、玻璃断裂力学及玻璃结构第三章玻璃、断裂力学及玻璃构造第一节玻璃玻璃是一种均质的材料，一种固化的液体，分子完全任意排列。由于它是各种化学键的组合，因此没有化学公式。玻璃没有熔点，当它被加热时，会逐渐从固体状态转变为具有塑性的黏质状态，最后成为一种液体状态。与其他那些因测量方向不同而表现出不同特性的晶体相比，玻璃表现了各向同性，即它的性能不是由方向决定的。当前用于建筑的玻璃是钠钙硅酸盐玻生产过程中，原材料要被加热到很高的温度，使其在冷却前变成黏性状态，再冷却成形。311玻璃的力学性能常温下玻璃有许多优异的力学性能：高的抗压强度、好的弹性、高的硬度，莫氏硬度在5〜6之间，用一般的金属刻化玻璃很难留下痕迹，切割玻璃要用硬度极高的金刚石。抗压强度比抗拉强度高数倍。常用玻璃与常用建筑材料的强度比拟如下：玻璃钢〔Q235铸铁水泥抗压强度〔Mpa630〜126065020〜80抗拉强度〔Mpa28〜70380〜470100〜280312玻璃没有屈服强度玻璃的应力应变拉伸曲线与钢和塑料是不同的，钢和塑料的拉伸应力在没有超过比例极限以前，应力与应变呈线性直线关系，超过弹性极限并小于强度极限，应变增加很快，而应力几乎没有增加，超过屈服极限以后，应力随应变非线性增加，直至钢材断裂。玻璃是典型的脆性材料，其应力应变关系呈线性关系直至破坏，没有屈服极限，与其它建筑材料不同的是：玻璃在它的应力峰值区，不能产生屈服而重新分布，一旦强度超过那么立即发生破坏。应力与变形曲线玻璃的理论断裂强度远大于实际强度。玻璃的理论断裂强度就是玻璃材料断裂强度在理论上可能到达的最高值，计算玻璃理论断裂强度应该从原子间结合力入手，因为只有克制了原子间的结合力，玻璃才有可能发生断裂。Kelly在1973年的研究说明理想的玻璃理论断裂强度一般处于材料弹性模量的110〜120之间，大约为07MPa,远大于实际强度，在实际材料中，只有少量的经过精心制作极细的玻璃纤维的断裂强度，能够到达或者接近这一理论的计算结果。断裂强度的理论值和建筑玻璃的实际值之间存在的悬殊的差异，是因为玻璃在制造过程中不可防止的在外表产生很多肉眼看不见的裂纹，深度约002卩m每mm面积有几百条，又称格里菲思裂纹，见图3-2、图3-3。至使断裂强度的理论值远大于实际值。1913年Inglis提出应力集中理论，指出截面的急剧变化和裂纹缺陷附近的区域将产生显著的应力集中效应，即这些区域中的最大拉应力要比平均拉应力大或者大很多。对于韧性材料，当最大拉应力超过屈服强度之后，由于材料的屈服效应使应力的分布愈来愈均匀，应力集中效应下降；对玻璃这样脆性材料，高度的应力集中效应保持到断裂时为止，所以对玻璃构造除了要考虑应力集中效应之外，还要考虑断裂韧性。外表的格里菲思裂纹314玻璃断裂的特点。、断裂强度大小不一，离散度很大，见图3-5、断裂强度与裂纹深度有直接关系，见图3-64）、断裂强度与荷载的持续时间有一定的关系，见图3-7。图3-2玻璃外表裂纹图3-3玻璃（直方图）DJmrr3SDD5Tin-30VPi010EE2Srw^armZGMPH图3-4是玻璃外表裂纹程度不同的三种玻璃（累加频率图）图3-5玻璃断裂强度统计分析图图3-6玻璃断裂强度与裂纹深度关系图3-7玻璃断裂强度与荷载时间关系315玻璃的统计力学强度。玻璃的断裂强度离散性大，强度的测定与测试条件如加载方式、加载速率、持续时间等密切相关。很多国家往往采用统计分析方法推断出玻璃强度的估算公式，通常将几百片玻璃破坏的试验结果进展统计处理，求出平均值和标准差，推断玻璃的力学强度，给出设计平安系数与失效关系如下：平安系数101520253033失效概率50%9%1%01%001%0003%第二节玻璃的断裂力学321概述在传统的强度计算中，构件看成不带裂纹的连续体，并以工作应力或以应力设计值和材料强度设计值相比拟来判断构件的强度，实践证明对一般构造，这种传统的方法是可靠的，但对像玻璃这样的脆性材料，可靠性是不够的，研究玻璃构造的平安使用问题，必须从玻璃材料不可防止地存在裂纹这一客观的事实出发，既要考虑裂纹应力集中的效应，又要考虑玻璃材料的断裂韧性，早在二十世纪二十年代，格里菲思Griffith对玻璃低应力脆断的理论分析，提出了玻璃的实际强度取决于裂纹扩展应力的著名论点，创立了玻璃断裂力学，即线弹性断裂力学。