浅谈玻璃幕墙托板形式的重要性.pdf

196 浅谈玻璃幕墙托板形式的重要性浅谈玻璃幕墙托板形式的重要性 陈永泉 摘 要 玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法 是现代主义高层建筑时代的显著特征 本文着眼于玻璃幕 墙中的常见的四种玻璃托板 通过分析四种玻璃托板的实 际受力情况 建立了简化力学模型 并采用有限元分析软 件Ansys 对这四种玻璃托板进行了应力分析 对比选出了 四种常见托板中承重能力较强者来解决现实玻璃幕墙的施 工难点问题 最后 通过工程案例 说明了玻璃幕墙的安 装效果 关键词 玻璃幕墙 托板 Ansys 施工 随着建筑行业的发展 越来越多的高层建筑采 用玻璃幕墙作为 外衣 现代建筑的外立面幕墙趋 向大分格 大板块 这里就对幕墙设计师有了新的 要求 不能按照早期幕墙采用铝合金型材 来做现 在幕墙工程设计 笔者查阅近年许多幕墙图纸 发 现大部分图纸里倾向于对玻璃幕墙的立柱横梁做型 材优化 而关于局部受力部位的小型材却鲜有研究 比如托板 压块等 诚然 这些小部件的优化不能 带来很大的经济效益 但它们却对玻璃幕墙整体系 统的安全起着至关重要的作用 本文拟着眼于研究玻璃幕墙里的一个简单部件 托板 通过分析常见托板的实际受力情况 建 立简化力学模型 并辅于 Ansys 有限元分析 选取 承重能力较强的玻璃托板来进行实际施工 同时对 幕墙托板型材进行优化 最后 通过工程案例来说 明优化方法的效果 一 玻璃幕墙托板 1 常见的几种玻璃幕墙托板 隐框或横向半隐框玻璃幕墙 每块玻璃的下端 设置物件 用来承受玻璃的重力荷载作用 这一物 件称玻璃托板 玻璃幕墙工程技术规范 规定每 块玻璃不少于 2 个托板 应为铝合金或者不锈钢材 质 长度不应小于 100 mm 厚度不应小于 2 mm 大 部分工程采用铝合金玻璃托板 其常见样式如图 1 所示 图 1 中 的玻璃托板与副框连接到一起 副框再与横梁连接 的玻璃托板通过螺钉固定到 横梁 的玻璃托板直接勾到横梁钉槽内 的玻 璃托板底部形成一个腔体 一边勾到横梁钉槽内 另一边支撑到横梁 图 1 玻璃托板的四种常见样式 2 简化力学模型 实际施工条件下 玻璃托板直接承受着玻璃板 块重量 当板块分格增大 玻璃重量 G 也在增大 那对玻璃托板的受力要求越来越高 为有效地深入 认识和理解上一节中常见的四种玻璃托板的承重能 力 本节在假设承重同一重量的条件下来对这四种 玻璃托板进行受力分析并建立简化的力学模型 如 图 2 所示 上节中四种玻璃托板的力学模型简化如 下 图 2 四种玻璃托板的简化力学模型 从上图中可以看出 玻璃托板 的玻璃重量 G 先通过托板传递到玻璃副框上 再由副框作用到龙 骨上 当 G 增大时 重量产生的偏心弯矩易使托板 受弯下垂并带动副框发生偏移 长此以往容易造成 玻璃结构胶与副框脱胶的严重后果 为此 在新的 玻璃幕墙施工规范中规定玻璃托板必须与横梁可靠 连接 表明玻璃托板 显然是不可取的 玻璃拖板 的玻璃重量 G 及其对约束点 A 的弯 矩 可分别由螺钉上 N1 和 N2 对约束点 A 的弯矩抵 消 玻璃托板 的玻璃重量 G 及其对约束点 A 的弯 矩 可分别由横梁钉槽 N1 和 N2 对约束点 A 的弯矩 抵消 玻璃托板 的玻璃重量 G 及其对约束点 A 的弯 矩 分别由横梁钉槽 N1 和 N2 N3 产生的力偶抵消 从简化力学模型上讲 玻璃托板 都做到 了将玻璃的重量直接传递到横梁上 满足玻璃幕墙 施工的规范要求 但通过对简化力学模型的进一步 分析 在这三种玻璃托板中 玻璃托板 的受力形 式是最好的 首先 玻璃托板 采用角铝型材 通过螺钉固 定到横梁上 