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1、U 型玻璃组合节能幕墙设计及应用 1. 概述 建筑用 U 型玻璃(亦称槽型玻璃)事用先压延后成型的方法连续生产 出来的,因其横截面呈“U ” 型,故得名。U 型玻璃品种很多,有着理想的透 光性、隔热性、保温性和较高的机械强度,不但用途广泛、施工简便,而 且有着独特的建筑与装饰效果,并能节约大量轻金属型材,所以被世界上 许多国家的城乡建筑所采用。 世界上最早生产U 型玻璃的国家之一是奥地利,该过的Moosbrunner Glasfubrik 公司从 1957年开始生产底宽为262mm 的 U 型玻璃,在此前后, 比利时的Glaverbel 公司、法国的Saint-Gobuin 公司和 Bouss
2、ois 公司、英国 的皮尔金顿公司、原联邦德国的BauglassindustrieAG公司、美国的LOF 公 司和 AFG 公司、加拿大PPG 工业公司和日本板硝子也先后建起了U 型玻 璃生产线。 东欧国家以前苏联为最早,1965年,俄联邦的首条U 型玻璃生产线在波尔 斯克玻璃厂投产,年产量为3万 m2。随后,在鲍尔玻璃厂、红五月玻璃厂、 切尔尼亚金玻璃厂、古雪夫玻璃厂、莫斯利石棉隔热材料联合公司等11家 企业先后建起10多条 U 型玻璃生产线,到了1975年,前苏联的U 型玻璃产 量已达到 400万 m2。 前民主德国以及罗马尼亚、匈牙利、南斯拉夫、葡萄牙等国的U 型玻 璃生产,也大多始于6
3、0年代后期。 阿尔及利亚奥兰玻璃公司一窑双线的U 型玻璃于 1992年年底投产,开 创了非洲U 型玻璃生产之先河。 在我国,介绍U 型玻璃的资料出现于70年代末期。因为玻璃生产企业 和有关建筑部门对这种玻璃都十分陌生,所以这种新型建筑玻璃一直没得 到开发,更谈不上推广和应用。1995年,云南省昆明创安U 型玻璃有限公 司从国外引进了关键设备,由秦皇岛玻璃工业研究设计员配套设计,于199 6年初建成了我国第一条U 型玻璃生产线, 现已正式投产从而填补了我国国 民经济的持续发展和人民生活水平的不断提高,在我国建筑和装饰设计部 门、生产部门和流通领域等各方面的共同努力下,这种新型建筑玻璃在我 国一定
4、能够得到推广和应用,取得快速的发展。 2说明 U 型玻璃( U-Profile-Glass )亦称槽型玻璃,是一种新颖的建筑型材玻 璃,国外有近40年的生产应用历史。因截面呈U 型,使之比普通平板玻璃 有较高的机械强度并具有理想的透光性、较好的隔音性、保温隔热性、能 节省大量金属材料、以及施工简便等优点,适用于建筑的内外墙、隔墙、 屋面及窗等。 昆明创安U 型玻璃有限公司与德国RULEX 公司合作,引进德国U 型 玻璃生产技术和设备,其产品经国家玻璃质量监督检验中心按前苏联OC T-21992-83 标准,参照德国DIN1249 标准进行检测,各项指标合格,并通过 省级产品鉴定会鉴定。 3 采
5、用标准: A.异型玻璃(国家标准报批稿)2、U 型玻璃 /Q KYB01-1997 B.建筑工程质量检验评定标准GBJ301-88。 C.装饰工程施工及验收规范JGJ73-91。 D.中华人民共和国U 型玻璃外装修标准06J501 4.适用范围: 由于 U 型玻璃具有较好的透光而不透视的特性和良好的装饰性,可用 于机场、车站、体育馆、厂房、办公楼、宾馆、住宅、温室等工业与民用 建筑非承重的内外墙、隔断、窗及屋面。 5.U 型玻璃的建筑设计: A.U 型玻璃按表面处理方式不同,有普通压花玻璃、夹丝玻璃、彩色玻 璃等,设计选用时除普通压花玻璃外,选用其余玻璃应予注明。 B.U 型玻璃属不燃烧材料,
6、如有特殊要求时应按有关规范进行设计。 C.U 型玻璃分类: ?按颜色分:有色的和无色的。 ?按表面状态分:有平滑的和带花纹的。 ?按强度分:有钢化、贴膜、保温层 ?按规格分:有钢化、贴膜、保温层 D.U 型玻璃属不燃材料,如有特殊要求时按有关规范进行设计。 E.U 型玻璃两翼的朝向测试结果表明两翼向迎风买内,强度高于两翼背 风面。 F.型玻璃按造型及建筑使用功能分别采取以下组合方式: 单排翼朝外 (或内) 单排楔形结构 ,互相咬合 单排楔形结构 ,互相贴合 双排翼在接缝处成对排列 双排翼对翼 G.型玻璃隔墙长度大于6000,高度超过 4500时,应核算墙身的稳定,采 取相应的措施。 H.型玻璃
