"掃描二維碼，關(guān)注協(xié)會(huì)動(dòng)態(tài)"
在整個(gè)歷史發(fā)展過(guò)程中，玻璃結(jié)構(gòu)裝配引入外墻和幕墻行業(yè)已經(jīng)有超過(guò) 30 年的歷史了。玻璃的結(jié)構(gòu)裝配中，通常使用具有高強(qiáng)度，高持久性的結(jié)構(gòu)密封膠把玻璃黏接在幕墻框架上。這種玻璃結(jié)構(gòu)裝配的概念的引入，在外墻框架玻璃結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上給予了設(shè)計(jì)師和建筑師更多的自由， 而且在全球范圍內(nèi)改變了對(duì)建筑的審美觀念。
在設(shè)計(jì)和計(jì)算結(jié)構(gòu)膠的數(shù)值時(shí)，它需要能夠承受在玻璃上所受到的各種載荷。在結(jié)構(gòu)裝配被引入以后，形成了一些基本的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，這些公式已經(jīng)被幕墻和結(jié)構(gòu)裝配行業(yè)的設(shè)計(jì)師和核算師所信賴。
這種公式其實(shí)是從工程學(xué)上的概念得來(lái)的，即在幕墻框架上的玻璃所受到的各種載荷等于黏接玻璃的結(jié)構(gòu)膠所產(chǎn)生的抵抗強(qiáng)度。因此，假如施加的載荷取風(fēng)壓在玻璃表面上壓力，抵抗強(qiáng)度取施工長(zhǎng)度方向上的結(jié)構(gòu)膠所承受的強(qiáng)度，那根據(jù)施加的載荷等于抵抗的強(qiáng)度這個(gè)工程學(xué)概念，結(jié)構(gòu)膠的施工寬度可以從下面的公式得出：
這個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)公式在玻璃結(jié)構(gòu)裝配開(kāi)始的時(shí)候就被用來(lái)估計(jì)或者計(jì)算結(jié)構(gòu)膠的注膠寬度， 而且在這個(gè)行業(yè)里面已經(jīng)被廣泛接受。由于這個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式已經(jīng)在大量國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目上使用，有這樣的支持，這個(gè)提供結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)公式一直沒(méi)有改變過(guò)，成功地在各種環(huán)境條件下使用了 10 多年。另外一方面，這個(gè)公式計(jì)算出來(lái)的結(jié)構(gòu)膠寬度擁有非常高的安全系數(shù)，在這個(gè)行業(yè)里面也是無(wú)庸置疑的。
在現(xiàn)在的建筑設(shè)計(jì)中，為了減少浪費(fèi)并且提供具有親和力的設(shè)計(jì)和建筑材料，合理設(shè)計(jì)和價(jià)值工程的概念已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)師和各種材料供應(yīng)商現(xiàn)在有責(zé)任采取行動(dòng)來(lái)平衡合理設(shè)計(jì)安全系數(shù)，提高材料質(zhì)量，而并不是建筑質(zhì)量跟隨項(xiàng)目預(yù)算那么不確定。
當(dāng)然結(jié)構(gòu)膠的設(shè)計(jì)和使用也沒(méi)有例外。為了取得這個(gè)平衡，結(jié)構(gòu)膠寬度的設(shè)計(jì)也需要經(jīng)歷價(jià)值工程概念的審核。因此，假如結(jié)構(gòu)膠寬度的設(shè)計(jì)公式帶來(lái)了材料過(guò)份的，不必要的浪費(fèi)，那我們就必須對(duì)于這個(gè)公式進(jìn)行重新審核。為了進(jìn)行重新審核，我們必須分析一下現(xiàn)在的經(jīng)驗(yàn)公式。結(jié)構(gòu)膠的寬度計(jì)算是由一個(gè)函數(shù)組成， 這個(gè)函數(shù)包括建筑設(shè)計(jì)風(fēng)壓(DWL)，最長(zhǎng)短邊長(zhǎng)度(W)和結(jié)構(gòu)膠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度(SDS)。這 3 個(gè)參數(shù)的數(shù)值，已經(jīng)成為提供合理安全設(shè)計(jì)的障礙物。讓我們一個(gè)一個(gè)地來(lái)分析。
建筑設(shè)計(jì)風(fēng)壓(DWL)，是根據(jù)建筑物的相應(yīng)地理位置上所受到的風(fēng)壓力，同時(shí)也根據(jù)建筑能夠抗拒多少年一遇的災(zāi)害性氣候，比如10年，50年，甚至100年。設(shè)計(jì)風(fēng)壓是跟應(yīng)用在該項(xiàng)目上所選擇的使用期限有聯(lián)系。大多數(shù)的設(shè)計(jì)是在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上選取的。
在公式中的最長(zhǎng)短邊長(zhǎng)度(W)，是選取該項(xiàng)目上最大玻璃板塊的短邊長(zhǎng)度。這個(gè)模式是假設(shè)在項(xiàng)目上所使用的玻璃板塊的尺寸都是最大的，這個(gè)假設(shè)也是最苛刻的。除非所有最大尺寸的玻璃都使用，否則這個(gè)假設(shè)的安全系數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了實(shí)際上需要的設(shè)計(jì)了。
