非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙结构的制作方法

本实用新型属于全玻璃幕墙领域，具体涉及非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙结构。

背景技术：

建筑玻璃以通透、纯净的质感以及强度高、耐久性好的特性为建筑师所推崇。全玻璃幕墙最大限度发挥了这种通透的特性，使得室内、外空间不仅起到有效隔离的作用，而视野景观又融为一体，具有刚度大，变形小，对主体结构要求小的显著优点，可以适应大跨度空间结构，在酒店大堂、大型商业中心、体育馆、机场等公建中得到了广泛应用。

点支承全玻璃幕墙结构不受跨度限制，最大幕墙高度已超过28m。大跨度夹层玻璃肋驳接系统开孔多，孔壁有叠差，系统构造设计必须充分考虑玻璃的物理特性及结构受力特点。玻璃原子排列为非结晶的整齐物质，规则性低，为典型的脆性材料，应力、应变呈线性关系，几乎没有塑性发展能力，在驳接件连接接触点会产生很高的应力峰值，使玻璃肋极易发生爆裂破坏，引发安全风险。实际工程中要充分利用玻璃抗压强度高，抗拉强度低的特性，如何降低连接点位置孔壁局部应力是系统构造设计的技术核心。

常规点支承玻璃肋不仅承受面板传来的水平风荷载，还要承受玻璃面板的自重，由于面板的偏心作用，还要承担一定的附加弯矩，最大应力点几乎全部集中在夹具孔壁位置，玻璃肋极易发生破坏，安全度低，如果玻璃肋发生自爆、破损需要更换，需要将玻璃肋两侧所有玻璃面板拆卸，操作不便。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本实用新型提供非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙结构，消除了常态下玻璃肋受力，减少了风荷载作用下的孔壁应力，没有附加弯矩的不利影响，传力途径明确，大大提高了玻璃肋的承载能力和安全性。

本实用新型通过以下技术方案实现。

非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙结构，包括玻璃，两两玻璃之间通过驳接件连接，所述的驳接件的后端设置玻璃肋，所述的玻璃肋位于两两玻璃的正中间，其特征在于，在驳接件内设置垂直于玻璃的不锈钢索，所述的不锈钢索承担玻璃自重，所述的不锈钢索与驳接件固定连接。驳接件内设置垂直的不锈钢索承担玻璃面板自重，玻璃肋仅需承担面板传递的水平荷载及自身重量，消除了附加弯矩的不利影响，避免了常态下玻璃肋受力，大大减少了风荷载作用下的孔壁应力，传力明确，提高了玻璃肋的承载能力。同时如果玻璃肋发生自爆、破损需要更换，直接更换就可。

作为优选，两两玻璃的接缝之间打透明硅酮密封胶，所述的不锈钢索位于驳接件的后端，所述的驳接件的后端设置有夹块，夹块分为两个部分，所述的两个部分上开设半圆形孔，所述的不锈钢索塞入两个半圆形孔后用固定螺栓拧紧，所述的驳接件的后端还一体连接不锈钢夹具，所述的玻璃肋上开设有孔，所述的不锈钢夹具与孔之间通过不锈钢螺栓固定连接。

作为优选，两两玻璃的接缝之间打透明硅酮密封胶，所述的驳接件是通过中间的调节螺栓拧紧玻璃的，所述的不锈钢索与驳接件的调节螺栓固定连接，通过在调节螺栓上打孔，并将不锈钢索塞入后，用小螺丝拧紧卡住，不锈钢索穿过透明硅酮密封胶，所述的驳接件的后端还一体连接不锈钢夹具，所述的玻璃肋上开设有孔，所述的不锈钢夹具与孔之间通过不锈钢螺栓固定连接。

作为优选，所述的驳接件是通过中间的调节螺栓拧紧玻璃的，所述的不锈钢索与驳接件的调节螺栓固定连接，通过在调节螺栓上打孔，并将不锈钢索塞入后，用小螺丝拧紧卡住，所述的驳接件与玻璃肋不连接，玻璃与玻璃肋之间通过透明结构胶传递水平力，所述的透明结构胶从，两两玻璃的接缝之间一直延伸至玻璃肋的一端，使玻璃由四点支承的受力形式变为两侧简支形式。

作为优选，所述的不锈钢索设置在调节螺栓位置时，需沿不锈钢索通长设置薄壁不锈钢套管，使不锈钢索与透明硅酮密封胶或透明结构胶隔离。

作为优选，所述的不锈钢索为不锈钢绞线或不锈钢拉杆。

与现有技术相比：非承重玻璃肋点支承幕墙系统消除了常态下玻璃肋受力，减少了风荷载作用下的孔壁应力，没有附加弯矩的不利影响，传力途径明确，大大提高了玻璃肋的承载能力和安全性。

