本文摘自：《建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）創(chuàng)新與發(fā)展》未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載
隨著人們對建筑裝飾美觀要求的不斷提高，越來越多的現(xiàn)代建筑開始使用玻璃護欄。在對建筑室外玻璃護欄(以下簡稱玻璃護欄)的工程設(shè)計中，設(shè)計師通常會直接采用現(xiàn)行的荷載規(guī)范、工程設(shè)計規(guī)范以及部分產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對其構(gòu)配件的采用、結(jié)構(gòu)分析以及功能設(shè)計等方面進行綜合考慮。雖然國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范對室外建筑護欄的建筑設(shè)計要求及安全規(guī)定已具備，但可全國通用并且覆蓋各常見結(jié)構(gòu)形式的玻璃護欄工程技術(shù)規(guī)范目前仍處于缺失狀態(tài)。因此，從事玻璃護欄工程設(shè)計的從業(yè)人員應(yīng)當(dāng)掌握相關(guān)專業(yè)知識及經(jīng)驗，而理清該領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)要點，是保證玻璃護欄的結(jié)構(gòu)安全，以及能否滿足正常使用功能的前提。以下就建筑室外玻璃護欄設(shè)計中的技術(shù)重點進行分析和案例說明。
1 建筑室外玻璃護欄的結(jié)構(gòu)形式
為對其結(jié)構(gòu)性能進行進一步的研究，本文對現(xiàn)行的國內(nèi)外規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)(國外主要為英、美標(biāo)準(zhǔn))進行分析，再結(jié)合國內(nèi)的實際使用情況，以玻璃欄板的固定方式分類，常見的玻璃護欄大致可分為以下三大類。
1.1框支承玻璃護欄
玻璃欄板鑲嵌固定于護欄系統(tǒng)內(nèi)所形成框體之中，形成框支承面板結(jié)構(gòu)，玻璃欄板所受的荷載可完全傳遞到其相鄰的扶手、立柱、邊框等受力構(gòu)件，再由這些構(gòu)件傳遞給建筑物主體結(jié)構(gòu)。玻璃面板主要用于實現(xiàn)安全防護功能，不作為支承結(jié)構(gòu)。如圖1，2，3，4所示。
圖1 四邊支承玻璃護欄圖
圖2 兩邊支承玻璃護欄——單片玻璃鑲嵌
圖3 兩邊支承玻璃護欄——多片玻璃鑲嵌
圖4 三邊支承玻璃護欄
1.2點支承玻璃護欄
玻璃欄板通過點支承的方式固定于護欄系統(tǒng)，玻璃欄板所受的荷載由點支承裝置
和支承結(jié)構(gòu)承受并傳遞至建筑主體結(jié)構(gòu)，如圖5，6所示。和框支承玻璃護欄相似，點支承玻璃欄板也主要起到安全防護作用，并非系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)。
圖5 四點支承玻璃護欄
圖6 四點夾持支承玻璃護欄
1.3玻璃結(jié)構(gòu)護欄
玻璃結(jié)構(gòu)護欄(又稱全玻璃護欄，F(xiàn)reestanding Glass Balustrade或Structural Glass
Balustrade)，是一種采用玻璃作為主要受力構(gòu)件，玻璃欄板既直接承受外部荷載又將荷載傳遞至主體結(jié)構(gòu)的護欄形式。因此，玻璃面板集圍護功能與支承作用為一體。如圖7，8所示。
圖7 玻璃結(jié)構(gòu)護欄1
圖8 玻璃結(jié)構(gòu)護欄2
2 結(jié)構(gòu)設(shè)計所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范
目前，國內(nèi)的玻璃護欄一般按建筑物外圍護結(jié)構(gòu)（詞條“圍護結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。在實際工程中，國內(nèi)玻璃護欄的結(jié)
構(gòu)設(shè)計通常會按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009的規(guī)定執(zhí)行，同時還應(yīng)遵從《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102等相關(guān)行業(yè)規(guī)范以及地方標(biāo)準(zhǔn)等的要求。本文將涉及到玻璃護欄結(jié)構(gòu)安全的主要現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范整理如表1所示。
表1 國內(nèi)玻璃護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要適用標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范依據(jù)
