马启元：倍增幕墙玻璃粘结强度设计值的风险

　　（3）规定设计使用年限内建筑结构应具有足够的可靠度，可靠度采用以概率理论为基础的极限设计方法分析确定。结构胶承载能力与设计荷载可视为粘结失效概率分布的随机变量，通过简单的点载荷装置及试验程序，可检测和评估玻璃幕墙粘结可靠性，即依据玻璃粘结结构尺寸、粘结胶缝宽度、厚度及硅酮结构胶模量，通过有限元分析设定对结构胶缝施加等同于设计荷载作用的点荷载，测定设计荷载下结构胶的应力、位移及粘结失效的频度，统计粘结失效概率分布。研究检测了横明竖隐粘结装配的100块玻璃，玻璃尺寸为1200mm 乘以2400mm x乘以6mm，结构胶模量为0. 14MPa/16%，粘结宽度14mm，胶层厚度10mm，试验结果表明(图6)，粘结尺寸及结构胶给定条件下，提高设计载荷将导致粘结失效概率速度增大。

　　5.结语

　　结构胶强度设计值是由材料特性决定的技术参数，我国采用国际同业规范的设计值为结构安全提供了基本保证。尽管我国幕墙工程建设项目多，积累了不少经验，但少有针对幕墙玻璃粘结结构耐久性和可靠性的试验研究，少见有关粘结结构荷载效应及与结构胶非线性力学特性关系的试验研究。创新应以科学试验为基础，建议结合重要性高的玻璃幕墙设计和建设，开展相应的专项研究。本文依据结构胶材料特性及相关资料，针对倍增结构胶强度设计值可能带来的风险做了初步分析，供业内参考。建筑玻璃幕墙安全等级为一级，玻璃坠落可能产生后果严重，社会影响加大，项目建设应该关注安全，尽量避免可能的风险．

参考文献

　　[1]建标新核准(A2一2008)，《准予采用白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶提高结构胶强度设计值的建设行政许可决定书》，中国幕墙网，http; I/bbs. alwindoor. comlviewthread. pbp? tid=14035
　　[2]《大荷载作用下减小隐框玻璃幕墙结构胶粘结宽度的尝试》，2008.8.27,中国幕墙网，http://bbs. alwindoor.com/
　　[3]ASTM C1401丈结构密封胶粘结玻璃装配结构体系的标准指南》
　　[4]郭仲衡，非线性弹性理论，科学出版社，北京，1980
　　[5]PAUL LUDWIG GEISS，粘结接头在静态负载条件下的蟠变和松弛行为，中国胶粘剂，VoL .17No. 3，Mar. 2008
　　[6]ETAG 002《结构密封胶粘结玻璃装配结构体系(SSGS)欧洲技术认证指南》，附录l
　　[7]马启元，幕墒玻璃结构粘结尺寸设定及选材，08门窗幕墙年会论文集，中国建筑金属结构协会
　　[8]GB 50068一2001，建筑结构可靠度设计统一标准，第一章
　　[9]ASTM C1392-10(2005》，结构密封胶粘接装配可靠性评估标准指南
　　[10]”Structural Silicone Glazing:in一Service Reliabi工ity Evaluation，”Science and Technology of Building Seals，Sealants，Glazing，andWaterprnafn, Sixth Volune. ASTM ST P1286，James C. Myers，Ed.，American Society for Testing and Materials，1996.

本文延伸报道：

大荷载作用下减小隐框玻璃幕墙结构胶粘结宽度的尝试

　　随着建筑业的迅猛发展，建筑造型逐渐个性化，建筑幕墙的形式也随之多样化、复杂化。人们对建筑的要求越来越高，美观、舒适、节能、环保都是建筑师在设计时必须考虑的问题，要达到这四者的完美统一，现有的技术、材料和工艺水平有时已经无法满足建筑师的要求，迫切需要新技术、新材料、新工艺的推出来解决这些问题。

　　目前，玻璃幕墙行业有些情况非常值得关注：

　　1. 高层、超高层建筑的隐框玻璃幕墙；
　　2. 玻璃板块、分格特别大的隐框玻璃幕墙；
　　3. 由于节能、安全等方面的要求，要使用夹层中空玻璃的隐框玻璃幕墙；
　　4. 在抗震9度设防的地区建造的隐框玻璃幕墙。

