船艇玻璃幕墻設(shè)計研究

胡學(xué)明 孟繁濤 郝紹瑞

摘 要：現(xiàn)代化船艇的上層建筑越來越注重外觀造型的整體美感和功能性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，保障駕駛室操作位具有良好、開闊、全景式的視線，以便觀察作業(yè)情況及船舶位置和運(yùn)動情況。為綜合考慮船舶的物質(zhì)功能和精神功能需求，本文介紹了一型消防船玻璃幕墻的設(shè)計研究過程和設(shè)計方法，供相關(guān)設(shè)計人員借鑒。

關(guān)鍵詞：外觀造型;全景式視線;玻璃幕墻;結(jié)構(gòu)膠

中圖分類號：? U662? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）02-0060-04

1 前言

某消防船作為協(xié)同消防作業(yè)的指揮船，用戶對船舶外觀造型設(shè)計和駕駛室視線提出了較高的要求：外形設(shè)計上應(yīng)體現(xiàn)出公安銳利有力的莊嚴(yán)形象并具有現(xiàn)代感;設(shè)置全景式駕駛室，可360°環(huán)顧四周，便于船員在火場中靈活操縱、移船;在駕駛室斜上方安裝玻璃，當(dāng)本船靠近主尺度較大的失火船只時，駕駛員可仰視看到高處的火情;會議室的前端壁采用大角度、后傾式設(shè)計，同時在前端壁安裝大面積的落地玻璃，可在會議室直接觀察本船前方的火情，供會議室決策情報參考，以體現(xiàn)實用性和美觀性的和諧統(tǒng)一。

根據(jù)以上基本思路，結(jié)合本船實際特點(diǎn)和各種的限制條件，我們做了以下玻璃幕墻的設(shè)計方案，見圖1。從效果圖可以看出，為滿足用戶對船舶外觀造型及視野的要求，本船采用了條狀式和落地式玻璃幕墻相結(jié)合的形式，駕駛室外壁有多處折角且成圓弧狀，這對結(jié)構(gòu)設(shè)計和幕墻施工都帶來了一定的技術(shù)難度。

2 某消防船主要技術(shù)參數(shù)

本船主要用于長江中上游港口、船舶及水上設(shè)施的消防監(jiān)督指揮、滅火救援等應(yīng)急搶險救災(zāi)任務(wù)，并可對沿岸陸上消防提供支持。航區(qū)為內(nèi)河B級航區(qū)（含三峽庫區(qū)），J2級航段。該消防船總長39.675 m、水線長37.05m、設(shè)計吃水2.3m、型深3.6m、航速15.12kn，對外消防泵流量3100m3/h，消防炮最大射程：加強(qiáng)型消防炮150m，主消防炮150m，副消防炮100m。入級CCS船級社。

3 適用規(guī)范研究

消防船按中國海事局現(xiàn)行有關(guān)法規(guī)、中國船級社（CCS）現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范要求以及相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和建造，及玻璃幕墻的設(shè)計和施工參照的相關(guān)規(guī)范、規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)，主要有：

（1） 《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》最新版本及其修改通報

（2） 《內(nèi)河船舶法定檢驗技術(shù)規(guī)則》最新版本及其修改通報

（3） 《內(nèi)河消防船補(bǔ)充要求》

（4）《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003

（5）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001

（6）《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133-2001

（7）《建筑幕墻》JG3035-1996

（8） 《全玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》DBJ/CT014-20

（9）《點(diǎn)支式玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》CECS127-2001

（10）《建筑幕墻風(fēng)壓變形性能測方式方法》GB/T15227-1994

（11）《建筑幕墻雨水滲透性能測試方法》GB/T15228-1994

通過對相關(guān)入級規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究，并和船級社充分溝通，本消防船型對處于外圍壁上的窗及玻璃沒有額外特殊的要求，可以采用玻璃幕墻型式。

根據(jù)《JGJ 102-2003玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》玻璃幕墻分為隱框、半隱框、明框、全玻璃幕墻等型式。本消防船在充分征求意見的前提下，確定了采用條狀和落地式相結(jié)合的隱框玻璃幕墻。