其连接的可靠性要求较高 比如角铝 的等壁厚度需对应悬挑杆件的截面分布 如果出现 偏差 横梁易出现松动迹象 其次 玻璃托板 将玻璃重量G产生的弯矩完全 作用到钉槽接触位置 这就出现型材的局部需要通 过加大受力截面来抵抗弯矩的情况 这对型材的局 部施工以及材质选取将提出较高要求 图3 玻璃拖板 的内部受力分析 最后 如图 3 所示 玻璃托板 的将玻璃重量 G 产生的弯矩通过型材腔体 分流 再分别传递 到横梁的两个接触面上 再由这两个接触面产生的 抵抗力 N2 N3 形成的力偶来进行抵消 进而实现较 强的承重能力 二 有限元分析 为验证上一节中关于玻璃托板 的受力形式是 最好的这一结论 本节采用有限元分析通用软件 Ansys对同一重量作用下的玻璃托板进行应力分析 从图4中可以看出 玻璃托板 的最大应力值分 别为139 375 116 705 128 931 其中 的局部出 现应力集中 其他位置由于壁厚较大 故应力无明 显偏大的情况 对比之下 玻璃托板 的最大应 力值只有68 951 较其余三种玻璃托板 最大应力 减小了一倍左右 显然 经过有限元分析之后 验 证了玻璃托板 在这四种常见玻璃托板形式中承重 能力最强这一结论 为玻璃拖板 在实际施工中的 应用提供了数据支撑 图4 四种玻璃托板内部应力分布 下转第 216 页 216 忠实性表露 也要尽量保证不予以欺瞒 唯独如此 才能在日后诸多复杂环境下开展适应性废弃工业建 筑再生工程 避免以往荷载 支撑真实性表达的一 味跟从行为重复滋生 2 加大对废弃建筑再生改造的逻辑性研究梳 理力度 所谓建筑逻辑性 强调的是对建筑结构形态和 施工模式的清晰化表达结果 前提条件是尽快搭建 起完善化的结构建造逻辑体系 随后 建筑表层内 涵会得到更为广泛的推广宣传 不管是在结构受力 关系或是材料组织形式上 都不得和上述逻辑机理 产生违背迹象 结合以往实践经验整理论证 废弃 工业建筑再生改造的工序流程内部核心矛盾点 主 要在于传统 创新两组逻辑结构的兼并模式之上 就是说既有在建筑物上保留其历史背景 同时要舒 展出全新的时代特性 单纯拿弗雷斯诺当代艺术中 心为例 主要由建筑大师伯纳德屈米操手规划 其 系统化掌握此类工业区原本纺织工业背景 同时利 用高科技学校予以衔接 这样就可在发展当地科技 文化事业基础上 主动规避以往传统产业的完全消 除迹象 至此过后 令更多领域人注意到弗雷斯诺 当地艺术中心的独特人文魅力 3 适当地朝向建筑结构功能改造的新颖角度 倾斜 此类建筑结构改造的创新性 旨在针对不同建 筑结构样式 施工模式 材料沿用上进行合理性调 试 建构本身就是一项史诗的开创行为 所以在建 构视角下将建筑结构修缮成为诗意性体验媒介 不 过其间仍旧不可将人类情感因素和建筑表现性盲目 排除在外 面对不同性能施工材料 要选取适当的 构造模式 并且一类材料在表达特性上有所差异 即便是选定一类材料 也要配合独特的构造途径 将其隐藏的一切生态 人文魅力彰显完全 归结来 讲 以上细节 不单单是控制建筑结构科学性的独 特手段 同时更是评估建筑师专业技能和职业道德 素质的标准性指导水平线 因此 在日后相关工程 规划中应该督促设计主体加以全面关注与改造沿 用 另一方面 便是改造项目文化性的有机补充 关于这部分文化性 实质上便是在废弃工业建筑改 造过程中 将当地独特的人文 自然元素加以系统 化吸纳整编 尤其是在建构视角之下 此类文化性 必须能够透过不同途径挖掘建筑自身本质 督促施 工人员更加细致科学地掌握不同材料运用模式 全 程赋予建筑结构前所未有的个性特征 将不同时代 美学诗意特征传递到观赏人群的思维体系之中 如 北京大山子艺术区保留的斑驳的红砖瓦墙 错落有 致的工业厂房 