點式玻璃采光頂安全性能分析

　　【摘要】本文通過點式玻璃采光頂與框架式玻璃采光頂的對比分析，提出點式玻璃采光頂與框架式玻璃采光頂比較在受力、安全方面存在的不足，建議玻璃采光頂（雨篷）盡量采用相對安全可靠的結構安裝形式。


　　【主題詞】 點式玻璃 框架是玻璃 采光頂 安全

　　玻璃采光頂最開始是以房屋采光為目的，主要滿足室內采光的需要，后來，隨著社會進步和建筑設計形式的不斷發展，現在的玻璃采光頂不但為了采光的需要，越來越多的體現了裝飾的風格。


　　采光頂的形式有很多，有采光罩、采光板、采光帶，三角天窗等。隨著建筑材料的的革新，不同的形式的采光頂應運而生，建筑的表現手法也越來越多，玻璃采光頂應用也越來越廣泛，現在的玻璃采光頂從幾何形狀上表現風格也不同，有單坡、雙坡、椎體、圓穹等，還有這些幾何單元體組成的群體組成的采光頂聯體。


　　玻璃采光頂的風格一般離不開建筑門窗、幕墻的設計理念，也就是說，目前還沒有脫離門窗、幕墻的系統設計，其安裝方式基本上是門窗、幕墻的形式轉變，有什么樣式的門窗、幕墻，就會出現什么樣式的玻璃采光頂。和建筑幕墻一樣，玻璃采光頂也分為隱框、明框、點駁接等幾種形式。由于點駁接支撐方式具有通透、簡潔、視野好等特點，目前在建筑采光上應用越來越廣泛。


　　任何一個建筑離不開其使用功能。那么，一個好的建筑物，其本身必須滿足使用者的生命安全。點式玻璃采光頂和隱框、明框玻璃采光頂相比較，存在著一定的隱患。


　　一． 影響點式玻璃采光頂安全的外力因素

　　影響玻璃采光頂強度的外力有風荷載、雪荷載、地震作用和自重等常規荷載，這些荷載在建筑設計時設計師已做考慮，設計強度應該滿足這些荷載的破壞能力。那么，影響采光頂的安全主要是外力沖擊（如高空墜物）和玻璃自身應力達到極限，造成玻璃的破碎、爆裂。這些外力一般是無法預見的，不可預報的。


　　根據現有的建筑風格，采光頂一般都是建在樓群中的底層大廳上部，也就是我們所說的裙樓部分的頂部，這些位置都是通道、會所、娛樂場館等上部，下面人口密度相對較大。而周圍高層建筑上的任何設施、物品的墜落都會影響玻璃采光頂的安全，有的甚至一個小螺釘墜落到玻璃板塊的邊緣，都會造成玻璃的破碎、脫落。由于現在玻璃采光頂采用夾層玻璃，玻璃自爆和比較小的磕碰造成的破碎碎片不會脫落，不會脫落傷人。因此采光頂的最大安全威脅是高處墜物在重力加速度作用產生強大外力，但外力達到一定程度時，玻璃破碎后，強度降低，容易整體脫落，傷人的不僅僅是“玻璃雨”。


　　二． 玻璃面板本身的安全隱患

　　根據目前建筑要求，所有采光頂的玻璃全部采用安全玻璃，即鋼化夾膠玻璃。安全玻璃是一個相對的概念，是有條件的。對于安全玻璃脫離使用條件，其危害可能是致命的。玻璃采光頂還不能做到強而不自爆、碎而不散落、不飛濺、不墜落的真正安全玻璃。


　　玻璃易碎是其的物理特性，鋼化玻璃只是通過人為的處理，使玻璃的強度增大，實驗證明，鋼化玻璃的抗沖擊強度是浮法玻璃的3-5倍，抗彎強度是浮法玻璃的2-5倍。鋼化玻璃遇到較大外力破壞后，產生無銳角的細小碎塊（又稱“玻璃雨”），在距離小范圍內，不易傷人。


　　采用夾膠玻璃后，即使玻璃破碎后，碎塊也不會脫落傷人。夾膠玻璃現在普遍用在采光頂上。那么，如何防止夾膠玻璃受到外在因素影響而不會整個板塊脫落呢？尤其是點玻采光頂的出現以來，這也是這設計師應該值得考慮的問題。


　　三． 點式玻璃采光頂安裝方式影響

　　點玻采光頂由于其具有獨特的風格，應用也越來越廣泛，點玻采光頂的安全性也應該值得關注，它和其它安裝方式相比，安全性能受到影響。


　　點式玻璃采光頂所用的玻璃，由于鉆孔而導致孔便玻璃強度降低約30%。即使采用鋼化夾膠玻璃，只是提高其本身提抗外力能力，相對同種類玻璃（不需打孔的框架安裝方式）強度還是降低了。也并不能保證采光頂的功能的絕對安全可靠。


　　我們在實際中，經常會遇到采光頂（雨篷）玻璃破碎現象。也遇到過點玻采光頂整體脫落的工程。

　　圖1是點式玻璃采光頂3件玻璃（左邊1件，右邊2件）破碎脫落后情況，從中可以看出，右邊兩件已經完全脫落了，而左邊1件在左邊還有殘損保留，基本沒有脫落，右邊玻璃PVB膠片與玻璃被拉斷脫落的。其原因就是左邊玻璃的左邊是鑲嵌在金屬玻璃副框內并打膠處理的，當玻璃采光頂受到外力作用脫落時，槽口（副框）固定，受力面增加而保護玻璃不至于完全脫落，即使將夾膠玻璃拉斷，也沒有破壞槽口（副框）與玻璃的連接。