經(jīng)研究，玻璃幕墻窗與普通船用方窗的主要區(qū)別在于幕墻窗的尺寸比普通方窗玻璃大了好幾倍，這就使得窗玻璃在抵御船舶航行時上浪的沖擊、船體振動和變形能力急劇下降。普通船用方窗是用螺栓或焊接方式把主窗框與結(jié)構(gòu)相連接，利用窗框、玻璃壓板、槽形密封圈將玻璃壓緊，而玻璃幕墻窗則沒有普通方窗所具有的整體窗框，是靠結(jié)構(gòu)膠直接貼在艙壁或結(jié)構(gòu)件上，因此，玻璃幕墻窗的結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)膠的選擇是有效解決由于尺寸增大而帶來的沖擊、振動、變形等破壞作用以及確保幕墻窗水密性的關(guān)鍵。

4 船用玻璃幕墻計算

根據(jù)CCS《鋼質(zhì)內(nèi)河船舶建造規(guī)范》（2016）第1篇，第4章第4節(jié)對鋼質(zhì)內(nèi)河船玻璃幕墻的規(guī)定進(jìn)行計算。

4.1玻璃厚度的計算

本船玻璃幕墻采用雙層夾層鋼化玻璃，每層玻璃厚度應(yīng)相同。玻璃的厚度t應(yīng)不小于按下式計算所得之值：

其中：

—玻璃板格短邊長度， mm;

—玻璃板格長邊長度， mm;

—系數(shù)，按表1選取

—玻璃的許用彎曲應(yīng)力，鋼化玻璃取50N/mm2;

—玻璃承受的載荷，kN/ m2，不小于按下式計算所得之值：

其中：—壓力計算中心距離滿載靜浮水線的垂直距離， m;

采用雙層夾層玻璃時，兩層玻璃的厚度之和就不小于計算所得之值的1.25倍。

4.2玻璃的固定

采用粘接方式，玻璃與框架或壁板牢固連接，玻璃的下緣設(shè)置金屬水平構(gòu)架支承玻璃重量。所使用的粘接劑具有抗紫外線、低溫、高溫和清潔用化學(xué)劑的能力，粘接劑的長效拉伸強(qiáng)度不低于2.5MPa。

1）粘接寬度d 不小于按下式計算所得：

式中：

—玻璃承受的載荷， kN/ m2;

—粘接劑拉伸強(qiáng)度， N/mm2，不小于2.5;

—玻璃短邊長度， m。

2）粘接厚度t 不小于按下式計算所得：

式中：

—玻璃長邊長度， m。

—系數(shù)，雙層夾層鋼化玻璃取5。

4.3 其他規(guī)范對上建外窗的要求

在查閱各種資料和規(guī)范后，不同船型對應(yīng)不同的建造規(guī)范，對處于上層建筑外圍壁上的窗玻璃的厚度都有明確要求及計算公式。普通方窗均采用窗框和玻璃壓板、密封圈的方式進(jìn)行固定。《海上高速船入級與建造規(guī)范》第4章第3節(jié)：所有上層建筑和甲板室的外窗的結(jié)構(gòu)和固定形式應(yīng)保證風(fēng)雨密;給出了外窗玻璃厚度的計算公式;外窗玻璃與窗框的連接以及窗框與壁板的連接應(yīng)牢固、可靠，足以承受船在其營運(yùn)水域正常航行時可能遭遇的波浪沖擊;明確了外窗玻璃可以采用粘接方式直接與壁板連接，如有必要，應(yīng)在窗玻璃的下緣處設(shè)置金屬的水平構(gòu)件支承玻璃重量;對粘接劑的選型和粘接寬度均有原則性要求和相應(yīng)的計算公式。

5 實船玻璃幕墻設(shè)計[1][2]

本消防船作為一艘“消防效率優(yōu)良、船載設(shè)備先進(jìn)”的新型消防船，總體設(shè)計上要求采用玻璃幕墻窗。幕墻如圖2所示，計算值見表2。

在玻璃安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用了隱框幕墻，兼顧了美學(xué)設(shè)計和施工工藝設(shè)計，與船東的要求及本船的功能定位相一致，并在玻璃幕墻的合適位置設(shè)置了可開式窗，滿足駕駛室新風(fēng)

供給的需求。駕駛室正前兩扇窗為電加熱夾膠玻璃，前端壁左右兩側(cè)窗帶雨雪掃除器。其它玻璃幕墻玻璃選用鋼化中空玻璃，玻璃帶熱反射鍍膜[4]。鋼框采用角鋼焊接在上層建筑的側(cè)壁內(nèi)面沿結(jié)構(gòu)開孔一圈，雙層中空玻璃通過粘接膠和填縫膠嵌在外壁板及角鋼時形成一個整體（見圖3），由四周邊的角鋼承受玻璃的重量，結(jié)構(gòu)硅膠富有彈性，起到粘貼、密封、緩沖和抗變形的作用，確保玻璃幕墻有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力。玻璃外表面與外圍壁齊平，外表面美觀平整。