纵横交错的管道以及墙壁上象征各 个时代的标语 这种文化的保留将历史与现实 工 业与艺术在这里完美的契合在了一起 令我国不同 区域甚至世界都立刻熟悉了这个独特的北京艺术 区 对其保留无限的憧憬情感 四 结语 综上所述 建构视角下的我国废弃工业建筑新 生改造项目 内部工序流程极为繁琐复杂 同时要 求加入不同时代美感元素 避免不必要的经济投入 结果之余 最终尽量为日后科学 文化 教育事业 协调化发展 提供不竭的支持引导动力 笔者在此 提供的建议内容着实有限 日后仍需相关施工人员 在实践中多加补充 参考文献 1 彭麒 广州市创意产业园区规划研究 D 广州 华南理工大学 2010 2 李杰 建构视野下的材料观念及其表达 D 西 安 西安建筑科技大学 2010 3 苏朝浩 结构艺术与建筑创作之协同研究 D 广 州 华南理工大学 2010 作 者单位 南京工业 大学建筑 学院 南 京 210000 上接第 187 页 2 通过对厨房间火灾事故树有关计算 可以 看出 人 因素招致火灾发生的概率数值是 0 386 为最大 物 因素的数值是 0 150 次之 环境 因素的数值是 0 0010 为最小 3 切实加强对厨房 人 的防火安全技能培 训 提高其安全操作的规范性 可最大限度地减少 厨房火灾事故的发生 尤其是对于厨师 必须要求 他们在烹饪用油过程中时刻注意控制好油温 防止 油锅起火 4 对引发厨房间火灾来说 物 之因素相 比较于 人 的因素作用次之 但同样不能掉以轻 心 尤其是在电器 线路这些方面 同样要加强注 意 时刻保持对电气线路及电器的检查 维修和保 养 5 当然 厨房间存放的可燃物是火灾发生的 必要条件 但对厨房间而言 可燃物存在可能无法 避免 基于这一点 为防止火灾事故发生 应对厨 房间可燃物进行必要的安全防护 比如 保持油烟 道干净 燃气存放规范有序 燃油管理科学条理 只有这样才能在根本上杜绝火灾 参考文献 1 窦蕴平 高振莉 故障树分析法在诊断中的应用 J 建设机械技术与管理 2007 2 谢颖峰 商用厨房火灾危险性对策研究 J 武警 学院学报 2011 3 魏彤彤 蒋慧灵 王允 李冬梅 我国商用厨房 火灾危险分析研究 J 中国安全科学学报 2009 4 张颖 戴光 马玉洁 赵俊茹 危险设备的定量 概率风险评价方法 J 化工机械 2005 5 范维澄 孙金华 陆守香 火灾风险评估学 M 北京 科学出版社 2004 6 黄晓家 吴易平 厨房火灾危险性分析 J 消防 科学与技术 2007 7 伍爱友 肖国清 蔡康旭 建筑物火灾危险性的 模糊评价 J 火灾科学 2004 作者单位 运城市公安消防支队 运城 044000 上接第 196 页 三 工程案例 在某玻璃幕墙实际工程上 玻璃分格尺寸为 1 5 m 2 5 m 玻璃配置为规格 6 12A 6的中空钢 化玻璃 带副框后 单块玻璃板块重量达145 kg 在做样板时 先采用的是类似玻璃托板 的托板形 式 经过施工后发现了如图5左所示的玻璃托板发生 明显下垂的情况 明显存在安全隐患 笔者通过分 析其受力情况后 认为原玻璃托板壁厚过薄 并且 托板形式存在不合理之处 经过慎重考虑之后 决 定采用类似玻璃托板 来进行施工 实物如图5右所 示 经过现场安装证明 玻璃托板 能够抵抗大块 玻璃板重量带来的弯矩 保证玻璃幕墙的安装精度 并在一定程度上杜绝了安全隐患 图5 玻璃托板现场照片 四 结语 谚语有曰 千里之堤 溃于蚁穴 玻璃托板在 整个玻璃幕墙工程中 只是一个极小受力的部件 但再小的部件 只要它作为受力杆件的时候 都应 该引起幕墙设计者的注意 充分考虑现代幕墙大板 块大分格的特点 将其受力模型分析清楚 保证设 计承载能力 同时兼顾施工安装方