玻璃结构在建筑中应用

浅谈玻璃结构在建筑中的应用

摘要：随着现代建筑的发展，在保障安全性的前提下，玻璃结构融入建筑中的创新设计理念。 关键词：玻璃结构、现代建筑

abstract：with the development of modern architecture, glass structure blends in architecture innovative design under the premise of safety.

key word：glass structure、modern architecture 中图分类号：g267文献标识码：a 文章编号： 引言

无论是幕墙、天幕及特殊造景，结构玻璃已是建筑技术、建筑功能、建筑艺术的综合体。改变过去着重用玻璃来表现门、窗、建筑形式的传统手法，人们更多地利用玻璃透明的特性，追求建筑物内外空间的流畅。有别于传统玻璃崁进结构骨架，人们可透过玻璃清楚地看到整个点支式五金结构系统支撑玻璃，其独特绝佳的透光性增加建筑物的光影变化。玻璃结构可运用于建筑外围护墙的防风、遮雨、隔热、防杂讯、防空气渗透等使用机能，并与装饰功能融洽地结合。

1. 玻璃材料及其特性 1.1 玻璃材料主要性能

玻璃是有代表性的脆性材料，几乎所有的破碎都是由于玻璃表面产生拉应力造成的。玻璃在它的应力峰值区不能产生塑性重分

布，一旦荷载应力超过强度允许值便立即产生破坏。一直到破坏时为止，玻璃的应力-应变几乎是线性关系。玻璃的抗压和抗拉强度有很大的区别，它的强度很高。设计时抗拉强度往往是最重要的参数。

玻璃的弹性模量在70～73gpa之间，约为钢材弹性模量的1/3,。经过热处理后的钢化玻璃强度高于70mpa。而淬火玻璃强度可超过120mpa。玻璃的自重仅为2500kg/m3，所以玻璃的强重比要优于普通钢材。玻璃热膨胀系数α=9e-6，与钢材相近，使得钢材和玻璃能用于同一结构，发挥各自的特长。此外玻璃的抗腐蚀性能强，因此玻璃用于结构的防腐费用很低。因此如果对其设计合理、扬长避短，将玻璃用于建筑上能够发挥出意想不到的效果。 1.2 结构用玻璃主要类型

结构用玻璃主要类型有：退火玻璃、夹胶玻璃、钢化玻璃及中空玻璃等等。通过对这几种玻璃的再次加工得到一些特殊用途的玻璃。

（1）退火玻璃

退火玻璃由液态玻璃缓慢冷却形成。玻璃液直接由引上法形成的是普通玻璃，其表面平整度低；将玻璃液在熔化的锡液上凝结而成的称为浮法玻璃，其表面光滑，质量良好，可进一步深加工成钢化或半钢化玻璃。 （2）钢化玻璃

浮法玻璃原片经过热处理，可以制成钢化玻璃。钢化玻璃具有

较强的机械强度，较好的热稳定性和安全性能。由于钢化玻璃在设计荷载下，表面总处于压应力状态，其表面的微裂缝始终闭合，故荷载的时间效应对强度影响也很小。

钢化玻璃具有“自爆”的特性，是指在无外界机械力作用下发生的自身炸裂。主要原因是钢化玻璃中存在非剥离体物质而造成应力集中，当超过一定技术极限，钢化玻璃就会“自爆”。钢化玻璃可作为中空玻璃和夹层玻璃原片。 （3）夹胶玻璃

夹层玻璃是一种性能优良的安全玻璃，它是由两片或多片玻璃用透明的聚乙烯醇缩丁醛（pvb）胶片牢固粘合而成，具有透明、高机械强度、耐光耐热、耐寒等性能，玻璃和中间层牢固粘合，使玻璃具有良好的抗冲击性和破碎时的安全性能。

