件和紧固件将玻璃与支承结构连接成整体的建筑结构形式,玻璃板往往需要点支承处开孔以安装连接件。
中空玻璃是在两层钢化玻璃之间的封闭空间内充入惰性气体[1][2],在国家大剧院等项目中得到了广泛使用。
国内外试验资料表明,开孔玻璃面板的最大应力往往在钻孔处。
同时孔边缘在切割过程中形成的大量微裂纹,使该处强度有所降低。
故开孔周边是点支式玻璃幕墙的薄弱处[3,4,5]。
现行规范、规程尚未对玻璃孔边应力的计算做出严格、定量的规定,国内外对于点支承单层玻璃板孔边应力的研究较多,而关于中空玻璃孔边应力的研究还不多见[5,6]。
本文使用有限元方法,对四点支承中空玻璃的孔边应力进行计算,分析了孔心边距、玻璃板、中空层厚度等因素对于孔边最大应力的影响,提出了必要的设计建议。
2 孔边应力的有限元分析方法2.1 点支承中空玻璃基本承载特点流体静止时,起作用的只是垂直于各接触面的力,中空玻璃板中空层中的气体不具有抗弯刚度,也不能阻止内、外片在面内的相对滑移。
设中空玻璃承受的总荷载集度为ps;外、内片分别承担荷载为p0和pi。
中空层中气体的作用,即为在垂直于玻璃板的方向上,将pi从中空层的上表面传递至内片的上表面,同时中空层内压产生增量:pg=pi。
故考虑中空玻璃受弯承载性能,只需考虑中空层在垂直于玻璃板方向上的作用[2,7]。
2.2 点支承中空玻璃有限元计算方法本文使用综合有限元程序ANSYS建立模型。
为了能够模拟点支承中空玻璃支承孔边缘的构造,外、内片玻璃采用Solid单元建模,并在板面大范围内通过Sweep方式生成规则分布的单元(图1)。
使用ANSYS提供的Combin单元模拟气体层行为。
Combin(弹簧-阻尼组合单元)具备二个节点,可以计算轴向的压缩及阻尼行为。
本文根据清华大学及同济大学完成的点支承中空玻璃试验建立模型[2,8],几何参数如表1。
根据对称性建立1/4模型,使用Solid单元模拟玻璃板,在外、内板之间除点支承外,均匀的设置n个Combi单元模拟气体层的压缩性能(图1)。
点支式玻璃幕墙钢支承结构设计
点支式玻璃幕墙钢支承结构设计
1 杆件体系支承结构属于一般的钢结构体系，可以按现行钢结构设计规范进行设计验算。
2 索杆体系支承结构是一种张拉结构体系。
必须首先设计并确定索杆体系在初始状态下的预拉力分布，然后从初始状态出发，计算各组合荷载作用下索杆体系的内力和位移。
索杆体系初始状态的预拉力分布涉及到分布规律和具体数值两个方面。
分布规律可能是唯一的，也可能存在很多组。
现有理论可以很方便地分析并确定索杆体系的预拉力分布规律。
一旦分布规律确定后，给定任一张拉索的拉力数值就可以得到整个体系的数值分布。
预拉力的分布必须使索杆体系是平衡和稳定的，只有这样，索杆体系的初始状态才是可以张拉成形的。
但是，目前还没有一个明确的、广泛适用的理论来确定一个合理的和优化的初始状态预拉力分布。
在初步确定索杆体系的初始状态后，可以采用非线性理论计算各种组合荷载效应下索杆体系的内力和位移，即索杆体系的各种工作状态。
工作状态下的索杆体系必须满足强度、稳定和位移的规范要求。
目前对于索杆体系工作状态的非线性计算理论和方法已很成熟，也有相应的各类境外和国产软件可以直接应用。
3 根据国外研究资料，拉索的容许拉力可以取整索破断拉力的1/3左右。
本规程取为1/。
考虑荷载分项系数后，即
得抗拉力设计值为整索破断拉力标准值除以。
4 点支式幕墙钢结构连接强度的设计值应依据现行国家标准《钢结构设计规范》GBJ50017取用。
销钉连接在点支式玻璃幕墙结构中采用很广泛，本规程给出了常用销钉连接的构造图。
销钉连接应进行设计，可参照有关标准进行。
单向单索结构点支式玻璃幕墙的结构设计
单向单索结构点支式玻璃幕墙的结构设计摘要：本文主要阐述单向单索幕墙的结构分析。
包括点式玻璃的有限元分析，分析玻璃在六点和四点支撑情况的应力和挠度，以及对支撑点处产生的应力集中进行讨论并采取一定的措施。
然后对单向单索进行详细的分析计算，采用非线性有限元进行计算，必要时需要考虑边缘支撑结构的影响，建立整体模型进行分析计算。
最后对实际施工过程中遇到的情况，进行说明。