附图说明

图1为本实用新型的玻璃点支承明索形式构造示意图。

图2为本实用新型的玻璃点支承隐索形式构造示意图。

图3为本实用新型的玻璃肋支承隐索形式构造示意图。

图4为本实用新型的承重索受力示意图。

图5为本实用新型的驳接件夹块的俯视图。

具体实施方式

非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙结构，包括玻璃1，两两玻璃1之间通过驳接件3连接，所述的驳接件3的后端设置玻璃肋2，所述的玻璃肋2位于两两玻璃1的正中间，在驳接件3内设置垂直于玻璃1的不锈钢索4，所述的不锈钢索4承担玻璃1自重，所述的不锈钢索4与驳接件3固定连接，两两玻璃1的接缝之间打透明硅酮密封胶5，所述的不锈钢索4位于驳接件3的后端，所述的驳接件3的后端设置有夹块，夹块分为两个部分，所述的两个部分上开设半圆形孔，所述的不锈钢索4塞入两个半圆形孔后用固定螺栓41拧紧，所述的驳接件3的后端还一体连接不锈钢夹具7，所述的玻璃肋2上开设有孔，所述的不锈钢夹具7与孔之间通过不锈钢螺栓6固定连接，两两玻璃1的接缝之间打透明硅酮密封胶5，所述的驳接件3是通过中间的调节螺栓拧紧玻璃1的，所述的不锈钢索4与驳接件3的调节螺栓固定连接，通过在调节螺栓上打孔，并将不锈钢索4塞入后，用小螺丝拧紧卡住，不锈钢索4穿过透明硅酮密封胶5，所述的驳接件3的后端还一体连接不锈钢夹具7，所述的玻璃肋2上开设有孔，所述的不锈钢夹具7与孔之间通过不锈钢螺栓6固定连接，所述的驳接件3是通过中间的调节螺栓拧紧玻璃1的，所述的不锈钢索4与驳接件3的调节螺栓固定连接，通过在调节螺栓上打孔，并将不锈钢索4塞入后，用小螺丝拧紧卡住，所述的驳接件3与玻璃肋2不连接，玻璃1与玻璃肋2之间通过透明结构胶8传递水平力，所述的透明结构胶8从，两两玻璃1的接缝之间一直延伸至玻璃肋2的一端，使玻璃1由四点支承的受力形式变为两侧简支形式，所述的不锈钢索4设置在调节螺栓位置时，需沿不锈钢索4通长设置薄壁不锈钢套管，使不锈钢索4与透明硅酮密封胶5或透明结构胶8隔离。

非承重玻璃肋点支承幕墙是全玻璃幕墙的一种，其具体系统构造是通过在驳接件3上设置垂直的不锈钢索4承担玻璃1面板自重，驳接件3与玻璃肋2的连接构造可设计为单铰孔，玻璃肋2仅需承担玻璃1传递的水平荷载及自身重量，消除了附加弯矩的不利影响，避免了常态下玻璃肋受力，大大减少了风荷载作用下的孔壁应力，传力明确，提高了玻璃肋的承载能力。

同时如果玻璃肋发生自爆、破损需要更换，不需要像普通点支承玻璃肋幕墙一样将玻璃肋两侧所有玻璃面板拆卸，而是直接替换掉玻璃肋即可，使用维护更加安全方便。

非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙根据面板受力方式和承重索位置不同可以分为三类：（1）玻璃点支承明索形式；（2）玻璃点支承隐索形式；（3）玻璃肋支承隐索形式。

（1）玻璃点支承明索形式，不锈钢索4位于驳接件3的后端，所述的驳接件3的后端设置有夹块，夹块分为两个部分，所述的两个部分上开设半圆形孔，所述的不锈钢索4塞入两个半圆形孔后用固定螺栓41拧紧，不锈钢索4承担玻璃面板自重，玻璃1水平力通过不锈钢驳接件3传递到玻璃肋2上，玻璃1面板接缝之间打透明硅酮密封胶5，玻璃1和玻璃肋2之间不打胶，玻璃面板点支承受力，优点是承重索预应力检测方便，玻璃面板胶缝小。