随后开展的弹塑性断裂力学在导弹、飞机、原子能、桥梁、大型锻焊件等构造得到了成功的应用，显示了断裂力学强大的生命力。研究裂纹尖端附近的应力、位移以及裂纹扩展规律的力学，称为断裂力学。玻璃构件的断裂是由于其中存在裂纹并在一定应力水平下扩展而导致的。在发生脆性断裂前，除了裂纹端部附近的很小范围外，材料均处于弹性状态，可按线弹性理论来分析应力和变形，称之为“线弹性断裂力学〃。二十世纪五十年代，采用复变函数分析方法，对裂纹端部的应力与变形进展研究，发现应力场的水平只与参数Ki（张开型裂纹）有关，称此为应力强度因子。玻璃构造一般为有限宽度的薄板，外表裂纹呈非贯穿性，按照断裂力学的分析方法，笔者推荐玻璃构造Ki的估算式为：=11nx应力强度因子断裂韧度及断裂判据。断裂力学的试验说明：对于一定厚度的玻璃，当应力强度因子到达某一临界值，裂纹即迅速扩展（称为失稳扩展）而导致玻璃构造脆性断裂，这就更进一步证明用应力强度因子来描述裂纹尖端的受力程度，是客观反映了玻璃构造脆性断裂的本使裂纹发生失稳扩展的临界应力强度因子值，称为材料的断裂韧度，以Kc示，玻璃构造脆性断裂的判据：Ki=KcKc玻璃不断裂；当KiKic玻璃断裂。Kic是材料固有的一种力学性质，根据文献一？Construireenverre?，笔者推算浮法玻璃的Kc〜ix10322几点应用3221理想玻璃的强度为什么大？根据第一节中1、浮法玻璃的K1c=1X101010N^,代入式，理想玻璃的外表裂纹的深度为：101010〜2X1002nm理想玻璃的外表裂纹深度比纳米还低一个数量级，到达原子级尺寸水平，即理想玻璃无宏观裂纹。3222浮法玻璃的强度为什么小？根据第一节中1式得：K1c11a125X10-6浮法玻璃的断裂韧度Kc=1X1032代入41X10321110-640Nmm这个数值和一般浮法玻璃的强度标准值相吻合，也就是说浮法玻璃的强度为什么比理想玻璃小很多，是因为一般的浮法玻璃外表有宏观裂纹，假设外表裂纹的深度大于5xio-6m那么强度会更小。玻璃的断裂应力为什么随温度的升高而有所上升？试验说明，当温度高于200C，玻璃的强度随温度增加而上升， 这在传统力学 是很难理解的。因为温度超过 200C，玻璃开场软化， 根据断裂力学原理，裂纹尖端产生了屈服区，理论推算裂纹尖端屈服 区的半径ro= 温度越高，屈服强度越小，根据5式ro越大。这相当于原来裂 纹的深度a 少了ro,根据4式得： 12 从5、6式可看出，温度升高ro增大，a—ro 减小，断裂应 增大。3223 钢化玻璃的强度为什么高？ 钢化玻璃的生产方法：把玻璃加热到接近软化温度 不低于 640C，然后出炉进展快速冷却，使玻璃外表产生了压应力，玻璃 外表的荷载拉应 和玻璃外表的压应力oU相抵消，降低了玻璃 外表实际拉应力的水平，从而提 高了玻璃的强度。如图 3-8。 图3-8钢化玻璃的增强机理示意图 一般钢化玻璃外表的预压应力。U= 70MPa 浮法玻璃的强度。f =50MPa 那么钢化玻璃的强度 24一般钢化玻璃的强度为浮法玻璃的 4-5 倍，因此，上述分析是不 够的，还需附 断裂力学的分析。人们还发现用氢氟酸处理玻璃外表， 会使玻璃强度大大堤高，这 是由于氢氟酸的强腐蚀，使玻璃外表裂纹 尖端发生钝化所致；同样，玻璃加热到高 温时，外表裂纹的尖端也会 发生钝化，相当于裂纹原来深度 化半径，根据式可得： 12 假设aa-r=8，钢化玻璃的强度可估算如下： 50MP+70MPa=2115MPa 这和一般钢化玻璃的强度平均值相吻合。 3224 JGJ102 标准的玻璃强度对应的 是多少?JGJ102 标准确定：12mm厚的浮法玻璃大面强度设计值 fg =28Nmm，边缘强度设计值fgi=195Nmm，破坏概率为0001，平安系数K2 =1785， 那么大面强度标准值f k=50Nmrm，边缘强度标准值fgki =35Nmm，根据3式估 算，分别对应外表裂纹深度 a=Kic11fgk 5X10 ai=Kic11fgk1 11x35 这根本和玻璃外表正常质量、磨边正常质量相当。