关键词：点式玻璃应力集中球铰预应力单向单索整体模型引言：现代人们对建筑物外观的美观要求越来越高，追求大空间，高通透，轻盈化，特别是一些大型的展览中心，机场的候机楼等。
单向单索幕墙一般只需要单向竖索来同时抵抗竖向和水平荷载，受力形式简单明确，结构轻盈，占用的空间也相对较少。
因此越来越多的大型公共建筑采用此种结构形式。
本文结合工程实例分析单向单索结构的受力。
第一、工程实例概述某工程位于上海，地面粗糙度按照C类考虑，柱间间距为9000mm。
拟采用单向单索点式玻璃幕墙，拉索高度为6000mm，玻璃水平分格为1500mm，玻璃高度为4000mm和2000mm。
采用的玻璃为15mm厚的单片钢化玻璃。
4000mm的高度采用六点支撑，2000mm的高度采用四点支撑。
上海地区基本风压为0.55kPa，风压高度变化系数为0.65，风荷载体型按照墙角位置系数为1.6.根据《索结构技术规程》单索结构的风振系数取为1.2~1.5。
则基本风压为Wk=0.55x0.65x1.6x1.5=0.858kPa。
根据上海市建筑幕墙工程技术规范，幕墙的墙角边风压值不应小于1.5kPa。
温度按照±30℃考虑。
拉索上端拉到主体结构钢管上，下端拉到主体混凝土结构上。
水平荷载标准值为qk=1.5kPa,自重为Gk=15mmx25.6kN/m3=0.384kPa,地震荷载qek=0.4xGk=0.15kPa根据《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2018，表8.2.9建筑结构的作用分项系数可变荷载为1.5。
单向受力拉索点支式玻璃幕墙的力学 分析
单向受力拉索点支式玻璃幕墙的力学分析内容提要：本文对点支式玻璃幕墙单向受力拉索体系的内力、预拉力、弹簧、矢跨比等和外力之间关系进行了分析。
关键词：单向受力，拉索体系。
一前言拉索结构的形式丰富多彩，根据几何形状、组成方法、拉索材料以及受力特点等因素，可有多种不同的划分。
拉索点支式玻璃幕墙按照组成方法一般可分为：单层拉索体系、双层拉索体系、组合拉索体系、混合拉索体系等。
单层拉索体系是由一系列按一定规律布置的单根拉索组成，有平行布置、辐射布置及网状布置等三种形式，点支式玻璃幕墙多采用正交网状布置形式。
见图一，图二。
图一单层拉索正交网状布置点支式玻璃幕墙（外视）图二单层拉索正交网状布置点支式玻璃幕墙（内视）双层拉索体系是由一系列对称的凹、凸予拉力拉索，以及它们之间的连系杆组成。
正风压时，凹索是承力索，则凸索是稳定索；负风压时，凹索是稳定索，则凸索是承力索。
双层拉索体系也有平行布置、辐射布置和网状布置三种形式，平行布置用于幕墙比较普遍，网状布置目前采用较少。
见图三、图四、图五。
图三双层拉索竖向平行布置点支式玻璃幕墙（内视）图四双层拉索横向平行布置点支式玻璃幕墙（内视）图五双层拉索正交网状布置点支式玻璃幕墙（内视）单层拉索和双层拉索网状布置形成组合拉索体系。
柔性拉索和受弯构件网状布置形成混合拉索体系组合而成，也称索-梁体系。
见图六，图七。
图六竖向自平衡体系和横向双层拉索体系相组合图七索-梁体系若按受力特点划分可分为：单向受力拉索体系、双向受力拉索体系和多向受力拉索体系。
平行布置体系一般都是单向受力体系。
图三所示双层拉索竖向平行布置点支式玻璃幕墙，水平组合荷载由竖向双层拉索承受；图四所示双层拉索横向平行布置点支式玻璃幕墙，尽管幕墙的重量由竖向承重索承受，但幕墙的主要荷载－水平荷载还是由横向双层拉索承受；都是单向受力拉索体系。
图一、图二所示为双向受力单层拉索网状布置点支式玻璃幕墙；图五所示为双向受力双层拉索网状布置点支式玻璃幕墙；图六所示为竖向自平衡体系和横向双层拉索体系相组合的双向受力点支式玻璃幕墙；图七所示为索-梁混合体系的点支式玻璃幕墙；幕墙的主要荷载-水平荷载由竖向结构和横向结构共同承受。
点式玻璃幕墙设计和安装中几个注意事项
——立足行业先锋，塑造完美品质
