大跨度刚性玻璃幕墙结构设计分析

安徽建筑中图分类号：TU758文献标识码：A
文章编号：1007-7359（2023）1-0058-02
DOI:10.16330/ki.1007-7359.2023.1.024
1引言
随着中国幕墙产业的多元化发展，
刚性玻璃幕墙也应运而生[1]。

所谓刚性
玻璃幕墙是由刚性玻璃门窗肋和刚性玻
璃门窗面所组成的全刚性门窗幕墙[2]。

根据连接形式的不同，刚性幕墙结构大
致分为两种形式，刚性玻璃肋肋相连的
全玻幕墙结构和刚性玻璃肋点相连的全
刚性幕墙结构。

由于刚性幕墙建筑具有
的结构形式简洁、视觉通透漂亮、成本低
等优点，被大量运用于公共建筑以及有
良好采光条件的机场、博物馆等面积较
大的场所[3]。

规范规定“对宽度大于8m的刚性
门窗肋应进行稳定验算，高度大于12m
的刚性门窗肋宜做平面外固定试验，在
必要时宜采用防侧向失稳的结构保护。

”
不过，对于稳定性的计算方法，由于标准
中缺乏具体的规范，实际操作中也存在
着一定的问题。

现在，国内不少设计师
按照欧美标准完成相应计算，但是因为
对规范理解不够深入等因素，且一些规
定要求不符合实际情况，给刚性幕墙结
构设计的安全性带来了很多隐患[4]。

基于刚性玻璃幕墙的结构构造型式
不同，对刚性肋的计算结果形式也有所
不同。

规范中明文规定，关于刚性玻璃
幕墙“点支承刚性幕墙的支承构造设计
宜独立进行，刚性面不能兼做支承构成
的部分”。

关于刚性肋肋接的刚性幕墙
“面面刚性透过胶缝与刚性肋相连时，面
板可用做支承于刚性肋的单面简支板设
计”。

而规范[5]中，关于刚性肋稳定性统
计方式的划分也与此规范相同，将刚性
肋的支承型式细分成三种类型：没有侧
面支承的刚性肋、有连续性侧面支承的
刚性肋、有不连续性侧面支承的刚性肋。

点接的刚性肋幕墙则属第一种形体，通
高的肋接刚性肋幕墙则属第二种形体，
而复杂支承型式的刚性肋幕墙则属第三
种形体。

2无侧向支承的刚性幕墙稳定性
分析
这些型式的大跨越刚性幕墙结构的
共同特点是窗户构造在立面上有分格，
窗户构造使用点支承连接在肋刚性上
面，窗户构造和肋刚性相互之间使用刚
性密封胶(图1)或使用结构胶(图2)
连接。

图1密封胶示意图
在规范标准中，规定此类的刚性精
装饰刚性表面并不能为肋刚性带来横向
支撑，其整体的稳定性及临界最大弯矩
Mcr公式如下：
M cr=
1-g（1）
式中：Mcr为临界侧向屈曲弯矩(N·
mm)；g
2
、g3为从附表中查屈曲常值；L ay
为稳定性计算结果中的计算时间；(EI)y
为刚性肋绕弱轴方位的抗弯刚度(N·
mm2)；GJ为刚性肋的抗扭刚度(N/
mm2)；y
h
为荷载作用点到刚性肋中性轴
的间距(mm)，y h=d/2；E为刚性面面的弹
性模量，取为72000N/mm2；g为刚性面
面的剪切模量，取为30000N/mm2；b为
刚性肋直径的厚薄(mm)。

根据刚性等
效厚薄推算，d为刚性肋直径的高程
(mm)；I
y
为刚性肋绕弱轴方位惯性矩，I y
=db3/12(mm4)；J是指刚性肋的最大抗
扭反惯矩，J=bb3/3(1-0.63d/b)(mm)4。

刚性肋的最高扭矩是Mmax。

M max<M cr1.14（2）
图2结构胶示意图
关于g2、g3的取值方式，本文只根据
目前最常用的图2、图3二种形态加以解
释。

如图2所示，面刚性外壳和肋刚性
之间均采用刚性密封胶联接，面刚性外大跨度刚性玻璃幕墙结构设计分析
郭继业（中建二局第一建筑工程有限公司，北京100000）
摘要：根据刚性幕墙的各种构造特征，将大跨度刚性幕墙分成三种类型。

文章通过对
具体的节点解析，介绍了各种类别的受力模型的计算方法和注意事项，并给出了可有效
改善刚性幕墙稳定性的对策。

关键词：大跨度；刚性玻璃；幕墙结构；设计
作者简介：
郭继业（1972-），男，河南沁阳人，毕业于重庆
大学土木工程专业，本科，二级建造师、高级
工程师。

专业方向：建筑工程技术与现场管
理。

施工技术研究与应用
安徽建筑
壳的负荷均经过驳接件以点负荷的形态输送到肋刚性，g 2、g 3取值于采用承受等间距点荷载形态的肋，为第二种型式，g 2=3.3、g 3=1.3。