（2）玻璃点支承隐索形式，不锈钢索4设置在玻璃1之间的胶缝内，与调节螺栓固定连接，通过在调节螺栓上打孔，并将不锈钢索4塞入后，用小螺丝拧紧卡住，形成隐形拉索，不锈钢索4承担玻璃1自重，玻璃1水平力通过不锈钢驳接件3传递到玻璃肋2上，玻璃面板接缝之间打透明硅酮密封胶，面板和肋之间不打胶，玻璃面板点支承受力。优点是承重索隐藏在玻璃胶缝内，与面板中心基本重合，视觉效果更加简洁。

（3）玻璃肋支承隐索形式，不锈钢索4设置在玻璃1之间的胶缝内，形成隐形拉索，不锈钢索4承担玻璃面板自重，不锈钢驳接件3与玻璃肋2可以不连接，玻璃1与玻璃肋2之间通过透明结构胶传递水平力，使玻璃1由四点支承的受力形式变为两侧简支形式。优点是完工后承重索隐藏在玻璃胶缝内，与面板中心基本重合，可以大大减少玻璃面板的应力和厚度；玻璃肋不需要开孔，所受水平力也呈线荷载均匀分布，不会出现局部应力集中。玻璃夹具仅仅是承受面板自重，不传递风荷载，可以设计的更加精小，甚至可以设计成隐藏式，完工后看不见面板的连接点，使建筑效立面果更加简洁通透。

玻璃1可采用超白钢化玻璃、超白钢化中空玻璃或超白钢化夹层玻璃。玻璃面板肋支承隐索形式由于面板为对边简支形式，没有集中应力，玻璃面板也可选用半钢化夹层玻璃或普通浮法夹层玻璃，杜绝自爆隐患。

玻璃肋2一般采用超白钢化夹层玻璃，夹胶片常规采用PVB胶片和SGP胶片；SGP胶片剪切模量大，强度高，变形小，提高了玻璃肋侧向刚度，使玻璃肋稳定性大幅提高，是胶片的首选。由于驳接件开孔位置集中应力较高，对玻璃强度要求严格，不得采用普通浮法夹层玻璃。

不锈钢索4一般可以选择高强低松弛不锈钢绞线、高强不锈钢拉杆。宜选择高强度，低松弛，小截面的形式，以降低温度作用的影响和对视觉阻挡，减少构造尺寸或玻璃缝之间的距离。当不锈钢索4设置在玻璃胶封位置时，需沿索通长设置薄壁不锈钢套管，使拉索与密封胶隔离，避免拉索伸缩变形带动密封胶变位，引起开裂漏水。

根据构造要求承重索仅仅承担玻璃面板自重，为了使玻璃面板的保持整体稳定，在与玻璃肋没有连接时平面内具有一定刚度，同时考虑扫温度变化会引起一定的伸缩变形、松弛和拉力变化，承重索通常需要施加一定的预应力T0，预应力沿拉索长度方向呈等值分布，任何工况下承重索上下两端均处于受拉状态。在工作状态下拉索承受预应力，玻璃面板自重，温度作用，和水平风荷载。实际工程中由于承重索一般截面较小，水平方向变形小，其影响可以不忽略不计。

玻璃面板安装后，面板自重传递到承重索上，承重索受力呈上大下小分布，由于玻璃面板尺寸远小于索长，面板自重可以近似按照均布荷载考虑，索力可简化为近似直线分布，预应力拉索自重影响较小，可以忽略不计。假定玻璃自重线荷载为qg，幕墙面板总高度为l，则一个分格宽度范围内的玻璃面板总重为qgl。考虑到拉索初始预应力T0，承重索上端拉力为T0 +qgl/2；下端拉力为T0-qgl/2；上下端拉力侧差值即为玻璃面板的自重，在水平风荷载作用下由于拉索协同玻璃肋共同变形，会引起索拉力增量△T；在温差作用下Tt会明显引起索力的变化，具体受力示意详见图4所示。

为了保持承重索下端一直处于受拉状态, T0-qgl/2应不小于0,考虑到温度作用影响及预留一定的安全储备,下端最小拉力可取面板自重的一半,即T0-qgl/2= qgl/2，由此可知T0= qgl，则拉索的初始预应力一般可取面板的自重为宜。

由此可知常态下承重索最大拉力在上端，最大拉力为T0 +qgl/2= qgl+qgl/2=1.5 qgl，考虑2倍的安全储备，拉索破断力T≥3qgl。即承重索截面选择时以破断力不小于面板自重的3倍为宜。