　　從這種現象可以說明，鋼化夾膠玻璃（通常認為是安全玻璃）也不是完全安全可靠的。也是可以遭到破壞拉斷的。點式玻璃采光頂的安全性能和框架連接相比，安全性相對要差一些。


　　四． 玻璃采光頂強度對比計算

　　我們根據玻璃幕墻（采光頂）計算的相關規范做一下比較，看看同種玻璃材料相同規格，不同安裝方式的抗拉強度的比較,即點駁接式與框架結構膠膠結玻璃板塊的抗拉強度對比。


　　1.框架式采光頂玻璃板塊應力計算公式

　　垂直于玻璃平面的荷載作用下，其最大應力σ1w可按下式計算：


　　σ1＝６m1Sa2/t2 η1

　　式中 σ1──荷載作用下玻璃最大應力（N/mm2）； ---
　　S──荷載設計值（N/mm2）；

　　a── 玻璃短邊邊長 （mm）
　　t── 玻璃的厚度mm； 中空玻璃的厚度取單片外側玻璃厚度的1.2 倍；

　　夾層玻璃的厚度取單片玻璃厚度的1.25倍；

　　m1──系數，可按邊長比a/b由表1查出 (b為長邊邊長)；

　　η1──折減系數。由表2查的。


　　表1

a/b	0.00		0.25		0.33		0.40		0.50		0.55		0.60		0.65
m1	0.125		0.1230		0.1180		0.1115		0.1000		0.0934		0.0868		0.0804
a/b		0.70		0.75		0.80		0.85		0.90		0.95		1.00
m1		0.0742		0.0683		0.0628		0.0576		0.0528		0.0483		0.0442

　　表2中θ=Sα4/(Et4) , 從表2中可以看出，折減系數由1.0—0.5，在這里考慮框架采光頂σ1應該取最大值，因此，η1取1.0.則：

θ	≤5.0	10.0	20.0	40.0	60.0	80.0	100.0
η1	1.00	0.96	0.92	0.84	0.78	0.73	0.68
θ	120.0	150.0	200.0	250.0	300.0	350.0	≥400
η1	0.65	0.61	0.57	0.54	0.52	0.51	0.50

　　σ1＝６m1Sα2/t2

　　2.點式采光頂玻璃板塊應力計算公式

　　垂直于玻璃平面的荷載作用下，其最大應力σ1w可按下式計算：


　　σ2＝６m2Sb2/t2 η2

　　式中 σ1──荷載作用下玻璃最大應力（N/mm2）；

　　S──荷載設計值（N/mm2）；

　　b── 玻璃長邊邊長 （mm）
　　t── 玻璃的厚度mm； 中空玻璃的厚度取單片外側玻璃厚度的1.2 倍；

　　夾層玻璃的厚度取單片玻璃厚度的1.25倍；

　　M2──系數，可按邊長比a/b由表3查出 (b為長邊邊長)；

　　η2──折減系數。由表4查的。


　　表3　　

a/b	0.00		0.25		0.33		0.40		0.50		0.55		0.60		0.65
m2	0.125		0.126		0.127		0.129		0.130		0.132		0.134		0.136
a/b		0.70		0.75		0.80		0.85		0.90		0.95		1.00
m2		0.138		0.140		0.142		0.145		0.148		0.151		0.154

　　表4中θ=Sα4/(Et4) , 從表4中可以看出，折減系數由1.0—0.5，在這里考慮點式玻璃采光頂σ2 與框架玻璃采光頂做比較時，為了更好地說明問題，這里σ2 取最小值，因此，η2取0.50.則：

θ	≤5.0	10.0	20.0	40.0	60.0	80.0	100.0
η1	1.00	0.96	0.92	0.84	0.78	0.73	0.68
θ	120.0	150.0	200.0	250.0	300.0	350.0	≥400
η1	0.65	0.61	0.57	0.54	0.52	0.51	0.50

　　σ2＝６m2Sb2/t2 *0.5

　　2.應力比較

　　框架式采光頂玻璃板塊應力σ1與點式支承采光頂玻璃板塊應力σ2比較

　　σ1/σ2=(６m1Sα2/t2)/ (６m2Sb2/t2 *0.5)

　　=2*(m1/m2)*(α/ b) 2

　　那么，相同玻璃品種規格，相同荷載等條件下，框架式與點式玻璃采光頂應力比較見表5

　　表5

a/b	0.00	0.25	0.33	0.40	0.50	0.55	0.60	0.65
m1	0.1250	0.1230	0.1180	0.1115	0.1000	0.0934	0.0868	0.0804
m2	0.125	0.126	0.127	0.129	0.130	0.132	0.134	0.136
σ1/σ2	0.000	0.122	0.206	0.276	0.384	0.418	0.466	0.50
a/b	0.70	0.75	0.80	0.85	0.90	0.95	1.00
m1	0.0742	0.0683	0.0628	0.0576	0.0528	0.0483	0.0442
m2	0.138	0.140	0.142	0.145	0.148	0.151	0.154
σ1/σ2	0.528	0.548	0.566	0.574	0.578	0.577	0.574

　　相同玻璃品種規格，相同荷載等條件下，框架式采光頂玻璃板塊計算折減系數取1.0，點式玻璃板塊的折現系數取0.5，框架式采光頂玻璃板塊應力僅為點式玻璃板塊的（0.122~0.578）倍。這說明框架式玻璃板塊承受強度能力增加。


　　五．結論
　　從安全性能方面，框架式玻璃采光頂（雨篷）要好于點駁接式玻璃采光頂（雨篷）。雖然框架式采光頂（雨篷）也不是絕對安全的，但是，框架式玻璃采光頂（雨篷）相對點式玻璃采光頂安全可靠一些。因此，在施工設計中，不要一昧追求點駁接式玻璃形式，盡量多采用框架式玻璃采光頂（雨篷），增大建筑的安全系數。

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