探究內傾斜圓弧形玻璃欄板遇上無立柱式設計

李國慶 浙江亞廈裝飾股份有限公司深化設計師 室內設計師（中級）

1 可實施性

1.1 后置埋件

1.1.1 構件分析

按規(guī)范規(guī)定，玻璃直接進入通長玻璃槽固定，受力完全依靠進埋件槽的玻璃深度。常規(guī)進槽深度尺寸應大于150mm，應用10mm厚鐵板加工成長度大于150mm，深度大于150mm 的U 型槽，玻璃靠橡皮和鐵板用緊固螺絲壓緊。

本文分析案例是采用欄板夾膠玻璃，底部插入后置U 型槽埋件內，插入深度為500mm。U 型槽使用10mm 厚熱鍍鋅鐵板加工定制而成，規(guī)格為長500mm、寬65mm、深度500mm。U 型槽底部由鋼構件支托，上口內側面與10mm 厚L 型鐵板之間均以滿焊連接，焊縫表面質量符合鋼結構焊接規(guī)程JGJ81-91 規(guī)定，焊接完成后做除銹涂裝。整個構件的鋼支托和L 型鐵板靠M16 化學錨栓與建筑結構固定，如圖1.1。由于鋼構件在轉角圓弧處安裝制作靈活度較差，需要附加鋼結構連接至建筑結構，玻璃在此圓弧位置與U型槽接觸的受力面積減少，致使該段欄板玻璃受力不均而容易造成破壞。

1.1.2 荷載計算

當欄板玻璃上端頂部受到水平推力時，其構件中U 型槽外側受到向外的張力，鋼支托構件處化學錨栓受到拉力以及L 型鐵板處化學錨栓受到的剪力變化對整個欄板的穩(wěn)定性會產生一定的影響。玻璃欄板整個后置構件是以可變水平推力荷載來控制組合效應的控制方式，在水平活荷載計算過程中，采用滿布荷載法，以三倍的標準荷載值驗算單位欄板后置構件的抗屈服程度。

圖1.1 欄板側視圖

1.2 夾膠玻璃

1.2.1 選材解讀

目前，建筑類使用的夾層玻璃中間膜主要 有PVB 膠 片 和SGP 膠 片。SGP（Sentry Glass Plus） 是一種離子型聚合物，其撕裂強度是普通 PVB 的5 倍，硬度是普通PVB 的100 倍。在常溫下，SGP 夾膠玻璃抗彎撓度與相同厚度的單片玻璃相近。同PVB 夾膠玻璃相比，SGP 夾膠玻璃具有更高的結構剛性及抗彎曲性能，更能抵御溫度環(huán)境的影響。由此可知，SGP 膜因其自身的優(yōu)良性能，應用在圓弧形鋼化玻璃中，不僅能減小玻璃厚度，同時可以提高玻璃的抗沖擊、防爆等性能，以彌補欄板玻璃在圓弧形特殊位置區(qū)段與基礎埋件間受力薄弱的不足之處。SGP 膜還具有優(yōu)異的邊角穩(wěn)定性、耐久性、多結構性及靈活性，使其能適應當今建筑市場最新、最嚴格的要求。因其市場的經濟原因，SGP 夾膠玻璃在建筑欄板玻璃領域中的應用較少。本文討論的是SGP 圓弧形鋼化夾膠玻璃以其自身的優(yōu)異性能取代傳統(tǒng)設計上靠立柱受力的玻璃欄板的可能性。

本案例中的中庭區(qū)域欄板玻璃最低點離一側樓地面高度分別是7.0m、12.4m 和17.8m。按規(guī)范規(guī)定，不得使用承受水平荷載的欄板玻璃，應增加設置木質扶手，由扶手直接承受水平推力。但目前規(guī)范中SGP 夾膠鋼化玻璃應用到無立柱欄板上尚無國家標準，就其安全可行性、設計用途上能否成立，都需要做專項試驗后經專家評審或論證確定。

圖1.2 雙半徑弧形欄板水平面投影圖

圖1.3 上端弧線傾斜偏差圖

圖1.4 底部弧線傾斜偏差圖

1.2.2 雙半徑弧形夾膠玻璃內傾斜偏差

在圓角部位，內傾斜安裝的欄板玻璃在水平面上會出現兩個不同的半徑弧線，如圖1.2。其彎曲表面形狀的展開面為近似梯形，原本上下不同半徑的兩個水平面上的弧線此時是沿著傾斜軸線方向呈現，沿傾斜軸線方向的弧線端點間水平面與弧線中點在軸線上的距離為傾斜后的偏差值，偏差值隨著弧形欄板玻璃半徑的增大而增大，如圖1.3、圖1.4。

2 推力試驗

2.1 試驗原料

優(yōu)質浮法玻璃：12mm 厚，南玻；

SGP 膜：1.52mm 厚，美國杜邦；

底部填充料：環(huán)氧樹脂灌漿料，優(yōu)質國產。

2.2 試樣

上端：R1=1306mm，弧長=1032mm；

底部：R2=1010mm，弧長=1005mm；

高度：H=1700mm；

規(guī)格：12mm+1.52SGP+12mm 弧形夾膠玻璃，如圖2.1；

數量：2 塊（編號A1,A2）。

2.3 試驗設備

L50x5mm熱鍍鋅角鋼反力架2個，L30x3mm 熱鍍鋅角鋼活動式加載平臺1 個，1.0m 弧長熱鍍鋅方管（100x60x5mm）推力橫梁1 根，電動100T 分離式型液壓千斤頂1 臺。

2.4 推力檢測

圖2.1 12mm+SGP+12mm 弧形夾膠玻璃

根據欄板的使用性質，在玻璃上端施加水平推力，在推力橫梁作用下玻璃上端受到均衡的線荷載。檢測是將推力平均分6 個時段由0KN 勻速增加至3.6KN，欄板上端在每個推力時段出現的變形偏移距離，如圖2.2。

按規(guī)范要求，玻璃欄板頂部受水平推力的標準值不得大于1.2KN/m，選擇三倍的標準值試驗，是囊括了純玻璃欄板目前尚無國家標準、環(huán)境預估不到位、硬性檢測設施差等可抗因素范圍內的漏缺，以力求在安全性上得到充分保證。極限測試非本文探究方向，故不做此要求的測試。

3 結論

圖2.2 欄板檢測變形偏移圖

檢測結束，底部填充的環(huán)氧樹脂灌漿料無明顯性擠壓變形和破損，證明環(huán)氧樹脂在硬化后能夠承受測試推力的擠壓。本文探究的最大推力值復零后，欄板玻璃無損，欄板玻璃上端與開始檢測前原始位置偏差值小于1mm，SGP 膜無移位和撕裂跡象，證明SGP 膜弧形夾膠玻璃可以實現欄板無立柱式設計和可實施性，弧線形內傾斜玻璃欄板可以達到欄板的標準要求。本文在規(guī)范方面需要專家組做出評審論證，在深化設計突破常規(guī)性和實踐性研究方面有一定探討意義。