第三节玻璃构造设计 331 玻璃幕墙构造平安设计 玻璃幕墙工程技术标准JGJ 102 96中，玻璃幕墙构造平安设计采用了两 种方法，即允许应力法和多系数法。这两种方法的设计概 念是根据全部构造不考 虑单个部件的作用无条件保证平安这一要 求而产生的，称之为“平安寿命概念〃 由于玻璃的强度离散度大，脆性断裂前没有征兆，因而玻璃构造发生的事故是突发和偶然的，要 求玻璃构造所 有部件都是无条件的绝对保证平安是不现实的。 3311 剩余强度概念 “剩余强度〃 的概念有三层意思：一是对整个构造而言，当组成 该构造的一个或数个部件发生破坏时，尽管整个构造没有原来设计的 最大承载能力， 但不会发生构造的整体破坏，整体构造仍然具有可以 承受的最低平安水平；二是最 低平安水平维持的时间，要能够满足恢 复整体构造到达正常平安水平的要求。图3-9 是德国的头顶玻璃剩余 强度的试验照 片，记录夹胶玻璃冲击破碎弯曲后，直至完全坠落掉下 的间隔时间；三是构造承受 疲劳荷载的情况下，裂纹扩展后的剩余强 度能否承受规定的使用荷载。 图3-9 在疲劳荷载的作用下，构件的裂纹会逐渐扩展，当裂纹尺寸小于 临界长度时， 其断裂强度因子小于材料的断裂韧度， 裂纹的扩展的速 度是缓慢的，称为“亚临界 扩展〃 ；当裂纹的尺寸扩展到临界长度 时，其断裂强度的因子等于材料的断裂韧度， 裂纹的扩展速度十分快 （近似于声音 的速度），构件突然发生断裂，称为“失稳扩展〃 实裂纹的尺寸扩展到临界尺寸所需的时间为“剩余强度〃时间，正常 情况下要满足 构件的寿命要求。 在飞机构造设计中，比拟早的采用了 “剩余强度〃 设计概念， 有效地保证的飞行平安，又降低了飞行器的重量和本钱，实践和理论 都证明这是一 个符合实际的、科学的设计概念。 3332 玻璃构造的分级 按照“剩余强度〃 概念，可以将玻璃构造分成不同平安级别的 子构造: 一级构造（主构造）该构造发生破环后，将使整个构造产生破 二级构造（次构造）该构造发生破坏后，只引起构造的局部破坏，不会引起 整体的破坏； 三级构造（其它构造）该构造发生破坏后，不影响整个构件的平 以荷兰的鹿特丹玻璃天桥为例：玻璃梁和玻璃地板为一级构造；两侧的玻璃墙 为二级构造；上面的玻璃顶为三级构造。从剩余强度的 概念来看，钢化玻璃比其它 玻璃差，玻璃幕墙虽然经过耐风压、防止 热龟裂及层间变位等设计，但玻璃是脆性 材料，难免因为意外造成破 损，尤其是在破碎状况下，更应防止玻璃飞散或从高处 坠落而造成人 身伤害，故最好采用防止飞散玻璃。钢化玻璃具有较高强度，而且碎 片较小，难以伤害人体，是平安玻璃，但碎片容易飞散和坠落，一般 不适用于玻璃 幕墙。成都市闹市区盐市口相邻两工程玻璃幕墙的玻璃 破裂为例：盐市口商场的点 支承玻璃幕墙采用的是钢化玻璃， 雨棚采 用的是夹胶玻璃，但没有进展剩余强度试验和设计， 大楼高层的钢化 玻璃破碎，成 堆碎片立即飞散坠落，砸烂了雨棚，砸伤了行人。 da dN 对于拉索式点支承玻璃幕墙采用离散构造的剩余强度要高一些，垂直荷载〔自 重〕由承重索担负，水平荷载由承力索担负 ，这种离散 构造在某一玻璃破裂之后， 比拟容易保持整体构造必要的残留稳定 3333疲劳寿命估算 风荷载作用下玻璃构造的疲劳寿命， 可按以下的推荐公式估算: K—应力强度因子振幅对点支承玻璃幕墙的玻璃构造建议: 4X10 -11 仲孙） 2K根据1式， 代入8式得：兰-=C22 da^5C dNao —疲劳寿叩的总循环次数o—何载设计值 —临界裂纹深度根据、两式得： 假设：8mm厚钢化玻璃的6-55 50Nmrm-50X 10 Nn1将上述的数值代入10式得： 10Nm 10Nm-100 4X10 mmNo-50Nmm 代入9 2X10 假设风荷载每年的循环次数为3X 10 年，将不同的a。代入11式得到不同的N，从而得到不同的Y如下: 〜6X10 疋106年a0 50 a080 a0100 〜0X10 从上面的估算可看出初始裂纹的深度对寿命的影响很大。