結(jié)構(gòu)膠的計(jì)算及規(guī)范

     隱框玻璃幕墻設(shè)計(jì)時(shí)一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是計(jì)算確定硅酮結(jié)構(gòu)膠的寬度和厚度 。膠體寬度和長(zhǎng)度主要用作抵抗玻璃面板傳遞來的平面外風(fēng)荷載 、地震作用和重力荷載 。硅酮結(jié)構(gòu)膠的厚度主要用來消化主體結(jié)構(gòu)層間變形對(duì)隱框玻璃幕墻的不利影響。

    國(guó)內(nèi)外和結(jié)構(gòu)膠厚度計(jì)算相關(guān)的幾本規(guī)范有：

JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》

ASTM C 1401-02《結(jié)構(gòu)密封膠裝配指南》

ETAG002《結(jié)構(gòu)密封膠裝配體系(SSGS)歐 洲技術(shù)認(rèn)證指南》

   三本規(guī)范中，粘結(jié)寬度(structural bite)按照通過梯形荷載法則由板片尺寸及結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)值計(jì)算已經(jīng)是一種共識(shí)，而對(duì)于粘結(jié)厚度(glueline thickness)的計(jì)算，三個(gè)規(guī)范則有所不同。三個(gè)規(guī)范計(jì)算的方法基礎(chǔ)都是由玻璃板片與鋁合金附框的相對(duì)位移來計(jì)算結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)厚度，但是在相對(duì)位移的計(jì)算方法上，三種方法完全不同，所以計(jì)算結(jié)果也不同。這里列舉下成都硅寶康子建，周文亮之前發(fā)表的文章中分別列舉的例子：

如何理解各規(guī)范?

1.結(jié)構(gòu)膠太厚和太薄對(duì)于受力有什么影響？

      對(duì)大多數(shù)膠粘劑材料來說，建筑幕墻結(jié)構(gòu)膠的尺寸、體積同其結(jié)構(gòu)膠內(nèi)部微孔與裂縫等缺陷存 在的概率之間成正比例關(guān)系，即建筑幕墻結(jié)構(gòu)膠的尺寸、體積越大，微孔與裂縫等缺陷越多。但結(jié)構(gòu)膠厚度也不是越小越好，在結(jié)構(gòu)膠厚度小于一定值的條件下，拉伸剪切強(qiáng)度因其厚度值太小而有所下降，易出現(xiàn)因缺膠而導(dǎo)致膠層界面較弱與應(yīng)力聚集 問題。

2. 按JGJ 102—2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中對(duì)于結(jié)構(gòu)膠厚度計(jì)算的常見問題

     可以看到的是，如果按照J(rèn)GJ 102—2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中的方法來進(jìn)行結(jié)構(gòu)膠的計(jì)算和施工，由于風(fēng)荷載作用下建筑主體結(jié)構(gòu)的樓層彈性層間位移變形較大，所以計(jì)算得的結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)厚度結(jié)果一般都偏大。為了解決這個(gè)矛盾，一些幕墻設(shè)計(jì)軟件把硅酮結(jié)構(gòu)膠的變位承受能力默認(rèn)為12～14％，相對(duì)于現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外硅酮結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品，即使這已經(jīng)是一個(gè)偏大的值，在遇到一些較大板片的時(shí)候，仍然可能出現(xiàn)最終計(jì)算結(jié)果超過12mm的 最大允許厚度的情況，這是迄今沒有解決的矛盾。

3. 對(duì)于JGJ 102—2003的討論。

     建科院劉軍進(jìn)等的文章中對(duì)該公式進(jìn)行了分析 ，可發(fā)現(xiàn)公式中存在一定的不合理：

1）在主體結(jié)構(gòu)層間側(cè)移發(fā)生時(shí) ，玻璃面板和隱框玻璃幕墻支承框之間會(huì)產(chǎn)生相對(duì)變形 ，由于膠體沿厚度方向無拉應(yīng)力存在 ，該變形宜理解為剪切變形 ，因此 ，采用限制膠體厚度方向剪切應(yīng)變值的控制方法比限制膠體厚度方向斜向拉伸應(yīng)變更為合理 ；

2）計(jì)算中“膠體剪切變形等于玻璃面板高度范圍內(nèi)的主體結(jié)構(gòu)層間位移”的假定是不合理的 。因?yàn)橹黧w結(jié)構(gòu)發(fā)生層間側(cè)移時(shí) ，主體結(jié)構(gòu)與玻璃面板之間的相對(duì)變形由３個(gè)方面分擔(dān)吸收 ：

  ① 幕墻橫梁立柱與主體結(jié)構(gòu)之間通過螺栓連接的轉(zhuǎn)動(dòng)吸收變形 ；

  ② 隱框玻璃幕墻副框與幕墻橫梁立柱之間有一定的相對(duì)變形 ；

  ③ 玻璃面板與副框之間通過硅酮結(jié)構(gòu)膠吸收部分變形 。

     上述變形中上面方面由于無法精確計(jì)算 ，留作安全余量 ，暫不予以考慮 。對(duì)于第3方面 ，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)在風(fēng)或地震作用下發(fā)生層間剪切變形時(shí) ，一旦主體結(jié)構(gòu)與幕墻面板產(chǎn)生相對(duì)變形 ，硅酮結(jié)構(gòu)膠中的剪切應(yīng)力會(huì)帶動(dòng)玻璃面板發(fā)生同向轉(zhuǎn)動(dòng) ，該轉(zhuǎn)動(dòng)使得結(jié)構(gòu)膠承擔(dān)的剪切變形要小于主體結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移 。因此 ，公式中硅酮結(jié)構(gòu)膠的剪切變形值應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)層間位移的基礎(chǔ)上進(jìn)行折減 。

     根據(jù)試驗(yàn)結(jié)論，及有限元的分析，二者結(jié)構(gòu)膠承擔(dān)的剪切變形僅為主體結(jié)構(gòu)側(cè)向位移的 ２0％ 左右 。換句話講，結(jié)構(gòu)膠受外力加載條件下產(chǎn)生的變形是建筑幕墻結(jié)構(gòu)變形位移量的20％左右。

     通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，還有其它幾個(gè)結(jié)論：

1. 硅酮結(jié)構(gòu)膠剪切位移折減系數(shù)僅與玻璃面板的高寬比 、主體結(jié)構(gòu)層間位移角相關(guān) ，該值通常在 0.05～0.49之間 。但為避免放松過度 ，如果要進(jìn)行這劍計(jì)算，在現(xiàn)階段建議硅酮結(jié)構(gòu)膠剪切位移折減系數(shù) η偏安全地取0.5。

2. 根據(jù)中國(guó)硅酮結(jié)構(gòu)膠廠家數(shù)據(jù) ，硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸變位性能指標(biāo) δ 值通常位于7~12%之間 。因此當(dāng)硅酮結(jié)構(gòu)膠厚度計(jì)算值大于最小構(gòu)造厚度 6mm 時(shí) ，修正公式確定的硅酮結(jié)構(gòu)膠厚度計(jì)算值會(huì)比 JGJ102 計(jì)算值有所減小 ，減少幅度為9~30%。修正公式有利于減少硅酮結(jié)構(gòu)膠材料用量 ，對(duì)于大型玻璃幕墻板塊采用隱框玻璃幕墻設(shè)計(jì)也更容易在實(shí)際工程中加以實(shí)現(xiàn)。但是，具體問題還是應(yīng)當(dāng)具體分析，上文內(nèi)容，僅作為設(shè)計(jì)方法的一些討論，工程還應(yīng)當(dāng)以規(guī)范為依據(jù)。

· END ·