水平风荷载对承重索拉力的影响，在正常无风状态下，玻璃肋仅仅承受自身重量；面板在水平风荷载作用下，水平力主要由玻璃肋承担，由于承重索水平变形与玻璃肋一致，也会承担一定的水平力。但由于玻璃肋刚度远远大于承重索的刚度，跨中水平合理变形为最大跨度的1/300—1/400，变形很小，而常规单层单向索设计最大变形控制在1/45—1/50，实际应用中可以忽略承重索对水平力的影响。

以实际案例计算来说明承重索对水平风荷载力的影响程度。

例：某非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙工程，风荷载标准值为Wk=1.2kN/m2,面板分格宽度B=1500mm,分格高度为3000mm，幕墙总高度l=15000mm，面板采用t=10+1.52PVB+10mm的超白钢化夹层玻璃，玻璃肋采用19+1.52PVB+19mm，高度hr=500mm的超白钢化夹层玻璃，玻璃弹性模量Eg=0.72X105Mpa。承重索选用不锈钢绞线，弹性模量E=1.4X105Mpa，构造采用面板点支承明索形式，玻璃面板自重全部由承重索承担，玻璃肋仅抵抗风荷载，分析确定承重索规格，初始预应力T0、风荷载作用下引起的承重索拉力增量△T和承担的水平风荷载q。

玻璃面板自重标准值Gk=B*l*t*rg=1.5*15*0.02*25.6=11.52kN

玻璃面板自重设计值G= rG*Gk=1.35*11.52=15.56kN

拉索最小破断力T≥3G=3*15.56=46.68 kN

根据计算结果承重索选用1*19直径ф8的316（06Cr17Ni12Mo2）不锈钢绞线，截面积A=38.2mm2，最小破断力为47.75 kN。

预应力T0≥G，实际取T0=16 kN。

假定风荷载全部由玻璃肋承担，根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102，玻璃肋在风荷载作用下的变形可按照下式(1)计算：

(1)

代入以上数据得到f=41mm，

，满足规范设计要求。

在风荷载作用下，玻璃面板及拉索最大变形值与玻璃肋变形一致。根据《悬索结构设计》，单索承受水平风荷载时的变形为悬链线状，但由于变形很小，可近似按抛物线来考虑，拉索所承担的水平荷载q可利用单索平衡方程计算。假定拉索初始预应力为T0，变形终态后端部拉力为Ta，初始位移z0，水平力作用下的变位为w,则索的变形协调方程为：

(2)

通过求解，索中最跨中垂度f（最大挠度）与索拉力Ta之间满足以下关系：

(3)

由水平力作用下拉索变形引起的索力增量为：

(4)

考虑初始预应力T0的影响，则终态总索力：

(5)

由(4)、(5)可得：

(6)

由(3)、(6)可得：

(7)

由(7)可得 (8)

其中f=41mm，T0=16kN=16000N

将f、T0代入（8）计算得到拉索承担的风荷载标准值线密度为：q=23.5*10^-3 kN/m。

将q=23.5*10^-3 kN/m =23.5*10^-3N/mm代入式（6），通过迭代求得Ta=16.1kN，则有水平风荷载引起的承重索拉力增量△T=0.1kN，则△T/T0=0.6%。

风荷载标准值Wk=1.2kN/m²，面板玻璃宽度B=1500mm，每个分格宽度的实际风荷载标准值为qk=Wk*B=1.8kN/m，则q/qk=1.3%。

由此可知水平风力引起的索拉力增量占初始预应力的0.6%，拉索承担的风荷载占总水平荷载的1.3%，实际工程应用中完全可以忽略其影响。

4 温差变化对承重索拉力的影响

承重索一般设置在玻璃面板竖缝位置或者室内玻璃面板后，当设置在玻璃缝位置时受室外温度变化影响较大，设置在室内时影响较小。

根据《建筑结构荷载规范》，温度作用应考虑气温变化、太阳辐射等因素，作用在结构上的温度变化用±△t来表示，不同的地区温差变化可根据当地最大温差统计数据，当承重索位于玻璃缝位置时且应考虑夏季太阳辐射下拉索实际升温高于最高气温。不锈钢拉索线膨胀系数一般由厂家通过试验测定，无相应数据时可取aT=1.6*10^-5/⁰C。温度作用力Tt可按照下式计算：

Tt=±△t *aT*E*A (9)