例一：点支承玻璃幕墙：采用8mm勺钢化玻璃，孔边应力设计值为c =52Nmm。甲公司为普通钻孔工艺，其孔边裂纹深度最大为 01mm 乙公司采用电脑自动拓孔工艺，钻孔和磨孔一气呵成，在玻璃上、 下两边同时 进展，其孔边的裂纹深度最大为 005mm但每平方米加 工价格，乙公司比甲公司多 100 选哪家公司中标？解：甲、乙两公司都是选用同一厂家、同一规格的玻璃，仅仅是 打孔的工艺不 同，打孔以后的钢化工艺也是完全一样的， 从现有的观 念来判断，孔边应力设计值 小于钢化玻璃边缘强度设计值 52Nmr1x 588Nmni ,两家公司的玻璃都是平安的， 但甲公司的价格 比乙公司廉价，选甲公司中标。 点支承玻璃幕墙的破坏往往是从玻璃的孔边产生， 既然玻璃孔边 实际存在 有裂纹，必须用断裂力学的观念来考察玻璃孔边的断裂强 假设8mmi冈化玻璃的断裂韧度Kc= 55 Nm^,根据1式对 估算如下：Ki 甲=11T ao 10Nm K1乙=11 52X10 Nmxo5 10 〜4X10 Nm 甲大于玻璃的断裂韧度K1C572 ,甲公司的玻璃将会产生断裂，是不平安的。 乙公司的玻璃应力强度因子 己小于玻璃的断裂韧度K1C Nm^，乙公司的玻璃不会产生断裂，是平安的。 尽管乙公司的价格要高些，应选乙公司中标。这个判断和现有观 念的判断是完 全相反的。 例二：点支承玻璃幕墙：玻璃的最大应力设计值为40Nm金甲、 乙两公司都 是同一规格、同一品牌的8mn 钢冈化玻璃，甲公司玻璃外表 裂纹的最大深度为 01mm;乙公司玻璃外表裂纹的最大深度为 005mm但乙公司每平方米玻璃的价格比甲公司贵 100 选用哪家公司的玻璃？解：根据1式甲、乙两公司的断裂强度因子估算如下： 甲公司的断裂强度因子： K1 甲=11 Nm?乙公司的断裂强度因子: Ki乙=11 10Nm 0510 8mm钢化玻璃断裂韧度Kc= 55 Nm，甲、乙两公司玻璃的断裂强度 因子均小于玻璃的断裂韧度， 都是平安的，但乙公司价格要 高些，可以选用甲公司的玻璃。根据公式10估算临界裂纹深度 5510 0156mm根据公式9估算甲、乙两公司玻11 40 璃的疲劳寿命：0156 FT〜14X10 10mm 100156 亍〜30X10 10mm 40Nmm 乙公司玻璃的疲劳寿命为：Y乙=竺电年〜100 假设从风荷载的作用下的玻璃疲劳寿命来看，尽管乙公司的价格要高 一些，但其玻 璃的疲劳寿命要比甲公司大一倍， 选用乙公司的玻璃是 合算的。 3334 玻璃面板的强度设计计算 目前国内常见的有两种计算方式。 一是有限元法，通过软件进展 计算。另一种是简化为四角支承矩形板的力学模型进展设计计算。 3-11f（挠度）*qa BcM（弯矩）=K（弯矩系数）xqx Lx——短边Bc=Et fg边一一玻璃边缘强度设计值 T――玻璃应力设计值玻璃的板厚 系数可在？建筑构造静力计算手册？中查得，查表时注意以下几 =03三种情况 代表的是一种理想材料，实际不存在。卩=16 主要用于混凝土材料， 卩=03 主要用于钢材 玻璃的卩=02 Kf挠度系数KM弯矩系数查下表。 05055 06 065 07 Kn 01303 01317 01335 01355 01376 001417001451 001496 001555 001630 075 08 085 09 095 100 01398 01423 01449 01477 01506 01536 001725 001842 001984 002157 002363 002603 001725 001842 001984 002157 002363 002603 2〕四角支承在计算公式中的Ly 3〕表内为单位板宽的弯矩系数。4）四角支承板的力学计算模型未考虑打孔板悬挑边缘效应。 没有一边槽口、二边槽口、六点支承的可查系数。