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二、点式幕墙的玻璃通过驳接件固定在支撑体系上，驳接件与支撑体系 固定后即形成支撑体系的一部分，而玻璃是靠玻璃的开孔固定在驳接件 上，玻璃所处的状态应是悬挂状态， 玻璃通过驳接头悬挂在上方两个驳接爪下部的长孔中，长孔使玻璃牢固 悬挂，并且易于调整水平方向的误差和热膨胀位移。玻璃下部通过驳接 头与下方驳接爪的上部圆孔连接，圆孔直径比驳接头连接螺杆有较大的 间隙，用于补偿竖向加工以及安装误差，同时吸收玻璃竖向热膨胀位移 。因此竖直的点式幕墙最上部适用于的驳接爪。采用 驳接爪时一定要注 意调整安装间隙，防止产生附加应力。 玻璃的热胀冷缩和玻璃的重力都会使玻璃产生很大的水平力(T=G/tgα， α→0，则T→∞)，在一定极限状态下会使安装后的玻璃在一定的条件下 破坏。这有时也是玻璃自爆的原因。 驳接头是将玻璃固定在驳接爪上的构件，为减少玻璃随风压变形对玻璃 开孔处的应力集中，目前已多数采用可转球头式驳接头，但是目前该类 产品良莠不齐，因为玻璃变形时以中性层为中心对称变形，驳接头的转 动中心应在玻璃的中部才不产生附加应力，对于夹胶玻璃和中空玻璃也 是如此，因此在选用驳接头时应检查其结构设计是否在玻璃中心。 驳接头的转动用于吸收玻璃随风压的变形，因此驳接头灵活活动是减少 附加应力的保证，活动愈灵活，玻璃变形时对开孔处产生的附加应力愈 少，因此选用驳接头时应检查其灵活程度，尽量减少附加扭矩。
点式玻璃建筑柔性支承体系的动力特性分析
ＡＢ Ｔ Ｓ ＲＡＣＴ Ｔｗｏ ｎ ｒ ｌ ｉ ｄ ｆ ｆｅ ｉ ｌ ｕ ｐ ｒ ｉ ｇ ｓ ｓ ｅ ｏ ｈ ｏ ｎ ｕ ｐ ｒ ｅ ｌ ｓ ｕ ｔ ｉ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｏ ｍａ ｎ ｓ ｏ ｌ ｘｂ ｅ ｓ ｐ ｏ ｔｎ ｙ ｔ ｍ ｆ ｔ ｅ ｐ ｉ ｔ ｓ ｐ ｏ ｔ ｄ ｇ ａ ｓ ｃ ｒａｎ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ． ｋ
ｗｉ ｄ ｖ ｂ ａ ｉｎ ｒ ｓ ｏ ｓ ｎ ｉ ｒ ｔｏ ｅ ｐ ｎ ｅ
点 式玻璃 柔性 支承 常用 的结 构形 式 主要有 以下
两种 ： 压杆 鱼腹 式柔 性 支 承 和 无 压 杆 鱼 腹 式柔 性 带
清华 大 学游 泳馆 点式 玻璃 柔性 支 承体系 动力 特
性分 析 的计算 模 型如 图 １ 主要 计 算参 数 如 下 ： ， 垂直 高度 为 １ ｎ 各 杆 件 和 拉 索 的 弹 性 模 量 为 ２ Ｏ × ８ ｒ， ．６
１ ＭＰ ， 压 杆 鱼 腹 式 柔 性 支 承 体 系 主 压 杆 为 Ｏ ａ带 １ ４ ×１ 心 圆管 ， 用 梁 单 元 ， 种 柔 性 支 承 体 ， １ ０ ４空 １ 采 两 系 的支杆 均为 ￣ ｏ ５ ×５的圆 管 ， 用 杆 单元 ； 索直 采 拉
均布荷载作用下点支承玻璃板的承载性能研究
第 ３ 卷 第 ｌ期 ２ ０
２０ ０ ６年 ５月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ ｎＥＣ 兀 琅 Ｅ
ＶＤ＿ ２ Ｎｏ． ０ Ｉ３ １
Ｍ ｙ ２０ ａ． ０６
・５ ・ １
文章编号 ：０９６２（０６ １．０１ ２ １０． ５２０ ｌ００５． ８ ０
璃板 中心 和玻璃板边 中心应力分布 、 挠度分布数值较大 。
玻璃强度设计值 。
２ 有 限元模 型
计算模型如图 １ 所示。计算所选用模型单元类型为三维实
． 体单 元 ， 状类 似正 四面 体 ， 合用 于不规则 网格划分 。每个单 ３ １ 玻璃板 厚度 的影响 形 适 所取玻璃板 的尺 寸为 ２ｍ×２ｍ， 孔心 至玻璃 板边 缘距 离为 元定义 了十个节点 ， 每个 节点 带三个 自由度 ， 包括两个 平 动 自由 ２ ｆ ， Ｔ ｆ ，０Ｉ ｎ １ ｆ ，４Ｉ ｎ １ ｆ ， Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ Ｔ 度和一个 转 动 自由度 ， 有 大 变形 的特 性 （ 具 单元 模 型 如 图 ２所 １０Ｉ ｎ 玻璃厚度分别 取 ８Ｉ ｎ １ ｆ ，２Ｉ ｎ １ ｆ ，６Ｉ ｎ １ ｆ ， ８Ｉ ｎ 得到玻璃板 的应力 和挠度 随玻璃板 的变 化规 律 ， Ｔ 如图 ３ ， 示） 。网格划分时控制单元边长 ， 在玻璃开孔处 缩小控制尺 寸 ， 以