以上述案例直径ф8的拉索来计算在△t=±40⁰C温差作用下拉索拉力的增量：

Tt=±△t*aT*E*A=±40*1.6*10^-5*1.4X10⁵*38.2=±3.422kN。

在面板自重、初始预应力及温度作用下拉索上下端的最大、小拉力为：

Tmax=T0+qgl/2+Tt=16±16/2+3.422=27.422 kN

Tmin=T0-qgl/2-Tt=16-16/2-3.422=4.578 kN

由以上数据得知，在升温40⁰C时，拉索下端仍保持一定的张力，没有发生松弛，在降温40⁰C时，拉索上端最大张力增加了14%，在控制范围内，拉索截面选择比较合适。

假如选择直径ф14的拉索来做承重索，拉索净截面积A=117mm²，初始预应力T0保持不变，同样在△t=±40⁰C温差作用下拉索拉力的增量为：

Tt=±△t *aT*E*A=±40*1.6*10^-5*1.4X10⁵*117=±10.483kN。

在面板自重、初始预应力及温度作用下拉索上下端的最大、小拉力为：

Tmax=T0+qgl/2+Tt=16±16/2+10.483=34.483 kN

Tmin=T0-qgl/2-Tt=16-16/2-10.483=-2.483 kN

由此可知，在升温40⁰C时，拉索下端拉力为负值，发生松弛现象，拉索上端在降温40⁰C时拉力增幅明显，占到了原拉力的44%，对主体结构影响较大。

由此可知，对于承重索结构来说，温度对索力的影响远大于水平风荷载，拉索截面越大，温度作用影响越大，选择截面时不宜随意增大，在实际设计中不容忽视。

5 玻璃肋稳定性分析

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102规定，玻璃肋高度大于8m宜考虑平面外稳定计算，高度大于12m的玻璃肋应进行平面外验算。但是没有给出具体的计算方法。一般采用玻璃肋点支承全玻璃幕墙系统工程的幕墙高度均大于12m，因此必须考虑其平面外稳定性计算。

玻璃肋厚度较薄，高度较大，稳定性分析非常重要，必须进行整体稳定性和局部稳定性计算。目前行业内玻璃肋整体稳定性计算一般参考澳大利亚玻璃幕墙规范的最大稳定弯矩法；局部稳定计算则根据经典板壳力学临界屈曲应力法，即玻璃肋的强度应力应小于最大临界屈曲应力：

(10)

式中：σc表示屈曲应力

k 表示屈曲系数

E 表示玻璃的弹性模量

υ 表示玻璃的泊松比，取0.2

t 表示玻璃肋厚度

B 表示玻璃肋宽度

屈曲系数K需要依据玻璃肋的支撑条件确定，常规玻璃肋上、下两端可看作简支，面板与玻璃肋采用结构胶连接，可看作简支，则可以将玻璃肋看作三边简支，一边自由的支撑条件，屈曲系数K取0.425。

承重索的预应力保证了玻璃面板平面内刚度和自身稳定，而不锈钢驳接件将面板与玻璃肋夹持连成一体，在驳接件夹具连接位置形成了有效的侧向支撑，减少了计算跨度，整体稳定性可以得到保证，一般不再需要单独计算。玻璃肋局部稳定计算分析高度可取上、下两夹具的间距，计算跨度大大减小，局部屈曲应力小于强度应力时即可保证局部稳定。

通过对非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙系统构造和受力状况的分析，提出了承重索的截面计算方法和预应力取值，玻璃肋稳定分析方法，得出以下结论：

（1）非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙由于面板可以分段，具有一定的自身整体刚度；玻璃肋可以通过拼接加长，施工高度不受限制，玻璃肋发生自爆或者破损需要更换时直接替换掉玻璃肋，维修方便。

（2）玻璃面板自重由承重索承担，消除了玻璃肋常态下的局部应力和附加弯矩的不利影响，大减少了风荷载作用下的孔壁应力，传力明确，提高了玻璃肋的承载能力和安全度。

（3）承重索破断力以不小于玻璃面板自重3倍为宜，初始预应力T0取值可取玻璃面板自重。

（4）承重索对水平风荷载影响很小，实际工程应用中可以忽略其影响。

（5）温度作用对索力增量影响较大，设计中应充分考虑，不宜随意增大索截面。

（6）由于玻璃面板平面内刚度很大，而不锈钢夹具将面板与玻璃肋夹持连成一体，在夹具位置形成了有效的侧向支撑，减少了玻璃肋的计算跨度，稳定性大大提高。

由于非承重玻璃肋点支承全玻璃幕墙可以适应超大跨度空间，玻璃肋应力小，整体稳定性好，后期维护方便，安全度高，在大跨度全玻璃幕墙系统中应用愈来愈广泛。承重索截面计算、初始预应力取值理论，玻璃肋稳定分析方法思路对全玻璃幕墙设计施工具有一定的指导作用。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。