結(jié)構(gòu)膠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度(SDS)，代表結(jié)構(gòu)膠在施加載荷的情況下允許的最大強(qiáng)度。在結(jié)構(gòu)裝配已開(kāi)始，20psi 或者 140Kpa 已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用和接受。但在建筑膠行業(yè)里面，大多數(shù)的結(jié)構(gòu)膠都能夠大大超越這個(gè)數(shù)值，一般來(lái)說(shuō)都能夠達(dá)到 4-8倍的安全系數(shù)。為了滿足不標(biāo)準(zhǔn)化的施工條件，質(zhì)量控制，施工工藝和控制產(chǎn)品差異的需求，提供一個(gè)合理的安全系數(shù)是非?；竞捅匾?。然而，建立在 3 個(gè)參數(shù)基礎(chǔ)上的安全系數(shù)， 往往超過(guò)了結(jié)構(gòu)膠寬度真實(shí)的需求。具有諷刺意義的是，很多人認(rèn)為更大的結(jié)構(gòu)膠寬度能夠帶來(lái)更多的安全系數(shù)，相反，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠寬度過(guò)大的時(shí)候反而會(huì)引起一些操作上的失誤。一般來(lái)講，對(duì)于單組份結(jié)構(gòu)膠，寬度超過(guò) 15mm 已經(jīng)是比較大的了。較小厚度的結(jié)構(gòu)膠節(jié)點(diǎn)， 在大寬度的時(shí)候是很難注入節(jié)點(diǎn)里面的，即使是有經(jīng)驗(yàn)的工人和使用較好的打膠機(jī)也不例外。另外，一個(gè)較大寬度帶來(lái)可能或不可避免的疑慮是當(dāng)注膠的時(shí)候可能會(huì)有大量氣泡帶入或者空氣不能排除，這些氣泡或空氣的進(jìn)入，明顯的較少了結(jié)構(gòu)膠之間或結(jié)構(gòu)膠和玻璃，型材間的接觸，從而導(dǎo)致強(qiáng)度的減弱。
當(dāng)時(shí)用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出的結(jié)構(gòu)膠寬度大于 15mm 時(shí)，我們有 3 種方法來(lái)對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行重新核對(duì)，在不影響設(shè)計(jì)安全的情況下，檢查這么大寬度的結(jié)構(gòu)膠是否真的需要。
1. 梯形承載的計(jì)算方法
這種方法被認(rèn)為比較準(zhǔn)確地反映了在玻璃上的受力情況。使用這種方法計(jì)算時(shí)，建筑設(shè)計(jì)風(fēng)壓(DWL)， 最長(zhǎng)短邊長(zhǎng)度(W)，結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)強(qiáng)度(SDS)都沒(méi)有改變，同時(shí)也不會(huì)減少他們的安全系數(shù)。這種方法就是比經(jīng)驗(yàn)公式更加合理的分配施加在玻璃上的載荷。
為了更加簡(jiǎn)便的分析，我們假設(shè)施加在玻璃上的載荷是由兩個(gè)對(duì)邊的結(jié)構(gòu)膠來(lái)承受(比方說(shuō) A 和 C)，見(jiàn)下圖。另外兩個(gè)對(duì)邊(B 和 D) 沒(méi)有任何限制并且對(duì)于風(fēng)壓不提供任何支撐。在大多數(shù)兩邊結(jié)構(gòu)的裝配中，B 和 D 部分或者使用鋁框格，或者壓平修整，這樣一來(lái)兩邊結(jié)構(gòu)的裝配就變成了四邊結(jié)構(gòu)。另外兩邊(B 和 D) 受到的強(qiáng)度需要在使用鋁框格的時(shí)候計(jì)算強(qiáng)度是否滿足。
同時(shí)，在工程學(xué)上面使用梯形承載計(jì)算方法是比較常用的，這種現(xiàn)實(shí)的承載方式能夠具體分配在玻璃上的載荷。一般這種方法比較適合長(zhǎng)寬比在 2：1 的時(shí)候。見(jiàn)下圖。
下面的一個(gè)案例是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和梯形設(shè)計(jì)方法的比較，分別得出不同的結(jié)構(gòu)膠寬度。使用這種合理的設(shè)計(jì)方法，可以在不變的設(shè)計(jì)安全情況下減少結(jié)構(gòu)膠的寬度。
2. 增加結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)強(qiáng)度， SDS
在第二種可選擇的方案中，把基本的計(jì)算方法中結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)強(qiáng)度 SDS 提高，增加到整個(gè)行業(yè)可以接受的范圍里面，而不是以往的 20psi 或 140kpa。ASTM C-1135 是測(cè)試結(jié)構(gòu)膠在各種環(huán)境條件下的試驗(yàn)方法，其中規(guī)定在各種條件測(cè)試下得出的最小拉伸強(qiáng)度為 50psi 或者是 345kpa，所有的結(jié)構(gòu)膠測(cè)試出來(lái)的數(shù)據(jù)都大大超過(guò)這個(gè)范圍。相比結(jié)構(gòu)膠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度(20psi 或 140kpa)，都可以達(dá)到至少 2.5 倍的安全系數(shù)。