根据图2所示，面刚性外壳和肋刚性中间采用结构胶联接，面刚性外壳自身重量负荷由驳接件以点负荷的形态传递给肋刚性，而水平荷载则经由构造胶以线负荷的形态传给肋刚性，g 2、g 3取值于采用承受均布线负荷形态的肋，属第一种类型的铰接件做法，g 2=3.6、g 3=1.4。

由式(1)可知，临界弯矩Mcr 与刚性肋的计算结果长宽Lay 以及刚性肋的最大直径标准d ，与刚性肋的断面厚薄b 均有关联。

确定在计算长宽为一定的情形下,临界弯矩Mcr 与最大直径标准d 成反比率，即Mcr 与断面厚薄b 的三次方成反比率。

此外，由于SGP 胶片的问世，已经逐步运用于大跨度刚性肋中。

PVB 胶片的刚性等效平均厚薄为b =
t 2
1
+t 22
3
，而SGP 胶片的刚性等效平均
厚薄则为b ≈t 1+t 2。

所以，夹胶的种类对提高总体安全稳定性负面影响很大，要
综合考虑现实情况选择合适的胶片。

3连续侧向支承的刚性幕墙设计
与稳定性分析
大跨越刚性幕墙建筑物构件的共同
特点是面刚性构造通高布置，面刚性构造和肋刚性相互之间通过结构胶层连接，可以认为对面刚性构造和肋刚性相互之间实现了连续性的侧向支承。

针对大跨度刚性幕墙，按照规范要求[5]吊挂，肋刚性的自重对其总体稳定性起到有利的影响，而忽略了自重对稳定性的影响。

其总体稳定性与临界扭矩的Mcr 方程见式(3)。

（3）
式中：y 0为侧向约束到刚性肋中性轴线的长度(mm)；y h 为荷载作用点到刚性肋中立轴的长度(mm)。

当为风吸力时,y h =y 0=d/2。

当为风压力时,y h =-d/2,
而y 0=d/2。

因此,风吸力时的Mcr 值远低于风气压时的Mcr 值，这和现实情况一致。

同时由于面刚性的存在，也影响了窗户肋一边的平面向外移，从而在门窗肋的一侧出现了侧向支座[6]。

而针对风压，该侧撑也会支撑在承重区，但是由于窗户肋的支撑区有连续的支撑，所以在这时并不会出现安全问题。

而针对风吸力，侧面的撑支在被风拉区，因此，也有可能损坏。

刚性肋的最高扭矩为Mmax,如果符合上述公式定义(2)，则刚性肋的总体安全稳定性也符合设计规定。

由式(3)可得,临界弯曲矩Mcr 与刚性肋径向厚度范围b 的3次方成反比例关系，其负面影响也很大。

Mcr 与刚性肋截面高度d 的成正比关系，但作用并不大。

4不连续侧向支承的刚性幕墙设
计与稳定性分析
大跨越刚性幕墙结构特点是面刚性
构造在立面上有分格，而面刚性构造通过节点支承或构造胶联接在肋刚性构造上。

肋刚性利用拉索和拉杆连在同一主体构造上，并从横纵位置都布设了肋刚性。

根据这个受力状况，可以认为刚性肋之间布的并不连贯。

玻璃肋上的主要支撑结构，包括拉杆、拉索、交叉等机械肋结构，都能够有效限制机械肋的屈曲能力，即这种支撑结构需要有效约束，并联连接到主体结构上，才能够发挥在机械肋上布置侧向支撑结构的作用[7～8]。

其整体稳定性临界扭矩的Mcr 公式见式(4)。

Mcr =
（4）
式中：g 1是屈曲常数。

刚性肋的最高弯曲矩为Mmax ，如果符合式中(2)，则刚性肋的总体稳定能力也符合设计规定。

此屈曲常数g 1值与
桥端部的较大弯曲矩有关联，若按照附表(此处不详尽列举)的描述,当端部弯曲矩相同时，g 1值极小，对总体稳定性计算结果最不利于影响，此时g 1=3.1。

且从式(4)中即可得到，为Mcr-bd 3值，与其他二种主要受力类型相同。

5结语
针对施工实践，通过分析承重设计
模式，大跨度全刚性玻璃幕墙设计工程的承重设计模式大致可以分成三种。

按照我国标准的技术规范提出了适应要求的公式；再综合国内外应用实际确定了对应的系数；最后得出各种强度模具的最高临界屈曲与最高扭矩都相同，和一般玻璃肋支撑的最高扭矩也相等或相当。

从大跨越刚性幕墙结构的总体安全稳定性分析结果，由以上的受力分析可得出，根据三种强度模型计算，大跨越刚性幕墙结构的最大临界屈曲为弯矩Mcr-bd3。

临界屈曲最高扭矩Mcr 与刚性肋直径高程d 成反比,对总体安全稳定性计算结果的负面影响并不少。

而临界屈曲最高扭矩Mcr 与刚性肋断面厚度b3成正比，对总体安全稳定性计算结果的负面影响也很大。

但经过对PVB 胶片与SGP 胶片的比较，SGP 胶片的使用对总体安全稳定性计算结果负面影响很大，根据工程设计实践,选用了适当的胶片。

参考文献
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施工技术研究与应用。