建议试用法国 AVIS 技术委员会的设计计算公式 法国AVIS 技术委员会的计算公式 （1）采用的符号和单位： —玻璃厚度（mm）;teq 玻璃等效厚度（mm）;荷载标准值, 泊松比，玻璃 =022 —应力系数;Ua 边上最大挠度（mm）; Uc 中点最大挠度（mm）; 边上最大应力（MPa）;几一板中点最大应力（MPa）; —荷载设计值，—挠度系数； —曲率半径系数； 弹性模量，玻璃E=72 1010 （2）板的支承条件1）四点支承、一边槽口支承、两边槽口支承; 2）六点支承; 3）四点嵌固。〔均见板支承条件示意图〕 （3）适用条件： teqVtl t2 （tlt2） 夹层玻璃单片玻璃厚度（mm）。夹层玻璃的等效厚度t eq （mm） 项目 挠度 应力。 转角B 单层玻璃 夹层玻璃 tlt2 tlt2 单片厚度t1 1010 12 12 12 单片厚度 1012 等效厚度 teq 92 108 122 139 153 157 169 18 4应力和挠度计算公式见下表玻璃面板的应力和挠度 说明：1系数卩、m由各计算系数表查取 teq为等效厚度伽，q me图3-12 板的支承条件示意图 5计算系数表 四点支承的玻璃面板应力与挠度系数 挠度系数 mamb 010 2173 0014 2175 0754 0072 0750 020 2178 0042 2182 0758 0144 0750 030 2188 0063 2194 0764 0222 0750 040 2201 0267 2213 0771 0300 0750 050 2221 0286 2268 0780 0393 0751 055 2253 0396 2363 0793 0438 0755 060 2300 0507 2458 0807 0486 0759 065 2347 0650 2569 0821 0536 0764 070 2394 0825 2713 0837 0587 0768 075 2458 1047 2903 0855 0641 0773 080 2522 1300 3125 0875 0699 0777 085 2585 1601 3394 0896 0759 0780 090 2649 1935 3696 0919 0824 0780 095 2713 2332 4044 0941 0890 0781 100 2775 2775 4472 0962 0962 0752 六点支承的玻璃面板应力与挠度系数 挠度系数 应力系数m 边中点最大挠度 最大应力 最大曲率半 030938 0063 0938 0990 382 mc一边点支一边有槽的玻璃板应力和挠度系数 挠度系数 应力系数m 04 0980 0188 0980 1140 232 05 1020 0313 1063 1290 293 06 1063 0563 1188 1470 257 07 1125 0875 1438 1635 231 08 1188 1313 1813 1815 203 09 1250 1938 2313 1980 191 10 1313 2688 3063 2160 175 11 1375 3750 4063 2325 163 12 1438 5125 5313 2505 155 13 1438 6813 6938 2670 142 14 1438 8875 9063 2835 133 15 1438 11438 11688 3000 126 说明： 1）两跨距离 Et3Et eq 挠度系数05 0904 0159 0571 0310 0231 0203 06 1185 0331 0845 0402 0326 0285 07 1452 0708 1181 0493 0433 0381 08 1614 0995 1634 0585 0554 0492 09 0685 1569 2267 0673 0689 0617 10 2220 2363 3061 0768 0836 0759 11 2448 3395 1104 0845 0996 0917 12 2682 4716 5453 0923 1191 1090 13 2907 6406 7129 1000 1357 1278 14 3127 8548 9189 1078 1558 1478 15 