限制 ； 点支玻璃板 的边 界条 件 比较 复杂 ， 出满足 所有边 界条 件 提 的挠度模式难度很大 ， 这使解析 法受到很大 的限制 。有限元 数值 分析精确全面 。基此 ， 用 Ａ ，程 序对 影响均 布荷 载作用 下 利 Ｎ ｓ 四点支承矩形玻璃板的承载性能几个 因素进行 了分析。
幕墙对玻璃 等面材的性 能要 求很 高 ， 而玻璃等面材 的强度及变 形 能力较为有限。因此 研究 点式 幕墙材料 在外 部荷 载作用 下 的受 力变形机理有重要ห้องสมุดไป่ตู้现实意义。幕墙所受 荷载主要是 风荷载 ， 风
关于钢结构点支撑玻璃幕墙施工技术分析
关于钢结构点支撑玻璃幕墙施工技术分析摘要：随着我国经济的高速发展，人们对建筑要求不再停留在质量上，还有外形的美观。
玻璃幕墙在建筑施工中应运而生，要想了解玻璃幕墙施工，就必须明确钢结构点支撑玻璃幕墙分类和架构，对钢结构点支撑玻璃幕墙施工实际情况和各个施工步骤进行探究，并制定详细的施工计划，密切关注施工中的注意事项和影响质量的要点。
在充分借鉴成功的钢结构支撑玻璃幕墙施工的经验之下，结合具体的施工情况，对钢结构点支撑玻璃幕墙施工技术进行科学的分析。
关键词：钢结构支撑；玻璃幕墙；施工技术随着科学技术发展的日新月异，玻璃幕墙施工技术不断的更新，新材料与新技术在玻璃幕墙的施工中得到了广泛的应用。
玻璃幕墙结构在不断的发展，由原来的明框结构发展隐框结构，到现在的点支撑式玻璃幕墙。
点支撑式玻璃幕墙具有众多的优点：施工操作简单、造型美观、完美的结合驳接系统与钢支撑结构、视野开阔、通透性好和具有艺术感等，有些玻璃幕墙建筑已经成为城市的建筑形象。
一、钢结构点支撑玻璃幕墙工程概况新建的广州电视台大楼属于典型的钢结构点支撑玻璃幕墙工程，它位于广州市海珠区艺苑路229号，毗邻广州新电视塔和城市中轴浅绿化广场，距离地铁三号线的赤岗站较近。
新的广州市电视台可用建筑面积多达80000，包括东西两侧各个22层的塔楼以及2层的裙楼和地下室。
其中裙楼的主要功能为门厅、演播厅和电视文化展廊。
两座塔楼的11层以上均为中庭幕墙结构，由幕墙柱、水平桁架、采光棚屋面桁架组成，使用的是钢管构件。
整个钢结构约为1900Tt，建筑面积为8500 。
图一为东塔楼工况。
图一东塔楼工况图（一）点支撑玻璃幕墙的结构点支撑玻璃幕墙是由：玻璃面板、钢爪和支撑结构三部分构成。
使用钢化夹胶玻璃做面层，钢化夹胶与支撑结构之间能够很好的连接在一起，，但由于支撑结构连接点较少，所以玻璃面板承受的应力较大，这就对玻璃的质量和强度提出了较高的要求。
钢爪主要是用来连接玻璃幕墙结构，在钢爪连接玻璃幕墙的过程中，要注意钢爪的钢轴与玻璃四角的圆孔是否连接紧密，将套管作为内衬垫玻璃钢轴圆孔之间，还要确保钢爪和玻璃之间保持一定的活动空间。
点式玻璃幕墙支承体系及其应用
1、前⾔玻璃幕墙通过⾦属构件和玻璃板组成建筑物外维护结构，使建筑物外观整洁、明丽、具有现代感，早在100多年前已经开始在建筑中得到应⽤。
但受限于幕墙材料和加⼯⼯艺的束缚，在本世纪中姐以前，玻瑞幕墙的发展⼗分级慢。
随着⼀些新材料、新技术和新⼯艺的出现，⾃20世纪30年代以来，玻确幕墙得以迅速发展，在建筑中得到了⼴泛的应⽤，我国从20世纪80年代开始在⼀些⼤中城市的建筑中采⽤玻璃幕墙。
点式玻璃摧墙采⽤⾦属连接件4紧固件将建玻瑞与⾦属〔或玻瑞等）⽀承结构连接成整体的型组合式建筑结构形式。
由⼦点式玻璃的⾼透明性，使玻璃幕墙如同⼀道⽆形的帷幕，分割开室内和室外，⼜将室外的景⾊引进室内，让室内外融为⼀体。
同时⼭于点式玻璐技术的精细性和设计的贝活性，⼤⼤丰富了建筑⽴⾯和造型。
这也是点式玻瑞受到⼯程师们的喜爱⽽常常被作为幕墙结构使⽤的重要原因。
2、点式玻璃幕墙体系组成部分2.1玻璃点式玻璃体系中，每块玻璃与点式构件有4点、6点或8点等连接⽅式[1].点式玻璃通过孔洞与件连接，由于钻孔⽽导致孔边应⼒集中使玻璃⼒降低，故点式玻璃建筑必须采⽤张度较⾼且使⽤安全的钢化玻璃。