　　上述几种情况，玻璃幕墙使用的硅酮结构密封胶所需承受的荷载均可能较常规玻璃幕墙大，如果遇到上述几种情况的组合，按照现有规范进行设计计算，结构胶的宽度将大大增加。

　　JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》（以下简称《规范》）中对于结构胶的粘结宽度有下面一些要求：
　　1. 宽度大于等于7mm；厚度大于等于6mm；厚度≤宽度≤2倍厚度；厚度≤12mm。
　　2. 硅酮结构密封胶应根据不同的受力情况进行承载力极限状态验算。在风荷载、水平地震作用下，硅酮结构密封胶的拉应力或剪应力设计值不应大于其强度设计值f1，f1应取0.2N/mm2；在永久荷载作用下，硅酮结构密封胶的拉应力或剪应力设计值不应大于其强度设计值f2，f2应取0.01N/mm2。
　　3. 竖向隐框、半隐框玻璃幕墙中玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度，非抗震设计时，可取第a、c款计算的较大值；抗震设计时，可取第b、c款计算的较大值。

　　a) 在风荷载作用下的粘接宽度计算：

　　b) 在风荷载和水平地震作用下的粘接宽度计算：

　　c) 在玻璃永久荷载作用下的粘接宽度计算：

　　4. 水平倒挂的隐框、半隐框玻璃和铝框之间硅酮结构密封胶的粘接宽度计算：

　　在一般的荷载情况下，按照上面的公式进行计算，结构胶的宽度通常可以限制在7-24mm范围内，满足《规范》的要求。但是，在遇到上述几种情况或上述几种情况的组合时，结构胶的宽度经常超过24mm，有时甚至达到40mm以上。

　　比如，某工程各参数如下：
　　玻璃：8+1.52PVB+10+12A+10；
　　玻璃尺寸：1448mm×4426 mm；
　　水平组合荷载设计值W合=8.941KPa；
　　垂直组合荷载设计值qG =0.860 KPa；

　　按照《规范》计算：

　　取两者的最大值，硅酮结构胶的粘结宽度达47mm，远远大于24mm，不仅无法满足《规范》要求的7-24mm的范围，也会严重影响幕墙的视觉效果，更会由于铝材耗费量的增加而大大增加幕墙建造的成本。
　　那么，有没有可能在保证安全的前提下减小结构胶的粘结宽度呢？从上面的计算公式可以看出，由于所有的参数都是固定的，只有提高硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2才能减小结构胶的粘结宽度。
　　JGJ 102-2003 条文说明第5.6.2条解释了硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2的取值依据：“现行国家标准《建筑用硅酮结构密封胶》GB 16776中，规定了硅酮结构密封胶的拉伸强度值不低于0.6N/m2，在风荷载或地震作用下，硅酮结构密封胶的总安全系数取不小于4，套用概率极限状态设计方法，风荷载分项系数取1.4，地震作用分项系数取1.3，则其强度设计值f1约为0.21～0.195N/m2，本规范取为0.2N/m2，此时材料分项系数约为3.0。在永久荷载（重力荷载）作用下，硅酮结构密封胶的强度设计值f2取为风荷载作用下强度设计值的1/20，即0.01N/m2。”
　　根据上述说明，如果硅酮结构胶的拉伸强度标准值大于0.6 N/m2，就有可能在不降低安全系数的前提下提高硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2，从而减小硅酮结构胶的粘结宽度。

　　广州市白云化工有限公司生产的白云牌SS921/SS922超高性能硅酮结构密封胶的拉伸强度标准值为1.2MPa，是GB16776规定的拉伸强度标准值（0.6MPa）的2倍，按照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003条文说明5.6.2对结构胶设计参数的取用方法，可将硅酮结构密封胶的强度设计值f1、f2分别提高至原来的2倍，
　　f1=1.2/3.0=0.4N/mm2、f2=1.2/60.0=0.02N/mm2。
　　按照f1=0.4N/mm2、f2=0.02N/mm2进行上面的计算

　　结构胶粘结宽度小于24mm，在保证幕墙安全性的前提下，满足了幕墙美观的需要，同时节省了铝材的用量，可谓一举多得。
　　在广州西塔主塔楼幕墙工程中，设计师选用白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶，将结构胶的强度设计值f1、f2分别提高至原来的2倍，减小了硅酮结构胶的粘结宽度。
　　如此大幅度地提高硅酮结构密封胶的强度设计值，在国内尚属首次。由于没有先例，为了确保幕墙的安全，设计师还设置了托条和安全夹等双重保护措施。在专家论证会上，设计方案获得了与会专家的一致认同。