3382 1120 1176 1157 1773 1694 16 3657 1435 1487 1236 2004 1925 17 3900 1812 1862 1315 2251 2430 18 4136 2266 2318 1393 2508 2470 19 4404 2801 2954 1473 2780 2704 20 4560 3425 3478 1544 3068 2966 一个点支承两边有槽的玻璃板应力和挠度系数 应力系数m me05 0159 0888 0539 0308 0229 0195 06 0317 1142 0745 0397 0314 0252 07 0555 1364 0983 0478 0403 0306 08 0904 1570 1285 0551 0497 0355 09 1348 1754 1602 0617 0588 0401 10 1903 1903 1967 0677 0677 0444 11 2049 2588 2366 0722 0753 0482 12 2154 3370 2868 0758 0829 0515 13 2234 4348 3384 0790 0894 0546 14 2292 5367 3912 0815 0958 0575 15 2320 6524 4467 0838 1018 0602 16 2374 7835 5075 0858 0072 0629 17 2415 9254 6014 0876 1122 0653 18 2454 10728 6873 0891 1165 0676 19 2497 12475 7573 0903 1202 0696 20 2538 14211 8628 0914 1231 0725 四点嵌固玻璃面板应力与挠度系数 挠度系数 应力系数m bja 边中点最大挠度 最大应力 最大曲率半径 01 0500 0000 0500 0105 3603 02 0625 0000 0625 0150 2522 03 0700 0000 0700 0195 1940 04 0780 0000 0780 0240 1576 05 0875 0013 0875 0270 1401 06 0938 0081 1000 0315 1201 07 1000 0188 1125 0375 1009 08 1040 0438 1375 0435 870 09 1080 0750 1625 0510 742 10 1125 1125 2000 0585 647 玻璃面板设计过程中应尽量防止六点支承。 有关资料对四点支承 和六点支承 的玻璃强度进展了计算比拟和试验， 在分格尺寸、 玻璃厚 度、爪件等条件完全一 样的情况下， 六点支承的破坏荷载比四点支承 的破坏分布荷载小。也曾发现国内某 工程其分格为 3745X 1400〔 mm, 六点支承玻璃发生破裂。 〔该工程为活动铰， 中间支撑为钢管构造。 3335点支承玻璃破坏试验 〕、试件尺寸：2100mrX 1500mX 6mm孔径 35mm孔中心至边缘的距离 为100mm钢化玻璃，活动铰接头，钢管支撑构造。 试验结果：四个铰接点的破坏压力为 2520Pa 六个铰接点的破坏压力为1700Pa 2〕、某工程六点支承玻璃幕墙的破裂实例 玻璃工艺：玻璃孔周围磨边，倒角粗磨，钻孔时上、下孔位重叠 误约1mm 施工安装：活动铰夹具垂直于玻璃面板，支撑构造为纲管构造， 其垂直度在允 许范围以内，活动铰的预紧扭力为 20〜30Nm个别活 个）比拟松。玻璃的设计： 玻璃分格：3745mrH 1400mM 15mm 3745mm 1135mM15mm 半钢化玻璃，六点支承。钢管构造上、下端固定在主体构造上， 温差应力、挤 压应力计算合格。 环境条件：该工程为海鲜水池前的玻璃幕墙，环境湿度较大，局 部钢管生锈。 破坏情况：共裂四片，其中三片为3745mX 1400mm另一片为3745mm 3-13玻璃不同于钢材，它是脆性材料，破坏前无屈服效应，正如前面 所述，点 连接部位，尽量减少附加弯矩。