⽓候寒冷地区的建筑物宜采⽤钢化中空玻璃，它是在两⽚钢化玻璃之问夹有⼲燥的空⽓层或惰性⽓休层。
在⼈流⽐较⼤或采光顶等对安全性能耍求较⾼的玻璃建筑，往往选⽤钢化夹胶玻璃，即在两层玻璃之间夹⼈PVC胶⽚。
玻璃破碎时碎⽚仍会与PVC胶⽚粘在⼀起，避免玻璃掉落造成伤⼈或财产损失。
另外，PVC胶⽚具有对声波的阻尼功能，具有良好的隔⾳效果。
由于钢化夹胶玻璃能有效减弱阳光的投射，防⽌眩光，不致造成⾊彩失真。
同时，‘它对紫外线有阻挡作⽤，保护陈列品和商品免受紫外线光辐射⽽褪变颜⾊，但对植物花卉的⽣长不利，因此在暖房和温室就不宜选⽤。
玻漓的基本物理特性主要表征为：抗压强度⼤，抗拉性较差，易脆易断裂。
所以在设计中要场长避短，尽量避免将玻璃作为纯粹的抗拉构件使⽤。
2.2⾦属连操件⾦属连接件是点式玻璃技术的关键，通常⼭钢或铝合⾦构件组成。
点支撑玻璃的一般计算方法与实际工程使用的建议
点支撑玻璃的一般计算方法与实际工程使用的建议摘要：通过对采用驳接爪固定的点式支承玻璃在其受垂直于玻璃平面的法向荷载（如风荷载）作用时，玻璃的计算及其应力场分析，探讨点式支承玻璃在实际工程应用中如何采取有效措施增强其安全性，并给出一般的合理化建议。
关键词：点支式玻璃风荷载应力孔边应力集中有限元Abstract: By calculating the point-supported glass under thenormal load such as the wind load and analyse the stress field, to explore in practical engineering application of point-supported glass how to take effective measures to enhance its security, get generally the rationalization proposal.Keywords: point-supported glass, wind load, stress, stress concentration on the hole sides，FEA点式支撑玻璃以其通透性好等独特的视觉效果正广泛应用于玻璃幕墙、雨篷、玻璃栏杆等系统中。
以上系统玻璃所受的主要荷载是风荷载，而点支式玻璃由于实际受力模型和边界条件的特殊性，应力状态相对复杂，并无数学解析解。
本文通过采用有限元方法对点支式玻璃在风荷载作用下的计算，基于得到的应力场，讨论了其应力的分布特性，并根据边界条件的设定，来探讨实际工程应用中如何采取有效的措施提高点支式玻璃的安全性，并给出相应的合理化建议。
1 计算模型和边界条件的设定目前行业内普遍的做法是将玻璃支撑点处作为简支约束。
玻璃的边界条件的设定应遵循实际的工程应用，由于驳接头玻璃盖板的存在，玻璃孔周围一个环状的区域内的边界条件并不单纯是简支边界，除平面上的 2 个转动自由度释放之外，尚有部分平动自由度的部分释放【1】。
浅议钢结构点支承玻璃幕墙施工技术的应用
浅议钢结构点支承玻璃幕墙施工技术的应用【摘要】点支式玻璃幕墙技术具有施工造型新颖、工序简单、驳接系统和钢支承结构都得到了完美的结合，施工完成的建筑视野开阔、通透性好、艺术感强烈，在我国高档楼宇中广泛使用。
点支承式玻璃幕墙主要由玻璃面板、驳接系统和钢支承结构组成。
本文就从点支承玻璃幕墙的施工技术出发，对幕墙施工质量控制提出一些意见。
【关键词】点支承玻璃幕墙施工技术质量控制一、点支承玻璃幕墙的构成和分类1．点支承玻璃幕墙组要由玻璃、钢爪和支承结构组成。
1．1 玻璃面板: 点支承幕墙一般采用钢化夹胶玻璃做面层，这种材料具有和支承结构连接可靠的优点，但是与支承结构之间只用了数个点连接，可能引起应力集中现象，对玻璃的强度和质量要求较高．1．2 钢爪: 钢爪是幕墙结构中的连接结构，通常用钢爪的钢轴与玻璃四角的圆孔相连，然后在钢轴和圆孔之间利用套管作为内衬，在连接过程中，应该保证玻璃和钢爪之间可以有一定的活动余地。