此外，pvb胶片具有对声波的阻尼作用，故有良好的隔音效果。同时，它对紫外线有阻挡作用，可保护陈列品或商品免受紫外线的辐射而褪变颜色。 （4）中空玻璃

中空玻璃是将两片或多片玻璃在其周边用间隔框分离，并用密封胶密封，使玻璃层形成有干燥气体空间的玻璃。其具有良好的保温、隔热、隔噪音的功能，可以降低进入室内的噪音27～40db。镜面中空玻璃的热导率可达1.74w/(m·k)，比370mm后砖墙的保温性能还好。中空玻璃充氩气还能进一步提高其热工作机能。另外，它还有防结露的功能。

1.3 建筑玻璃型材

最常见的建筑玻璃型材是用浮法工艺生产的玻璃平板，常用的厚度规格为4～25mm，除玻璃板材外，建筑上使用的玻璃型材还有以下两种： （1）玻璃砖

玻璃砖是一种中空的玻璃立方体，通常用做建筑物的隔墙及地板等。

（2）槽型玻璃和弧形玻璃

两者都为加热软化后的玻璃体在模具中形成，并可进一步加工成钢化玻璃及夹胶玻璃。弧形玻璃适用于建筑表面是曲线的场合，而槽型玻璃可以很方便地形成单层或双层玻璃。 2. 玻璃材料的连接

玻璃材料的连接可以分为两类：一是玻璃与玻璃连接，二是玻璃与金属连接。连接手段也有两种：一是用结构胶粘结，二是采用金属件连接。

2.1 玻璃的结构硅酮密封胶连接

使用结构硅酮胶连接玻璃是普遍采用的玻璃连接方法。该方法的优点是荷载分布均匀；缺点是于施工环境有一定要求，连接处变形较大，时间长可发生小的蠕变，同时与胶相接触的材料在使用前必须经过相容性试验。

根据《玻璃幕墙工程技术规范》 （jgj102-2003），结构硅酮胶中的应力按所承受的短期或长期荷载和作用计算，相应地确定结构

胶的厚度。

2.2玻璃的机械金属件连接

这种连接方式是借助于机械加工的金属连接件将玻璃与玻璃或玻璃与金属连接起来的一种方法。金属材料一般为不锈钢或铝。连接方式可分为摩擦连接和点式连接两类。

为了避免玻璃中局部应力集中，金属连接件与玻璃不能直接接触，其间必须有垫片。垫片不可太软，太软会在长期荷载作用下产生蠕变，导致金属和玻璃接触；而垫片太硬则会直接在玻璃中产生应力集中。 （1）夹板连接

由于玻璃抗压强度较高，因此玻璃可以采用夹板连接的方式，这种连接的优点是连接处无应力集中，但要精确的确定结合层的摩擦系数有一定困难。在这种连接中，玻璃上可以钻孔，也可以不钻孔。

还有一种补丁板式连接，是在玻璃板边缘或角部打孔，用螺栓穿过，并将两金属夹板夹紧，且与支承结构连接。 （2）点式连接

玻璃结构中所使用的点式连接有如下两种： a. 螺栓连接

直接在玻璃上打孔，将螺栓穿过孔，拧紧螺栓将玻璃固定，栓头和栓杆分别与玻璃板面和孔壁接触并传递荷载。采用螺栓连接时，由于孔壁要受力，故要对孔壁进行精磨抛光。

还有一种新型打孔方式是不将孔打透，而是打一个底部扩大的孔，将套有膨胀环的锥头螺栓放入孔中，拧紧六角螺帽，将膨胀环撑开，锥头螺栓便嵌固于孔中。由于玻璃板没有被穿透，故连接处外表面齐平，密封性好。

螺栓连接对玻璃板几乎是完全约束，连接处容易产生很高的应力集中，故常用于玻璃板面较小、荷载不大的情况下。为了减少孔边的应力集中，可使用垫圈和弹簧板等“软连接”加以改进。 b. 球铰连接

这事目前应用最广泛的一种点式连接形式。其方法是在玻璃角部打孔，在孔中安装夹具。夹具中安置一顶部为半球状的螺栓，可以在夹具中自由转动，其转动中心与玻璃板的厚度中心一致，这样释放了节点对玻璃的扭转约束。由于孔边应力集中主要是由约束弯矩引起的，释放约束弯矩则可大大降低应力集中。这就是球铰连接优于前面所述各种连接的特点。