图2 6层15mm玻璃夹胶的玻璃柱
1.3 超大尺寸玻璃
目前常用玻璃的长度在8m以内,各国热弯夹胶钢化玻璃的长度一般不超过6m。超过长度的结构构件,用不锈钢板和不锈钢螺栓连接而成(图3)。
图3 用不锈钢夹板连接的玻璃柱
2012年,中国已经生产世界最大尺寸的玻璃。目前生产最大的玻璃为18m X 4m,厚度最大为25mm(图4)。并且具备了相应的钢化、热弯、夹胶的能力。中国的超大玻璃已经为国内外的玻璃结构提供了强大的技术支持(图5、图6)。
图4 超大玻璃 18m X 4m,厚度 25mm
图5 为纽约苹果店生产的15m高、5夹胶玻璃柱
图6 为香港苹果店生产的18m高、6夹胶玻璃柱
2 玻璃结构
玻璃结构常用于板,包括墙板和承重楼板。此外,用于主要承重结构时,有梁、柱和框架。
2.1 梁式结构
玻璃梁通常作为玻璃采光顶的支承结构,用于高层建筑(词条“高层建筑”由行业大百科提供)的顶部、裙房以及大型公共建筑。为了安全,采光顶的面板和承重梁都必须采用夹胶玻璃。
玻璃梁通常采用铰支座,按简支梁计算
图7 变截面梁(左)和等截面梁(右)
图8 北京海军总医院
图9 北京天文馆
图10 纽约第五大街苹果店交叉玻璃梁系
图11 交错布置的变截面玻璃梁系
图12 玻璃穹顶的支承梁系统
图13 英国维多利亚博物馆采光顶的梁支承结构体系
玻璃采光顶的夹层玻璃面板可以周边支承,也可以采用点支承。按照其支承条件分别进行计算,通常多采用板的有限元分析软件。
图14 点支承的玻璃面板,钢爪(词条“钢爪”由行业大百科提供)支承(左)和夹板支承(右)
2.2 玻璃柱
玻璃柱在受弯平面内截面尺寸很大,可以到800mm或更多;而在受弯平面外,受玻璃厚度所限,通常很小。为提高平面外的稳定性,除高度较小(通常高度6m以下)时可以采用底部支承外,多数情况下采用顶部悬挂的支承方式,使玻璃柱处于拉弯的受力状态。当玻璃柱的高度很大时,常采用多片玻璃夹胶以增大玻璃的厚度,从而加大玻璃柱截面的宽度(图15)。
玻璃柱上下端均采用铰支承,承受玻璃面板传来的自重、风荷载和地震力。玻璃面板可以采用边缘支承方式或点支承方式与玻璃柱连结(图16)。
图15 采用夹胶玻璃的玻璃柱
图16 北京地铁新国展站玻璃墙上的玻璃柱
玻璃柱较高时,可以采用不锈钢板将几段玻璃柱连接为长柱(图17)。
图18为北京芳草地中心高层办公综合建筑,大面积玻璃墙面用玻璃柱支承,形成通透的室内空间。
玻璃柱平面外刚度很小,其平面外稳定性问题要有足够的注意。虽然玻璃柱的一侧有玻璃面板作为平面外的支撑,但是另一侧玻璃柱是无约束的,当承受风吸力时,自由边受压,存在失稳的危险。因此·,当玻璃柱的高度大于8m时,应考虑玻璃柱的稳定问题;大于12m时,必须进行平面外稳定性计算。必要时增加平面外的支撑(图19)。
平面外支撑可以采用水平玻璃梁、水平不锈钢撑杆、水平不锈钢板等。图20为厦门国际会议中心玻璃柱的不锈钢板水平梁式支撑,不锈钢梁自重由竖向不锈钢吊杆支承。
图17 用不锈钢板连结玻璃柱
图18 北京芳草地中心高层办公楼玻璃墙面
图19 深圳观澜球会12m玻璃柱
图20 厦门国际会展中心不锈钢梁支撑(左)和钢梁的吊杆(右)
图21 厦门马可波罗酒店,玻璃梁作为平面外支撑
图22 昆明西山万达,不锈钢管平面外支撑
苏州科技园区设计院高层办公楼,整座建筑的各层玻璃外墙均采用玻璃柱支承,大大扩展了玻璃结构的应用领域(图24)。
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