钢爪常采用不锈钢精密制造，具有一定的刚度，可以用来承受面板的重力和水平力作用，同时能够承受风力、地震力作用．1．3 支承结构: 支承玻璃幕墙的支承结构主要由单根杆件，桁架或拉索、拉杆、桁架等组成。
一般单根杆件横梁及立柱均为受弯梁状态，制作也比较简单，跨度不大时，应用最为广泛。
2．点支承玻璃幕墙的分类。
目前，点支承幕墙一般根据幕墙内支承结构形式可以分为全玻璃式点支承幕墙、钢构式玻璃幕墙和拉索式玻璃幕墙三类。
2．1 全玻璃式点支承幕墙。
这种幕墙的内支承结构为玻璃肋，玻璃肋支承在主体结构上，玻璃肋上安装有钢制连接板，不锈钢爪接件固定在连接板上。
幕墙的面板玻璃四角开孔，用安装在玻璃肋上的连接件中的螺栓穿入面板玻璃孔中与连接件紧固。
这种玻璃幕墙是最为常见的一种，具有施工方便，简洁豪华，一般会在幅宽较大但是高度不高的场所使用。
其立面豪华，适合大型商场的外立面或大型体育馆的首层厅。
2．2 钢构式玻璃幕墙。
这种幕墙的内支承结构一般为圆钢结构，可以是框架、桁架、网架或者美化工字钢结构。
点支式玻璃幕墙建筑结构设计分析中的若干问题
点支式玻璃幕墙建筑结构设计分析中的若干问题一、玻璃幕墙建筑结构的组成与类别玻璃幕墙建筑结构是指以玻璃作为覆盖幕面的一种建筑，它可以是建筑的屋盖、墙体、楼层、楼梯、走道栏板式整个建筑。
众所周知玻璃是一种脆性材料，由于制成时不可避免的内在缺陷，强度较低。
此外，因受生产工艺限制，其板厚和板面尺度也有限，故常需适当的结构体系作支承，才能形成予期的建筑。
这一结构体系称为玻璃幕墙建筑的支承结构，它与玻璃幕墙面共同组成玻璃幕墙建筑结构。
1.玻璃幕墙建筑结构的组成及基本要求玻璃幕墙建筑的支承结构可以是由玻璃或铝、钢等金属材料组成。
因此可以说：玻璃幕墙建筑结构是由玻璃金属材料，经过加工、连接和安装组成的可独立地承受各种可能荷载作用，并滿足各项预定功能要求的工程构筑物。
通常，它包括玻璃面板、支承结构（含连接件）和基座（结构）等三部分。
对于点支式玻璃建筑结构而言，连接件是指螺栓组件和支承装置；基座是指玻璃幕墙建筑结构赖以坐落支承的部分。
玻璃幕墙建筑结构的板件、杆件、构件间的相互连接方法可有胶接、焊接和机械连接等，且其连接型式也多种多样，无论那种都必须具有足够的承载能力和适宜的刚度。
如上所述，玻璃幕墙建筑结构是一种工程结构，它所承受的荷载作用，可能是由自然环境影响和人为作用引起的。
在各种可能荷载作用组合下，必须满足安全、适用和耐久性等三项基本要求。
当然，它作为玻璃幕墙建筑的外露结构，还应与建筑艺术美的要求相匹配。
2.玻璃幕墙建筑结构的类别在结构设计中，必须首先选择并确定结构的类别，并进而了解结构的性能和可能的荷载作用，才能正确地给出结构的计算模型和进行结构分析。
对于玻璃幕墙建筑结构，可按以下条件划分类别：按玻璃面板支承状况分为：线支式结构和点支式结构；按玻璃面板是否作为该结构的必要受力部件分为：组合式结构和集合式结构。
前者玻璃面板与其它板件共同组成统一的结构体系，并相互依存不可缺，否则结构失效；后者，一般视玻璃面板为其附属结构，支承结构（包括基座）为其基本结构，二者相对独立。
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固定式支承头点式玻璃的应力集中分析
作者：董永刚
来源：《消费导刊·理论版》2009年第14期
[摘要]利用有限元软件计算分析了固定式支承头点式玻璃孔边应力集中问题,具体讨论了
孔径、孔心边距、玻璃几何尺寸、金属支承头的尺寸、垫层的厚度及物理力学性能等因素对孔边应力的影响,并给出了相应的建议。
[关键词]点式玻璃幕墙固定式支承头应力集中
一、概述
点式玻璃幕墙是最近几年在中国开始应用新型幕墙体系,由于其视野开阔、通透性强等优
点得到了广泛应用。
它由玻璃面板、金属连接件、支承结构等组成。
由于点式支承玻璃技术在我国被采用的时间较短,资料还不够完备,它还很不成熟,尚有许多工作有待进行探讨和研究。
玻璃是具有代表性的脆性材料,几乎所有的玻璃都是由于拉应力产生表面裂缝而破碎,它的应力应变几乎是呈线性关系,其破坏强度有非常大的离散性。
