摘要：新时期，国家科学技术不断的发展，建筑工程项目不断增加，对玻璃的实际需求也随之提升，同时玻璃制造工艺的发展，也让大跨度全玻璃幕墙得到了广泛的应用。本文以实际工程为例，对该工程中的大跨度全玻璃幕墙进行具体的描述，从玻璃面板、玻璃肋整体、玻璃肋连接、玻璃肋顶部吊夹等方面入手针对大跨度全玻璃幕墙进行设计，基于对上述设计要点的研究，以期为大跨度全玻璃幕墙设计提供参考。
关键词：大跨度全玻璃幕墙；玻璃面板；玻璃肋整体；玻璃肋连接
引言
现如今，越来越多的建筑项目为了最大程度的提高建筑物的通透性，在建筑物立面上采用全方位的玻璃幕墙。但是玻璃属于脆性材料，因此在对玻璃幕墙的设计和安装上都必须要谨慎小心，否则不仅会对建筑物本身的安全性造成影响，还有可能对周围群众造成安全威胁。此外，大跨度全玻璃幕墙的稳定性也是一个潜在的威胁，因此，必须要对大跨度全玻璃幕墙的设计和施工引起高度重视，保证建筑安全性。
一、大跨度全玻璃幕墙施工案例概况
本文以某商业建筑为例，该建筑项目在实际设计的过程中，采用的是大跨度全玻璃幕墙，下图为该商业建筑的全玻璃幕墙外立面。
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图1全玻璃幕墙外立面
该建筑项目中使用的全玻璃幕墙，总高度为22m，总宽度为28.9m，其中横向玻璃面板分格宽为1.7m，纵向玻璃有6块，上部两块，下部四块，高度分别为：8m和14m。玻璃幕墙由两个独立的玻璃肋系统支撑。以下半部分的玻璃幕墙为例，结合该建筑工程团队所提供的资料可知，建筑团队使用玻璃为中空玻璃，这种玻璃面板是由空气层和玻璃组成的，其中空气层厚度为10mm+12mm，而玻璃均为钢化玻璃，厚度为+8mm。此外，玻璃肋采用的是钢化夹层玻璃，厚度为19mm+2.28PVB+19mm。在此基础上，根据有关规范和标准计算，在该建筑中幕墙需要承受的风荷载后可知，风荷载正负压分别为：+1.0kPa、-1.0kPa，水密性能为0.75kPa。为了进一步验证幕墙的各种性能，对该建筑施工过程进行模拟，根据实际的检验结果可知，该玻璃幕墙各项性能均满足设计要求
二、大跨度全玻璃幕墙具体设计要点
（一）玻璃面板
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图2变形图（左）和应力图（右）
根据上文中给出的信息可知，在本文设计的建筑项目中，使用的玻璃面板宽为1.7m，最大高度为4.0m，因此可知，单块玻璃面积最大为6.8m2，而本文采用的中空玻璃中包含了10mm+12mm厚度的空气层以及8mm厚度的钢化玻璃，因此单块玻璃每平方米的质量最大约47kg，质量最大约320kg。且单块玻璃可以承受的最大风荷载±1.0kPa范围内。已知该地区的抗震设防烈度为7度，在综合考虑地震加速度、水平地震影响系数、动力放大系数等参数的基础上，所得到的地震作用标准值为0.276kN/m2。根据国家发布的幕墙规范可知，在进行幕墙结构设计的过程中，必须要充分考虑到风荷载与地震这两个方面，在根据玻璃的实际刚度情况，对风压进行详细的计算。但是目前，国家并没有具体计算公式，因此本文采用有限元软件来对具体的情况进行模拟分析，从而得到具体的挠度和应力，根据计算结果限制，玻璃面板的配置满足实际的承载要求。下图为变形图和应力图，此外，玻璃的驳接头和驳接爪都必须要选择标准的幕墙配件产品。
（二）玻璃肋整体