而六点支承板属于连续板， 中点连接部位有附 加弯矩，根据日本旭销子公司有限元分析计算结 果，可推断中点部位的应力增 加比拟多，因而容易破坏 3336 夹层玻璃、中空玻璃设计计算。 夹层玻璃由两片玻璃夹合片而成，在垂直于板面的风荷载和地震 作用下， 两片玻璃的挠度是相等的，即： f2所以，每片玻璃分担的荷载应按两片玻璃的弯曲刚度 D的比例分 qiWk1 Wk； Wk2 Wk EkqEk2 qEk t3ti t3ti Wk2分别为分配给各单片玻璃的风荷载标准 q2 夹层玻璃承受的荷载;q1 q2 分别为两片玻璃承受的何载； D〔、D2 分别为两片玻璃的弯曲刚度。 因此，两片玻璃分配的按其厚度立方的比例分配。由于夹层玻璃的等效刚度可近似表示为两片玻璃弯曲刚度之和: DiD2 所以计算夹层玻璃的挠度时，其等效厚度可按两片玻璃分配的荷 应的单片玻璃弯曲刚度计算挠度，所得结果是一样的。夹层玻璃可按以下规定进展计算： 作用于夹层玻璃上的风荷载和地震作用可按以下公式分配到两片 玻璃上: 作用于 夹层玻璃上的风荷载标准值; qEk――作用于夹层玻璃上的地震作用标准值； qEki、qEk2----------------------- 分别为分配给各单片玻璃的地震作用标准 ti、t2――分别为各单片玻璃的厚度（mm）。 两片玻璃可分别按JGJ102-2003 标准第612 条的规定进展应力计 夹层玻璃的挠度可按JGJ102-2003标准第613 条的规定进展计 算，但在计算玻璃刚度 D时，应采用等效厚度te，te 可按下式计 夹层玻璃的等效厚度（mm）。中空玻璃的两片玻璃之间有气体层，直接承受荷载的正面玻璃的 挠度，分配的 荷载相应也略大一些。为保证平安和简化设计，将正面 玻璃分配的荷载加大10%, 这与标准编制组关于中空玻璃的试验结果 相近，也与美国ASTME1300 标准的计 算原那么相接近。 考虑到直接承受荷载的玻璃挠度大于按两片玻璃等挠度原那么 计算的挠度值，所以中空玻璃的等效厚度te，考虑折减系数095。 中空玻璃可按以 下规定进展计算： 作用于中空玻璃上的风荷载标准值可按以下公式分配到两片玻 直接承受风荷载作用的单片玻璃:tl 不直接承受风荷载作用的单片玻璃:Wk2 作用于中空玻璃上的地震作用标准值qEki、qEk2，可根据各单片 玻璃的自重，按照JGJ102-2003 标准第534 应力计算; 两片玻璃可分别按JGJ102-2003 标准第612 条的规定进展应力 计算； 中空玻璃的挠度可按JGJ102-2003 标准第613 条的规定进展计 算，但计算 玻璃刚度D时，应采用等效厚度，可按下式计算： te 095 中空玻璃的等效厚度〔mm〕。斜玻璃幕墙计算承载力时，应计入永久荷载、雪荷载、雨水荷载 等重力荷载及 施工荷载在垂直于玻璃平面方向作用所产生的弯曲应 施工荷载应根据施工情况决定，但不应小于20kN的集中荷载作用，施工荷 载作用点应按最不利位置考虑。 斜玻璃幕墙还受到面外重力荷载的作用〔自重、雪荷载、雨水荷 载、检修荷载 等〕，这些荷载也在玻璃中产生弯曲应力。通常这些荷 载可作为均布荷载作用在玻璃上，按板理论计算其跨中最大应力 G与风荷载应力W进展组合后，其设计值不应大于玻璃的强度设计 值fg。 Wki Lx?LY 根据？建筑构造静力计算手册?第二版第 nr199 应力设计值〔Nmrli〕gk 玻璃边缘强度设计值 3337 玻璃开孔局部强度设计计算。 点支承玻璃幕墙的玻璃，往往都是从开孔部位破裂。该部位受力 复杂，是一个薄弱环节，应该进展设计计算，设计计算方法有三种： 〔1〕有限元法；〔2〕理论法；〔3〕实验法。现介绍后两种。 1〕、有限元法：略 2〕、理论法：试按弹性薄板小挠度理论外缘简支的开孔圆板，在 内缘施加均布荷载的力学模型进展设计计算，计算简图为图 2-14。 6M6KWr 3k 内边缘的线分布荷载设计值一块玻璃连接点数 组合荷载设计值 环形板的内径 ――弯矩系数由？建筑构造静力计算手册？查得Lx 、Ly ?建筑构造静力计算手册？列出了泊桑比卩=16的弯矩系数 时，可利用该手册给出的计算公式进展计算。