結(jié)構(gòu)膠的計算及規(guī)范

     隱框玻璃幕墻設計時一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)是計算確定硅酮結(jié)構(gòu)膠的寬度和厚度 。膠體寬度和長度主要用作抵抗玻璃面板傳遞來的平面外風荷載 、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)層間變形對隱框玻璃幕墻的不利影響。

    國內(nèi)外和結(jié)構(gòu)膠厚度計算相關(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)膠強度設計值計算已經(jīng)是一種共識，而對于粘結(jié)厚度(glueline thickness)的計算，三個規(guī)范則有所不同。三個規(guī)范計算的方法基礎都是由玻璃板片與鋁合金附框的相對位移來計算結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)厚度，但是在相對位移的計算方法上，三種方法完全不同，所以計算結(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)膠太厚和太薄對于受力有什么影響？

      對大多數(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，拉伸剪切強度因其厚度值太小而有所下降，易出現(xiàn)因缺膠而導致膠層界面較弱與應力聚集 問題。

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

     可以看到的是，如果按照JGJ 102—2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中的方法來進行結(jié)構(gòu)膠的計算和施工，由于風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。為了解決這個矛盾，一些幕墻設計軟件把硅酮結(jié)構(gòu)膠的變位承受能力默認為12～14％，相對于現(xiàn)有的國內(nèi)外硅酮結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品，即使這已經(jīng)是一個偏大的值，在遇到一些較大板片的時候，仍然可能出現(xiàn)最終計算結(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. 對于JGJ 102—2003的討論。

     建科院劉軍進等的文章中對該公式進行了分析 ，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 ，玻璃面板和隱框玻璃幕墻支承框之間會產(chǎn)生相對變形 ，由于膠體沿厚度方向無拉應力存在 ，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變值的控制方法比限制膠體厚度方向斜向拉伸應變更為合理 ；

2）計算中“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 。因為主體結(jié)構(gòu)發(fā)生層間側(cè)移時 ，主體結(jié)構(gòu)與玻璃面板之間的相對變形由３個方面分擔吸收 ：

  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算 ，留作安全余量 ，暫不予以考慮 。對于第3方面 ，當主體結(jié)構(gòu)在風或地震作用下發(fā)生層間剪切變形時 ，一旦主體結(jié)構(gòu)與幕墻面板產(chǎn)生相對變形 ，硅酮結(jié)構(gòu)膠中的剪切應力會帶動玻璃面板發(fā)生同向轉(zhuǎn)動 ，該轉(zhuǎn)動使得結(jié)構(gòu)膠承擔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)膠的剪切變形值應在主體結(jié)構(gòu)層間位移的基礎上進行折減 。

     根據(jù)試驗結(jié)論，及有限元的分析，二者結(jié)構(gòu)膠承擔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。

     通過實驗和理論計算，還有其它幾個結(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 ，如果要進行這劍計算，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 δ 值通常位于7~12%之間 。因此當硅酮結(jié)構(gòu)膠厚度計算值大于最小構(gòu)造厚度 6mm 時 ，修正公式確定的硅酮結(jié)構(gòu)膠厚度計算值會比 JGJ102 計算值有所減小 ，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 ，對于大型玻璃幕墻板塊采用隱框玻璃幕墻設計也更容易在實際工程中加以實現(xiàn)。但是，具體問題還是應當具體分析，上文內(nèi)容，僅作為設計方法的一些討論，工程還應當以規(guī)范為依據(jù)。

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