根据图1可以看出，在大跨度全玻璃幕墙中，玻璃肋顶部和顶层结构之间是依靠吊夹所连接的，而玻璃肋的底部采用的是入槽固定方式。在这种连接方式下，玻璃肋整体就会受到自重作用，呈现出偏心受拉状态，在这个过程中，玻璃肋可以视作横向作用的简支梁。作为典型的拉弯构件，拉力的截面应力较小，挠度和强度无法在实际应用的过程中无法起到良好的控制作用，因此稳定性玻璃肋的关键，也就是说，在设计大跨度全玻璃幕墙的过程中，必须要对玻璃肋的稳定性进行严格的设计。在实际的工程应用中，可以根据玻璃肋的具体跨度进行详细的分析，如果是玻璃肋的跨度较小，那么就可以采用单片玻璃，但是如果玻璃肋的跨度较大，而且在玻璃幕墙的竖向上有2块以上的玻璃面板，那么就要采用夹层玻璃。比如本文案例中采用的就是中空玻璃。玻璃肋作为主要支撑结构时，必须要使用中空玻璃和夹层玻璃，这种玻璃会在出现破碎的同时，产生一定的承载力，将危险降到最低。根据实际的工程经验来看，玻璃肋的截面高度应该为跨度的1/20，根据本文案例中的有关数据可知，玻璃肋的截面深度应为700mm，玻璃肋的厚度需要综合考虑强度和稳定性，应为38mm，对比本文采用玻璃肋配置，进行计算，根同样采用的是有限元软件模拟的方式，所得到的屈曲系数＞1.0，由此可知，该玻璃肋满足稳定性需求，不会发生危险事故。
（三）玻璃肋连接
本文案例中使用的玻璃肋已经超过10m，对于国内的玻璃生产厂家而言，生产周期较长，造价较高，因此施工团队采用的是拼接玻璃肋，并且最大程度保证上下段的平均性，保证连接点位于跨中的位置。跨中这个链接位置，可以保证玻璃肋的正常工作，在这个位置的最大弯矩约75kN·m，此连接位置的弯矩是73kN·m。玻璃肋的连接直接决定了大跨度全玻璃幕墙的最终工作情况。因此在构造上，采用了不锈钢板夹住玻璃肋，并且用螺栓穿过玻璃和不锈钢板，保证内力的连接性[1]。在进行设计的过程中，必须要尽量减少弯矩引起的剪力，加大螺栓之间的间距，此外，还要合理的控制螺栓的数量，有效提高构件的加工精度，保证孔位精确对齐，并且有效消除螺栓之间的配合间隙，将加工精度控制在0.2mm范围内。
（四）玻璃肋顶部吊夹
除了上述四个方面之外，在实际应用的过程中，玻璃肋顶部吊夹设计也是十分重要的，由上述内容可知，玻璃肋顶部和顶层结构之间是依靠吊夹所连接的，因此可以说，玻璃肋顶部吊夹承受了全玻璃幕墙的所有重量，不仅如此，吊夹还要承受的水平方向风荷载，防止玻璃肋出现扭转。但是从本文案例中玻璃肋截面高度来看，传统的吊夹无法满足承载的具体需求，因此该工程团队采用的是自制吊夹，并且借助钢板和不锈钢螺栓将吊夹和玻璃肋固定。在实际的应用的过程中，还需要注意的是吊夹和玻璃肋顶部的孔边距必须要足够大，从而避免顶部玻璃出现撕裂的风险，必须要在2.5倍孔径以上，其次，还要保证不锈钢螺栓受力均匀，以此减小玻璃孔壁的挤压应力[2]。
总结：综上所述，通过对实际工程经验的全面分析，对大跨度全玻璃幕墙的应用和具体设计有了全面的认识。在实际的应用设计过程中发现，玻璃本身属于一种脆性材料，一旦在设计或者施工过程中出现问题，就容易引发较为严重的稳定性问题，严重的情况下还会导致玻璃被破坏，因此，在施工中必须要对大跨度玻璃肋的设计引起重视，强化大跨度全玻璃幕墙的设计，以此从根本上解决大跨度玻璃的稳定性问题。
参考文献：
[1]魏文清.大跨度全玻璃幕墙的设计要点[J].上海建设科技，2017（1）.
[2]王生.大跨度玻璃肋结构设计要点分析[J].建筑知识，2017（09）：29-30+145.
论文作者:钟华锋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
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