鑒于專門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）的國家級或行業(yè)性玻璃護欄技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)目前還處于空白狀態(tài)，國內(nèi)部分地區(qū)為了更細(xì)化這一領(lǐng)域的技術(shù)要求，也出臺了相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)，進行玻璃護欄設(shè)計也可以參照執(zhí)行，如《重慶市建筑護欄技術(shù)規(guī)程》(DBJ50-123-2010)。綜上所述，現(xiàn)階段玻璃護欄的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要以《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009)和《建筑玻璃（詞條“建筑玻璃”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》(JGJ 113)為標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，即可覆蓋到大部分民用建筑工程的需求。
國內(nèi)部分涉外的玻璃護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計，還有可能參照英、美、澳標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，本文也將其歸結(jié)如表2。
表2 英國、美國、澳大利亞玻璃護欄結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要適用標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范依據(jù)
3 兩類常見玻璃護欄的結(jié)構(gòu)分析
某項目位于廣州市海珠區(qū)，由裙樓及A、B兩棟塔樓組成，總建筑面積19.2萬平方米，總建筑高度A棟159.4米，B棟133.5米，塔樓結(jié)構(gòu)形式為框架核心筒結(jié)構(gòu)。幕墻工程包括：A棟塔樓由隱框單元式幕墻及豎明橫隱單元式幕墻，B棟豎明橫隱單元式幕墻及東西面凹槽部位豎明橫隱框架式玻璃幕墻;裙樓由框架式幕墻、全玻幕墻、鋁板幕墻、玻璃雨棚及其他幕墻系統(tǒng)組成。其中建筑室外玻璃護欄均位于塔樓樓頂及裙樓女兒墻位置，塔樓部位的室外玻璃護欄用途均作為其外側(cè)玻璃幕墻的防護結(jié)構(gòu)，裙樓則有部分直接承擔(dān)女兒墻功能，以滿足裙樓樓頂人員活動的需要。
本工程基本風(fēng)壓Wo = 0.55kN/㎡，地面粗糙度（詞條“地面粗糙度”由行業(yè)大百科提供）取B 類，地震設(shè)防烈度：7度，設(shè)計基本地震加速度值：0.1g。
3.1點支承玻璃護欄受力分析
裙樓玻璃護欄采用點支承玻璃護欄的結(jié)構(gòu)形式，玻璃欄板為四點支撐，欄桿有獨立扶手抵抗沖擊荷載;計算標(biāo)高按裙樓最大標(biāo)高17.3m，玻璃配置為10+1.52pvb+10mm夾膠玻璃。玻璃欄板寬度1195mm，欄板高度1150mm。施工圖大樣及節(jié)點圖如圖9、10所示。
圖9 裙樓室外玻璃護欄大樣圖
圖10裙樓室外玻璃護欄節(jié)點圖
玻璃護欄結(jié)構(gòu)的受力分析，其重點在于玻璃欄板能否滿足工程的結(jié)構(gòu)安全需要，而常規(guī)玻璃護欄的立柱、扶手等部件的結(jié)構(gòu)計算均可采用普通懸挑或簡支梁模型，按現(xiàn)行規(guī)范要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計及力學(xué)驗算即可，本文不再贅述。本項目采用有限元軟件ANSYS對裙樓室外玻璃護欄進行受力分析，采用shell63單元，按照國際單位制尺寸建模。計算模型取單片10mm玻璃加載，面荷載為1600N/m2;約束為四點約束。模型豎直方向為Y方向，垂直玻璃面為Z方向，平行玻璃面為X方向。按照點式支撐結(jié)構(gòu)特點：約束點分布為左上點約束X，Y，Z三個方向平動，右上點約束Y，Z兩個方向平動，左下點約束X，Z兩個方向平動，右下點約束Z方向平動。模型如圖11所示。
圖11裙樓室外玻璃護欄面板結(jié)構(gòu)分析模型
分析計算結(jié)果如圖12、13、14所示。
圖12 裙樓玻璃護欄面板正面強度(單位Pa)
圖13 裙樓玻璃護欄面板背面強度(單位Pa)
根據(jù)玻璃材料特點取第一主應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）結(jié)果，強度值為13.6MPa，10mm鋼化玻璃邊緣強度為59MPa，
強度滿足要求。從計算結(jié)果可以得出點式玻璃欄板的強度最大值通常發(fā)生在四個支撐點和玻璃邊緣區(qū)。
由模型還可算得風(fēng)荷載作用變形為3.718mm。按照國內(nèi)幕墻規(guī)范JGJ102要求點式玻璃的變形限值取支撐點間距較長邊的1/60，所以變形限值為1035mm/60=17.25mm。3.718mm<17.25mm，如圖14所示，變形滿足要求。
圖14 裙樓玻璃護欄面板風(fēng)載變形分析
3.2玻璃結(jié)構(gòu)護欄受力分析
塔樓玻璃護欄玻璃欄板為底部支撐，玻璃頂部抵抗沖擊荷載;計算標(biāo)高按塔樓最大標(biāo)高159.4m，玻璃配置為10+1.52pvb+10mm夾膠玻璃。欄板寬度1200mm，總高度800mm，入槽深度240mm。塔樓護欄大樣圖如圖15所示。
圖15 塔樓室外玻璃護欄大樣圖
圖16 塔樓室外玻璃護欄節(jié)點圖
護欄玻璃面板同樣采用有限元軟件ANSYS進行受力分析，采用shell63單元，按照國際單位制尺寸建模，模型如圖17所示。
圖17 塔樓室外玻璃護欄面板結(jié)構(gòu)分析模型
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