兩塊玻璃的接縫處采用粘接膠和填縫膠平貼在結(jié)構(gòu)件上，如圖4所示，玻璃與結(jié)構(gòu)之間、玻璃與玻璃之間的聯(lián)接縫做美化處理。粘接寬度和粘接厚度均滿足規(guī)范計算要求。

在折角或轉(zhuǎn)角處玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計見圖5，實現(xiàn)了兩塊玻璃的精準(zhǔn)定位、無縫對接，外型美觀簡潔。

6 玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠的選型[3]

在船用玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)膠的選取非常重要，直接關(guān)系到玻璃的粘接強(qiáng)度、密封性能及抗沖擊性能等。根據(jù)船舶的適用航區(qū)和功能需求，采用的結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)具有耐水、耐溶劑、耐大氣老化性和耐熱，并具有低溫彈性、低透氣率等特點(diǎn)。其性能應(yīng)符合現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《中空玻璃用彈性密封劑》 JC 486的有關(guān)規(guī)定。

在施工過程中選用游艇抗紫外線玻璃粘接劑，這是一種高性能、具有彈性，可以填縫的單組份聚氨酯玻璃粘接劑，其與空氣中的濕氣反應(yīng)而固化，形成一種永久彈性體。其按照ISO9001/14001質(zhì)量保證體系生產(chǎn)制造，符合國際船舶組織（IMO）相關(guān)規(guī)則。主要技術(shù)參數(shù)見表3.

7 玻璃幕墻實船效果

玻璃幕墻成功運(yùn)用在某消防船上，外型美觀挺刮，內(nèi)部裝飾別具特色，視野開闊，得到各方好評，成為該船的一個亮點(diǎn)。實船照片見圖6。玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計穩(wěn)定可靠、采用彈性連接、兼具美學(xué)效果、施工安裝方便。參照《艦船門、窗、蓋的密性試驗》（CB*3273-1985）的有關(guān)規(guī)定對全船玻璃幕墻均作了沖水試驗。沖水試驗時所用水槍噴口直徑應(yīng)不小于12mm，試驗水壓應(yīng)不小于0.2MPa。試驗時，用水槍噴口從外面對準(zhǔn)試驗接縫處，水槍與接縫之間距離不得大于3m。水槍對準(zhǔn)接縫處噴射，對垂直接縫則應(yīng)自下而上噴射。試驗持續(xù)時間為3分鐘。被檢部位反面無水珠或水跡等漏水現(xiàn)象，驗收合格。經(jīng)過試驗、試航、由上海至長江三峽庫區(qū)的遠(yuǎn)航及火場搶險，幕墻窗的強(qiáng)度和水密性均經(jīng)受了考驗，達(dá)到了設(shè)計要求。

8 結(jié)論

玻璃幕墻的設(shè)計首先要滿足船舶入級船級社相關(guān)建造規(guī)范的要求，既要考慮到上浪的拍擊、上層建筑端壁和甲板室圍壁（端壁和側(cè)壁）的計算壓頭、船體振動和變形等因素對玻璃強(qiáng)度的影響，還要考慮外形美觀，玻璃幕墻的采光、隔熱保溫等使用功能與船舶上建外圍壁裝飾和諧統(tǒng)一，以及幕墻安裝工藝和質(zhì)量控制。因此，在設(shè)計初期，需要對幕墻支撐的結(jié)構(gòu)設(shè)計、玻璃板格的劃分和材料選擇上進(jìn)行綜合考慮，使既滿足設(shè)計要求又方便船廠施工。

在設(shè)計之初，玻璃幕墻窗在船舶上的應(yīng)用，基本沒有文獻(xiàn)參考，經(jīng)過筆者和用戶、設(shè)計院、船級社、船廠、幕墻廠家的充分勾通和交流，確定了設(shè)計方案和施工工藝。希望通過本文能為今后進(jìn)行此類玻璃幕墻窗的設(shè)計者提供一個參考。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 童岡峰，李若奇. 淺談玻璃幕墻的施工質(zhì)量控制與管理[J]. 門窗，2017（04）.

[4] 王強(qiáng)，黃義龍，曹芹.雙層玻璃幕墻節(jié)能效果實驗研究[J]. 新型建筑材料，2006（7）：（70-72）