点式玻璃幕墙采用钢化玻璃[1],它的强度和安全性能要优于普通玻璃和浮法玻璃。
一般采用4点或6点支承。
由于玻璃要开孔,因此玻
璃孔周边将产生应力集中,这是点式玻璃的薄弱环节。
孔边玻璃应力与支承点构造有关,也与玻璃孔洞加工工艺有关,这些因素的影响往往是不能忽略的。
《规范》只是采用限制孔边距等条件来考虑孔边局部应力的影响[1,2],而设计人员往往对孔边应力集中的程度与危害了解不够,因此对孔边应力集中进行深入研究和探讨是必要的。
点支玻璃的支承装置分活动式和固定式两种,活动式支承头在工程中应用较多,它允许玻璃板在孔边有部分转动,可有效地减缓孔边应力集中,这方面的资料可参考文献[3,4]。
固定式支承头由于限制了板的转动,应力集中现象要严重得多[5]。
虽然固定式支承头在工程中应用不多,但《规范》允许在工程中应用。
本文主要探讨了玻璃面板在固定式支承头支承条件下,孔边的局部应力集中现象及其影响因素,并提出相应的建议。
二、计算模型
(一)计算模型
采用Ansys有限元分析软件进行分析,不考虑玻璃板自重对孔边应力的影响,采用1/4对称的计算模型,模型材料包括玻璃板,金属支承头和缓冲垫层。
模型单元为三维实体单元,每个单元定义了10个节点,每个节点有三个自由度。
本文只考虑玻璃板的应力,因此在处理不同材料的接触面时,支承头与垫层采用粘结方式,而考虑玻璃板与垫层间的接触。
用柔体与柔体的面面接触单元进行模拟,垫层为接触面,采用conta174单元,玻璃板为目标面,单元为targe170。
通过实常数和单元关键字来控制接触行为,接触算法采用程序默认的扩张的拉格朗日法,每运算一个荷载子步,系统自动调整接触刚度;为简化计算,接触表面采用no-separation方式,即一旦接触就不分开但允许有相对滑动,摩擦系数取为0.2;其余计算参数采用系统默认数值。
在玻璃板的两侧面施加正对称约束,在连接件底部施加固定约束,在玻璃表面施加风荷载2.0kN/m2,不考虑连接件对玻璃板的预紧力作用。
(二)计算参数
本文主要分析了孔径、孔心边距、玻璃厚度、玻璃尺寸、金属支承头的尺寸(主要是金属压板的尺寸)、垫层的厚度及物理力学性能等因素对孔边应力的影响。
支承头的尺寸参数见图1,垫层的几何尺寸由玻璃板和连接件的尺寸相应确定。
模型中各部分的基本参数如下:玻璃板:尺寸a×b=2.0×2.0m,厚度t=10mm,孔径d=36mm,孔心边距dis=120mm,弹性模量E=0.72×105N/m2泊松比v=0.2;支承头:金属压板厚度t1=5mm,压板直径d2=50mm,弹性模量E=2.06×105N/mm2,泊松比v=0.3;垫层:厚度t2=2mm,弹性模量
E=0.10×105N/mm2,泊松比v=0.4。
以上述数据为基本,通过某些参数的变化来研究其对孔边应力的影响。
三、计算结果及分析
由于玻璃为脆性材料,一般采用最大主应力原则来判断玻璃材料的破坏状态。
因此,在本文分析中,只察看玻璃板的最大主应力。
下述的大量算例表明,远离孔的区域主应力很小,而孔附近的应力集中现象很明显。
(一)孔径和玻璃厚度的影响
图2是在相同的孔心边距情况下,孔边应力随孔径和玻璃厚度的变化情况。
分析结果表明,应力集中程度随孔径的增大而减缓;当玻璃厚度超过12mm后,孔径对应力集中的影响不明显。
从图中可以看出,玻璃厚度不宜小于10mm,孔径宜取大,但孔径的增大意味着连接件的增大,这必然会带来成本的上升。
(二)孔心边距(孔边距)的影响
图3是在不同的玻璃尺寸情况下,孔边应力随孔心边距的变化情况。
从图中可以看出,随着孔心边距的增大,孔边应力逐渐减小,且变化梯度也在减小,当孔心边距大于100mm时,可以认为孔边应力减缓的趋势不太明显;随着玻璃尺寸的增大,孔边应力有明显的增大。
图4为不同的孔径及相应的孔边距引起的孔边应力与玻璃边缘应力。
孔边距对孔边应力的影响可通过孔心边距的影响来体现,但孔边距的大小对靠近孔的玻璃边缘的应力影响较大,见图4(b)。
并且由于外围玻璃板的反翘作用,增大孔边距对玻璃板的大面应力是有利的。
在实际工程中,由于玻璃自重会产生对玻璃孔的挤压作用,若孔边距较小,在玻璃自重等剪切荷载作用下,虽然玻璃板被剪断的可能性不大,但应力集中肯定会加剧。
