图23 苏州科技园区设计院办公楼全高各层布置的玻璃柱
2015年，杭州浙商财富中心的全玻璃大堂创造了全世界最高玻璃柱的记录，玻璃柱高度达到28m。玻璃柱分为3段，在现场安装、就位、连接。玻璃柱截面高度850mm，截面厚度104.1mm，采用5片19mm超白钢化玻璃用2.25mm厚的SGP高强胶片夹胶。三段玻璃柱构件用不锈钢板和不锈钢螺栓现场连接。
柱的上下端均采用不锈钢夹板形成铰支座(图24)。
图24杭州浙商财富中心28m高玻璃墙
2.3 超大尺寸玻璃面板
我国已有多家玻璃公司可以生产世界最大规格的玻璃平板(18m X 4m X 25mm)，并且北京玻璃公司已具有相应的钢化、热弯、夹胶等深加工能力。所以目前世界各地的超大玻璃面板均由中国供应。
2012年，我国首先生产了12m X 2.6m 热弯、钢化、夹胶玻璃，供应上海苹果店，打破了国外长度不大于6m 的局限。12块弯曲玻璃，每块玻璃价格达到RMB 120万元。从此，更大规格的面板玻璃不断供应客户要求(图25)。
图25超大尺寸玻璃面板
2.4 无立柱玻璃板外墙
2015年，形状如同巨型飞碟的苹果公司总部在美国加州兴建，玻璃外墙采用14m X 3.3m的超大热弯、钢化、中空玻璃(图26)，玻璃加工设备由中国供应。玻璃外墙不设玻璃柱，全部荷载由玻璃板单独承担。
图26美国加州苹果公司总部(左)和采用的14m超大弯玻璃(右)
图27为美国华盛顿总部办公楼，外墙全部为一层楼高的热弯玻璃，由上下层楼面结构简支，玻璃尺寸为3.2m X 1.5m。室内向外望非常通透。
图27 华盛顿TBS总部办公楼采用大尺寸弯弧玻璃(左)，室内非常通透(右)
同样的设计也在巴黎的UNIC项目13层住宅中采用，全部外墙为无玻璃柱支承大尺寸玻璃板，连外挑阳台的栏板也全部采用透明玻璃(图28)。
图28 巴黎UNIC项目住宅楼独立玻璃板外墙
2.5 玻璃框架
全玻璃建筑要求采用透明的玻璃框架。玻璃框架的梁柱构件受力很大，要采用夹胶钢化玻璃。框架梁柱节点为刚性连接时，可以采用不锈钢板和不锈钢螺栓连接，也有工程采用胶接(图29，图30)。
图29框架梁柱采用不锈钢板连接
图30 框架梁柱采用胶结
图31为2000年建成的第一个苹果店，位于纽约曼哈顿第五大街，由于当时没有超大玻璃，玻璃面板沿高度分为3块，玻璃柱整根，高度9m，5片15mm玻璃夹胶。玻璃框架梁柱用不锈钢螺栓连接，双向布置，顶部成为交叉梁系。
图31 纽约曼哈顿苹果店的玻璃框架结构
此后,苹果店大量采用玻璃框架结构。上海浦东苹果店2012年首次采用了12块高度达12.6m的整片超大玻璃，相应布置了12榀12.6m高的玻璃框架，汇交于顶部的玻璃环梁上。其中4榀组成正交的门式框架。 (图32)
图32 上海普通苹果店 空间玻璃框架系统
2014年建成的北京三里屯苹果店采用L形玻璃框架，梁柱一体，由整块玻璃切割而成(图33)。
图33由大尺寸玻璃切割出来，再进行夹胶的L形梁柱整体框架
2.6 玻璃楼梯
在玻璃建筑中，楼梯自然也采用玻璃结构。玻璃楼梯，无论直楼梯还是螺旋楼梯，都以扶手栏板为承重主梁，楼梯踏板安装在栏板上。栏板和踏板都采用夹胶玻璃以保证安全。踏板通常3片玻璃夹胶，面层玻璃常用刻花玻璃防滑(图34、图35)。
图34 玻璃楼梯
图35 踏板固定在玻璃栏板(主梁)上
类似于玻璃楼梯，美国洛杉矶国民银行大楼300m高空设置了玻璃滑梯，也是以玻璃栏板作为主梁，32mm厚的夹胶玻璃底板承重(图36)。
图36洛杉矶国民银行大楼300m高空的玻璃滑梯
3 玻璃结构设计的一些问题
玻璃虽然强度高，但毕竟是脆性材料，而且玻璃构件很薄，所以设计时必须进行认真的强度和刚度计算，玻璃柱还应考虑侧向稳定的问题。曾经发生过玻璃结构在强风作用下破坏的事例。如世界上建筑面积最大的单体工程—成都环球中心的玻璃墙，2016年8月7日，12m高的玻璃柱在强风作用下破坏，导致玻璃墙大面积塌落(图38)。
图37 成都环球中心玻璃墙在强风作用下塌落
3.1 玻璃的材料力学性能
1 强度设计值（词条“强度设计值”由行业大百科提供）
玻璃是脆性材料，一直到临近破坏，应力与应变几乎是直线关系。玻璃的总设计安全系数K一般取为2.5。考虑到主要荷载风力分项系数K1为1.4，所以材料分项系数K2取为1.8。按照《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102 的规定，玻璃的强度设计值可按表2的规定采用。表2中端面指玻璃切割后所形成的表面，其宽度等于玻璃的厚度。边缘指临近端面的玻璃表面，因切割产生微裂缝，强度有所降低。
玻璃存在许多微观裂缝，在持续应力作用下，其后期强度会降低。因此，采光顶的玻璃面板、玻璃梁、长期水压作用下的水族箱板、水池底板等永久性受力的玻璃构件，其强度设计值应按表2数值的50%采用。
2 其他力学性能
玻璃的弹性模量E为0.72 X 105 N/mm2，玻璃的线膨胀系数为1.0 X 10-5。
表2玻璃的强度设计值 (N/mm2)
|
种类 |
厚度（mm） |
大面 |
端面 |
边缘强度 |
|
平板玻璃 |
5～12 |
28.0 |
20.0 |
22.0 |
|
15～19 |
24.0 |
17.0 |
19.0 |
|
≥20 |
20.0 |
14.0 |
16.0 |
|
钢化玻璃 |
5～12 |
84.0 |
59.0 |
67.0 |
|
15～19 |
72.0 |
51.0 |
58.0 |
|
≥20 |
59.0 |
42.0 |
47.0 |
注：1 夹层玻璃和中空玻璃的强度设计值可按所采用的玻璃类型确定;
2 当钢化玻璃的强度标准值达不到平板玻璃强度标准值的3倍时，表中数值应根据实测结果予以调整;
3.2 内力分析和截面计算
玻璃可以认为是弹性（词条“弹性”由行业大百科提供）均质材料，按弹性构件进行内力分析，并采用通行的弹性内力分析软件。
截面计算可按材料力学方法进行。
3.3 相关钢结构设计
与玻璃结构相关的钢结构，包括钢—玻璃混合结构的钢结构部分，按《钢结构设计规范》 GB50017进行。采用不锈钢板连接玻璃构件，连接计算也按钢结构的方法进行。
4 结语
对于大多数结构设计人员来说，玻璃是一种尚待熟悉的结构材料，玻璃结构设计经验还较少。近年来建筑师采用玻璃结构逐渐增多，结构设计也开始接触这一领域。新材料（词条“新材料”由行业大百科提供）、新结构，对于我们将是新的机遇。
本文摘自：《建筑幕墙创新与发展》未经许可不得转载
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