材料特性 | 隐框玻璃结构胶的计算

结构胶的计算及规范

     隐框玻璃幕墙设计时一个关键环节是计算确定硅酮结构胶的宽度和厚度 。胶体宽度和长度主要用作抵抗玻璃面板传递来的平面外风荷载 、地震作用和重力荷载 。硅酮结构胶的厚度主要用来消化主体结构层间变形对隐框玻璃幕墙的不利影响。

    国内外和结构胶厚度计算相关的几本规范有：

JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》

ASTM C 1401-02《结构密封胶装配指南》

ETAG002《结构密封胶装配体系(SSGS)欧 洲技术认证指南》

   三本规范中，粘结宽度(structural bite)按照通过梯形荷载法则由板片尺寸及结构胶强度设计值计算已经是一种共识，而对于粘结厚度(glueline thickness)的计算，三个规范则有所不同。三个规范计算的方法基础都是由玻璃板片与铝合金附框的相对位移来计算结构胶粘结厚度，但是在相对位移的计算方法上，三种方法完全不同，所以计算结果也不同。这里列举下成都硅宝康子建，周文亮之前发表的文章中分别列举的例子：

如何理解各规范?

1.结构胶太厚和太薄对于受力有什么影响？

      对大多数胶粘剂材料来说，建筑幕墙结构胶的尺寸、体积同其结构胶内部微孔与裂缝等缺陷存 在的概率之间成正比例关系，即建筑幕墙结构胶的尺寸、体积越大，微孔与裂缝等缺陷越多。但结构胶厚度也不是越小越好，在结构胶厚度小于一定值的条件下，拉伸剪切强度因其厚度值太小而有所下降，易出现因缺胶而导致胶层界面较弱与应力聚集 问题。

2. 按JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》中对于结构胶厚度计算的常见问题

     可以看到的是，如果按照JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》中的方法来进行结构胶的计算和施工，由于风荷载作用下建筑主体结构的楼层弹性层间位移变形较大，所以计算得的结构胶粘结厚度结果一般都偏大。为了解决这个矛盾，一些幕墙设计软件把硅酮结构胶的变位承受能力默认为12～14％，相对于现有的国内外硅酮结构胶产品，即使这已经是一个偏大的值，在遇到一些较大板片的时候，仍然可能出现最终计算结果超过12mm的 最大允许厚度的情况，这是迄今没有解决的矛盾。

3. 对于JGJ 102—2003的讨论。

     建科院刘军进等的文章中对该公式进行了分析 ，可发现公式中存在一定的不合理：

1）在主体结构层间侧移发生时 ，玻璃面板和隐框玻璃幕墙支承框之间会产生相对变形 ，由于胶体沿厚度方向无拉应力存在 ，该变形宜理解为剪切变形 ，因此 ，采用限制胶体厚度方向剪切应变值的控制方法比限制胶体厚度方向斜向拉伸应变更为合理 ；

2）计算中“胶体剪切变形等于玻璃面板高度范围内的主体结构层间位移”的假定是不合理的 。因为主体结构发生层间侧移时 ，主体结构与玻璃面板之间的相对变形由３个方面分担吸收 ：

  ① 幕墙横梁立柱与主体结构之间通过螺栓连接的转动吸收变形 ；

  ② 隐框玻璃幕墙副框与幕墙横梁立柱之间有一定的相对变形 ；

  ③ 玻璃面板与副框之间通过硅酮结构胶吸收部分变形 。

     上述变形中上面方面由于无法精确计算 ，留作安全余量 ，暂不予以考虑 。对于第3方面 ，当主体结构在风或地震作用下发生层间剪切变形时 ，一旦主体结构与幕墙面板产生相对变形 ，硅酮结构胶中的剪切应力会带动玻璃面板发生同向转动 ，该转动使得结构胶承担的剪切变形要小于主体结构的侧向位移 。因此 ，公式中硅酮结构胶的剪切变形值应在主体结构层间位移的基础上进行折减 。

     根据试验结论，及有限元的分析，二者结构胶承担的剪切变形仅为主体结构侧向位移的 ２0％ 左右 。换句话讲，结构胶受外力加载条件下产生的变形是建筑幕墙结构变形位移量的20％左右。

     通过实验和理论计算，还有其它几个结论：

1. 硅酮结构胶剪切位移折减系数仅与玻璃面板的高宽比 、主体结构层间位移角相关 ，该值通常在 0.05～0.49之间 。但为避免放松过度 ，如果要进行这剑计算，在现阶段建议硅酮结构胶剪切位移折减系数 η偏安全地取0.5。

2. 根据中国硅酮结构胶厂家数据 ，硅酮结构胶拉伸变位性能指标 δ 值通常位于7~12%之间 。因此当硅酮结构胶厚度计算值大于最小构造厚度 6mm 时 ，修正公式确定的硅酮结构胶厚度计算值会比 JGJ102 计算值有所减小 ，减少幅度为9~30%。修正公式有利于减少硅酮结构胶材料用量 ，对于大型玻璃幕墙板块采用隐框玻璃幕墙设计也更容易在实际工程中加以实现。但是，具体问题还是应当具体分析，上文内容，仅作为设计方法的一些讨论，工程还应当以规范为依据。

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