有资料要求孔边距不小于70mm[2],从分析中看,是比较合理的。
笔者建议,在使用固定支承头时,玻璃尺寸不应太大,宜控制在2m以下,同时孔心边距宜不小于100mm。
(三)玻璃长宽比的影响
图5为不同玻璃宽度和长宽比对孔边应力的影响,玻璃板的长宽比对最大主应力影响较大,基本上呈线性关系,随着玻璃宽度的增大,其影响增大。
一般来讲,玻璃的长宽比不宜超过2。
(四)金属压板尺寸的影响
如图6,随着压板尺寸的增大,孔边应力逐渐较小,最大主应力发生的位置由玻璃孔边缘变化到与压板边缘接触的玻璃板面,但当压板尺寸超过一定尺寸后,加大压板尺寸并不能明显减少孔边的应力集中。
压板半径一般要比支承头内轴半径大12~15mm。
(五)垫层厚度及弹性模量的影响
目前垫层材料以塑料材料为主,拉伸模量在200~35000N/mm2范围内,泊松比在0.38~0.49之间,常用垫层厚度为1.2~9mm[6]。
垫层厚度对孔边应力的影响见图7。
垫层厚度取1mm左右时,孔边应力出现最小值,垫层厚度小于1mm,孔边应力有急剧的增大。
当垫层厚度大于1mm时,从(a)中发现,随着垫层厚度的增大,孔边应力增大,这是因为在金属压板尺寸相同的情况下,垫层厚度的增大意味着压板超出玻璃孔边的尺寸减小,从而导致应力的增大;(b)图中,在保证金属压板超出玻璃孔边的尺寸不变的情况下,垫层厚度对孔边应力的影响很小。
因此,垫层不宜取得太厚,但考虑建筑和施工方便等因素,垫层厚度也不能太小,一般在2mm左右。
垫层弹性模量对孔边应力的影响见图8。
弹性模量在1000~3000 N/mm2之间时,孔边应力取到最小值,因此实际应用中应在此范围取值;随后随着弹性模量的增大和减小,孔边应力都在增加,但总体来说,工程应用中应选用弹性模量较小的垫层材料。
四、小结
点式玻璃板受力弯曲后边缘翘曲,板面转动,固定式支承头不能随之转动,使玻璃板受到较强的约束,应力集中程度严重。
通过以上的分析,可得出:
(一)对固定式支承头点式玻璃,孔边应力集中严重,一般都超过钢化玻璃的设计强度。
在分析中没有考虑在形成玻璃孔过程中产生的微裂纹等缺陷,因此实际情况可能更严重。
(二)玻璃板的尺寸及长宽比对玻璃板最大主应力影响较大,因此使用固定式支承头时,玻璃板尺寸不应太大,且长宽比不宜超过2。
(三)孔心边距、孔径和压板尺寸的增大都能有效地减缓孔边的应力集中,但相应的使支承构件的尺寸增大,经济性变差,因此要综合考虑,选取合适的尺寸。
(四)垫层的厚度及弹性模量对孔边的应力也有影响,但影响不大。
(五)本文的分析模型是浮头式支承头,对于沉头式支承头,由于支承头与玻璃板接触面积小,应力集中现象会更明显。
综上,由于固定式支承头导致玻璃受力不合理,因此它在工程中应用不多,主要应用在荷载效应较小和幕墙分格尺寸不太大的情况。
实际上,固定式支承头是早期点式幕墙中应用较多的支承装置,随着对点式玻璃幕墙的了解,现在工程中大都采用活动式支承头,相对于固定式支承头,其构造、生产并不复杂,而受力性能却优越的多,因此活动式支承头必将完全取代固定式支承头。
从这种意义上讲,相应规范可以不再将固定式支承头列入点式玻璃幕墙所用的支承构件中。
本文虽然是以固定式支承头为例来分析点式玻璃板的应力集中情况,但影响玻璃孔边应力集中的因素及其中的某些结论对活动式支承头点式玻璃板也是适用的。
参考文献
[1]点支式玻璃幕墙工程技术规程 CECS 127:2001
[2]玻璃幕墙工程技术规程 JGJ 102-2003北京:中国建筑工业出版社2003
[3]杨威,王元清等。
孔边应力状态对点式支承玻璃板承载性能的影响分析。
建筑结构2001,36(6)
[4]杨威,王元清等。
玻璃建筑中带孔点式支承玻璃承载性能研究。
工业建筑 2000,30(10)
[5]Andreas Klinkenberg. Untersuchungen zur statisch optimalen Halterposition bei punktge-stutzten Glastafeln. Stahlbau 1998(4)。