　　综上所述，在大荷载作用下，隐框玻璃幕墙结构胶宽度的设计，可以通过选用高性能的硅酮结构密封胶、提高其强度设计值f1、f2并设置一定保护措施的方式来减小硅酮结构胶粘结宽度，使幕墙既安全又美观。

延伸报道：

广州珠江新城西塔项目幕墙设计重要问题专家意见

　　一、本工程幕墙承受大荷载、大位移的部位，可以采用高性能硅酮结构胶。生产厂家应提供性能检测报告。结构胶的短期荷载强度设计值可按标准值除以系数3.0后采用，长期荷载下强度设计值可按标准值除以系数60.0后采用。结构胶变位承受能力可按应力一变位曲线关系中应力为0.7f1时的变形值采用
（f1为短期荷载作用下强度设计值）。
　　二、结构胶的厚度设计时，位移值按弹性位移允许值设计。

　　　　　　　　　　　　　　　　二00七年十二月二十七日

广州珠江新城西塔项目主塔外幕墙采用白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶，
提高结构胶强度设计值专题技术论证会——会议纪要

　　由广东省建设厅组织的“广州珠江新城西塔项目采用白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶，提高结构胶强度设计值”专题技术论证会于2008年4月21日下午在广州召开。到会的专家有：郑金峰、赵西安、龙文志、杨仕超、姜仁、闭思廉、莫英光、花定兴、席时葭。广东省建筑科学研究院、建设单位、深圳金粤幕墙装饰工程有限公司对广州珠江新城西塔项目主塔楼外墙全隐框单元式幕墙提高结构胶强度设计值的取值要求进行了说明。广州市白云化工实业有限公司对白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶的性能特点进行了介绍。
　　广州珠江新城西塔项目主塔楼为高达432米的超高层建筑，毗邻珠江，属于台风地区，其外幕墙采用全隐框幕墙结构形式，板块分格大，采用夹胶中空玻璃，因此风荷载和玻璃自重荷载都较大。如果采用现行JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中结构胶的强度设计值（f1=0.2N/㎜2、f2=0.01N/㎜2）尚难满足工程实际要求，因此需采用更高性能的硅酮结构密封胶，提高结构胶的强度设计值。由于白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶的强度标准值为1.2MPa，是国家标准GB16776-2005要求的2倍，所以可将结构胶设计值f1、f2相应提高至JGJ102-2003规范要求的2倍，同时在设计方案中采取在玻璃下端设置托条，并设置安全夹，确保工程安全。
　　与会专家经过认真讨论，论证意见如下：
　　1、提供论证的资料齐全，符合《采用不符合工程建设强制性标准的新技术、新工艺、新材料核准》的要求。
　　2、经国家建筑材料工业建筑防水材料产品质量监督检验测试中心检测，白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶的性能符合广州市白云化工实业有限公司企业标准Q/BYHG13-2008《建筑幕墙用高性能硅酮结构密封胶》的要求。
　　3、白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶能够满足广州珠江新城西塔项目主塔外幕墙的设计要求。
　　与会专家一致认为：白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶可在广州珠江新城西塔项目主塔楼玻璃幕墙中使用。按照JGJ102-2003规范中结构胶设计参数的取值方法，可将结构胶在风荷载或地震作用下的强度设计值f1提高至0.4N/㎜2,在永久荷载作用下的强度设计值f2提高至0.02 N/㎜2。
　　与会专家建议，中空玻璃二道密封胶亦采用白云牌SS922超高性能硅酮结构密封胶，其宽度应由计算确定。
　　　　　　　　　　　　　　　　　专家组组长：郑金峰
　　　　　　　　　　　　　　　　　专家组副组长：赵西安、龙文志
　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年4月21日

　　附录：
　　1. SS922其产品质量应符合广州市质量技术监督管理处备案号QB/440100830306-2005
　　企业标Q/（NGS）BYNJ 13-2005的规定，即其指标达到：拉伸粘接性 拉伸粘接强度（MPa） 标准条件≥1.20 ， 900≥0.80 ，-300≥0.8 0 ， 浸水后≥0.80 ， 水-紫外线光照后≥0.80 ；
　　粘接破坏面积≥5% ；最大拉伸强度时伸长率≥200。

　　2.按上述文件精神，f1取0.40N/mm2、f2取0.02N/mm2。
　　δ取值白云厂产品样本标为：（对应于0.28MPa时的伸长率）SS921——0.14，SS922——0.12。

 

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