注2:公式〔4〕运用于浮头式铰接驳接头连接。 注3:当用沉头式铰接拨接头，孔部位的应力设计值按公式〔4〕 计算的浮 头式铰接驳接头连接孔应力设计值的两倍。 3〕、实验法： 点支承全玻幕墙在垂直于玻璃平面的荷载作用下， 其连接部位的强 度可按以下设计计算： 12qlx ly 点连接部位的玻璃强度测试标准值，可用与实际工程一样的连接节点 进展测试，试件尺寸不小于300 可用其平均值作为测试标准值。 公式〔5〕：使用条件为点接处，不能有构造引起附加弯矩的附加力 注2:如果该工程在全尺寸性能试验之后，又进展爆破试验，可 相互比拟，选择合理数据作该工程施工图设计计算依据。 值得提出注意在工程实践和全尺寸的破坏试验中，有时会发生多 个分格的 点连接玻璃的破裂，这种联动效应可能是因为一块玻璃的破 裂，会立即引起 玻璃荷载路径的变化，引起荷载的重新分配，这种荷 载突然变化，会引起猛 烈冲击，这种强烈冲击可能引起断裂。要考虑: 一块幕墙玻璃断裂对工程稳定 性影响。 在各种情况下，都不应当因 缺少一块玻璃引起荷载减少导致支承构造发生移动，形成引发系列断 两点补充建议：1）玻璃中央与边缘温差产生的温差应力建议仍用 JGJ102 标准进 展设计计算。 2）国外有些工程〔例如法国巴黎 PARCCITROEN温室〕其玻璃与 璃之间打的不是硅酮耐候胶，而是打的硅酮构造胶，使幕墙整体相对刚性较 好。强度也提高近30% 3338 玻璃在点支承玻璃幕墙中的应用 点支承玻璃幕墙，宜用钢化玻璃或半钢化玻璃。点支承玻璃幕墙和玻璃面板承受荷载和自重， 是通过爪件传递的， 化玻璃的强度是一般玻璃的3-5倍，所以国内外的点支承 玻璃幕墙宜采用钢 化玻璃。 点支承玻璃幕墙的玻璃一般均采用悬吊式，玻璃自重通过上孔来 承受。自 重是一种长期荷载，如果是非钢化玻璃，在承受长期荷载情 况下，会发生蠕 变，其长期强度要比初始强度低，甚至会低 13，因 此承受长期荷载非钢化玻璃的点支承玻璃幕墙容易发生瞬间破裂， 反，玻璃钢化后，外表层产生了压应力，玻璃受到荷载后，产生的拉应力和 钢化玻璃的表层的压力共同作用下， 可使裂纹附近的实际拉应 力降低，从而 提高了构件和材料实际的断裂韧度 Ke,并有效地抑制 了玻璃的蠕变。尽管夹层玻璃和夹丝玻璃在断裂时，还连接在一起， 但不能 阻止裂缝扩展，不能减弱玻璃易裂的性能。 点支承玻璃幕墙采用水平钢化玻璃。点支承玻璃幕墙所有玻璃的钻孔和其它机械加工都必须在玻璃钢 化之前 完成。在玻璃垂直钢化中，玻璃从一排夹具上吊挂下来，夹具 夹住玻璃的上 部边缘，由于玻璃加热过程中的软化，夹具会在玻璃上 留下痕迹，加上玻璃 自重，会使原先的钻孔向下拉长，两条垂直边向 内弯曲，影响玻璃垂直度和 平整度，水平钢化可以消除这些问题，因 而点支承玻幕幕墙宜采用水平钢化 玻璃。 钢化玻璃必须均热化处理。由于钢化玻璃具有自爆倾向，目前解决自爆较好的方法，是在玻 璃钢化后，在一定温度下，保温一段时间进展均热处理。 〔4〕玻璃的切割和钻孔 由于玻璃外表的裂纹大小直接影响其脆断的强度，因而在玻璃的 切割及钻孔等深加工中，减少外表裂纹，提高加工精度，尤为重要。 下面就 此建议如下： 1〕切割：用电脑切割机进展切割，使玻璃边缘准确准直，角部圆 滑或倒角。倒角宜为1mm 45 2〕磨边：玻璃切削后，应进展机械磨边，磨削加工裕量不少于 03mm磨削后玻璃尺寸小于或等于 2m,公差士 05mm磨削后玻璃 尺寸大于 2m,大于或等于4m,公差士 08mm两对角线mm, 磨削边缘应光滑， 不得有肉眼可见的裂纹和缺陷。 3〕钻孔：用金刚钻头钻孔，建议用自动钻孔和磨边机，通过电脑 定位， 钻孔及磨削一气呵成。 4〕孔壁磨削余量不小于02mm磨削后尺寸公差宜符合下表规定 序号 孔径+05mm 05mm5〕玻璃上的孔宜在玻璃的上、下两面用两部钻头同时完成操作, 其同心度差距应小于05mm 6〕孔和玻璃边最小距离 E,Ey4t+ 丫和100mm孔边和玻璃角边 距D》6t，见图3-16 所示 7〕垂直面倾斜5以上的幕墙宜用夹层玻璃，其中空玻璃外片 最好是采用夹层玻璃，采用浮头式球铰驳接头