當(dāng)測(cè)試 ASTM C1135 的時(shí)候，大多數(shù)的結(jié)構(gòu)膠都能夠給出超過(guò) 100psi 或者690kpa 的最大拉伸強(qiáng)度，從而給出了一個(gè)更加安全的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。對(duì)于個(gè)別案例，在需要的時(shí)候結(jié)構(gòu)膠的生產(chǎn)廠家可以給出一個(gè)相比傳統(tǒng)公式更加高的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。在這種案例中，需要有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)證明結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)品的實(shí)際最大拉伸強(qiáng)度，提供一個(gè)可靠的，可以接受的安全數(shù)據(jù)來(lái)滿足項(xiàng)目的要求。
中國(guó)的幕墻標(biāo)準(zhǔn) JC/T102-2003 中，允許的結(jié)構(gòu)膠設(shè)計(jì)強(qiáng)度已經(jīng)更改為28.5psi 或者是 200kpa，現(xiàn)在已經(jīng)在所有國(guó)內(nèi)幕墻項(xiàng)目上應(yīng)用。下面的一個(gè)案例是使用中國(guó)新的規(guī)范和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的比較。當(dāng)使用這種合理的設(shè)計(jì)方法時(shí)，是用減少的安全系數(shù)來(lái)增加結(jié)構(gòu)膠的設(shè)計(jì)強(qiáng)度 SDS，這種方法必須得到相關(guān)設(shè)計(jì)師，業(yè)主，結(jié)構(gòu)膠生產(chǎn)廠家的認(rèn)可。
3. 綜合拉伸和剪切強(qiáng)度的作用
這種結(jié)構(gòu)，注入結(jié)構(gòu)膠不單單應(yīng)用在玻璃板片的背后，而且在玻璃的四周也同時(shí)注入，固化以后形成 L 型的節(jié)點(diǎn)，那結(jié)構(gòu)膠所產(chǎn)生的作用實(shí)際上是綜合了拉伸和剪切的強(qiáng)度，為A和B兩個(gè)部分，如圖所示。
基本的結(jié)構(gòu)膠計(jì)算方式可以用來(lái)計(jì)算 A 和 B 共同作用下結(jié)構(gòu)膠的寬度。對(duì)于 A 部分來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)膠所承受的強(qiáng)度已經(jīng)在前面介紹過(guò)了。而對(duì)于 B 部分來(lái)講，是在玻璃受到風(fēng)壓的時(shí)候表現(xiàn)出來(lái)的剪切力，ASTM C-961 是用來(lái)測(cè)量結(jié)構(gòu)膠剪切力的強(qiáng)度，可以用來(lái)確定結(jié)構(gòu)膠表現(xiàn)出來(lái)的強(qiáng)度。
假如結(jié)構(gòu)膠的剪切強(qiáng)度能夠達(dá)到或大于 100psi 或 690kpa， 我們可以討論得出對(duì)于 B 部分，同樣可以使用 20psi(140kpa)作為剪切強(qiáng)度的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，也擁有至少5 倍的安全設(shè)計(jì)。從下面的計(jì)算案例可以看到，單單使用 A 部分強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果和同時(shí)使用 A和 B 部分共同作用下的計(jì)算方法。當(dāng)結(jié)構(gòu)膠剪切力存在的時(shí)候，同樣可以看作結(jié)構(gòu)膠產(chǎn)生的一種抗拒力，這樣結(jié)構(gòu)膠寬度就能夠明顯的減少。 但要注意，不管什么情況下，A 部分結(jié)構(gòu)膠的最小寬度要達(dá)到 6mm。
在開(kāi)始的時(shí)候，最理想的還是選用基本的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)膠的寬度， 當(dāng)然可以利用上面任何一種計(jì)算方式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新審核。比較適合的規(guī)則當(dāng)然是在寬度小于 15mm 的時(shí)候選用基本的計(jì)算方法，當(dāng)出現(xiàn)大于 15mm 的寬度是，可以請(qǐng)教設(shè)計(jì)師，技術(shù)工程師，甚至是結(jié)構(gòu)膠生產(chǎn)廠膠來(lái)評(píng)估選用比較合適的計(jì)算方式。幕墻工程的安全責(zé)任依靠設(shè)計(jì)師，幕墻公司和結(jié)構(gòu)膠的生產(chǎn)廠家加入到節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工操作上。同時(shí)保證安全還是首要的任務(wù)。
以上提出的幾種重復(fù)計(jì)算方法都能夠有效的減少結(jié)構(gòu)膠的寬度?，F(xiàn)在需要大家共同認(rèn)識(shí)到這種合理的設(shè)計(jì)理念，既有效的減少材料的浪費(fèi)，同時(shí)又維護(hù)公共安全的責(zé)任。