7、用于湿度较大的房间且室内外温差较大时,应处理好玻璃表 面露水的排泄及下滴问题。 I.型玻璃用于圆型墙及屋面时,曲率半径不应小于1500。 J.点构造详见国家标准图集U 型玻璃外装修标准06J501 。 6.性能指标 ?抗压强度 700900 N/mm2 。抗拉强度 3050 N/mm2 。 ?莫氏硬度 67。 ?弹性模量 6000070000 N/mm2 。 ?线膨胀系数(温度每升高1) (7585) 10-7。 ?化学稳定性 0.18 mg。 ?弯曲强度 ?透光率:当表面有小花纹装一排时为89%,装两排时 81%。 ?传热系数:单排安装时3.65W/m2K 。双排安装时1.74W/m2K 。
8、 贴膜时 1.57 W/m2K 填充保温层1.2 W/m2K ?隔声能力:单排安装时27db,双排安装时38dB。 ?耐火极限: 0.75h(单排)。 7.安装要点 : ?U 型玻璃的端面和平面应无锯齿状缺口或裂纹。 ?各独立的U 型玻璃构件应支撑在具有均匀弹性的衬垫上。 ?玻璃与临近的金属件、混凝土和砂浆结构之间不能有硬性接触。 ?在 U 型玻璃的上端与更高处的建筑物件(如过梁、大梁、屋面板等) 之间必须留有缝隙。 ?U 型玻璃上端与临近的上部结构之间的空气缝隙不应小于25mm, 以应 付其变形,便于安装更换。 ?必须用弹性 密封材料 填充 U 型玻璃之间的纵缝。 ?密封材料,通常有二组分的
9、聚硫塑料、硅铜胶、柔性聚氯乙烯型材等, 用于 U 型玻璃与固定件、U 形玻璃条之间的密封。 ?圆绳,用于U 型玻璃与边框之间的密封。 ?条形衬垫、柔性聚氯乙烯型材、浸过沥青的条带、硬泡沫塑料等,用 作 U 型玻璃与边框之间的胀缝和滑缝。 ?膨胀螺栓,用于固定边框 规格(注:最大出厂长度并不等于使用长度) 8.U 型型玻璃的安装: A.用膨胀螺栓或射钉将边框料固定在建筑物的洞口中,边框可用指直 角或斜角连接。边框每侧应至少由个固定点。上下框料每隔400600应有一 个固定点。 B.将起稳定作用的塑料件截成相应长度,放入框中上下型材内。 C.U 型玻璃入框时,应将玻璃内面仔细擦洗干净。 D.将 U
10、 型玻璃条依次插入。U 型玻璃插入上框料的深度应20 。插入下 框料的深度应12 ,插入左右框料的深度应20 。当 U 型玻璃插至最后一块, 洞口宽于玻璃宽不一致时,沿长度方向裁切玻璃,按18页“ 端头玻璃安装顺 序” 将所裁切玻璃装入,同时将塑料件截成与玻璃相应长度放入边框一侧。 E.在边框与玻璃间的缝中塞入弹性垫条,垫条与玻璃和边框接触面不得 少于 10。 F.在边框与玻璃,玻璃与玻璃,边框与建筑结构体的接缝中,填入玻璃 胶类弹性密封材料(或称硅酮胶)密封。玻璃与边框的弹性密封厚度最窄 处2 ,深度应 3 ,U 型玻璃块之间的弹性密封厚度应在3-5之间。 G.玻璃全部安装完,将表面的污垢清
11、除干净。 9.U 型玻璃的验收: U 型玻璃的验收除参照建筑装饰工程及验收规范(JGJ73-91)第三、四 章门窗工程及玻璃工程有关章节外,还应重点检查: A.边框是否直接固定在建筑上,之间的缝隙是否密封。边框承受的荷 载应直接传给建筑,不应使U 型玻璃受力。 B.玻璃与玻璃之间, 玻璃与边框之间的缝隙,是否按上述要求进行密封。 C.应使 U 型玻璃在框了中沿玻璃长度方向能自由伸缩,在上框料与U 型玻璃之间要留有适当缝隙。 D.为防止膨胀螺栓等固定件与框料之间相互接触发生化学反应产生接 触腐蚀,在钢膨胀螺栓等固定件与铝框之间应用合成材料垫圈或油漆类物 质隔开。 10.U 型玻璃使用长度的计算
12、U 型玻璃垂直安装时使用长度的计算 在有风荷载的情况下,应通过计算来确定U 型玻璃的最大使用长度。 不同规格的U 型玻璃的抗弯模量见表12: Wf1= 翼的抗弯模量Wst=底版的抗弯模量 单排 U 型玻璃墙体的风荷载,在翼朝室内安装时,采用翼的抗弯模量计 算最大使用长度 在翼朝外安装时,采用底版的抗弯模量计算最大使用长度 单排 U 型玻璃墙体的风荷载情况 双排 U 型玻璃构造的墙体: 外层玻璃承担一半风荷载和全部风量。 计算实例: 采用单排 500/41/6U 型玻璃构筑垂直墙体,U 型玻璃翼朝室内安装。 U 型玻璃的最大使用长度用下式计算: 式中: L=U 型玻璃最大使用长度(m) =U 型
13、玻璃的弯曲应力(N/mm2 ) Wf1=U 型玻璃翼的抗弯模量(cm3) Wst=U 型玻璃翼的抗弯模量(cm3) P=风荷载( KN/m2 ) A=U 型玻璃的底宽(m) 1000=转换系数 设:风荷载P=0.5KN/m2 弯曲应力=30N/mm2 =2.31 由计算得知,在已知风荷载和弯曲应力(一般为30N/mm2 )的情况下, 使用规格为 500/41/6 的 U 型玻璃构筑单排墙体,U 型玻璃的最大使用长度为 2.31m。 11.U 型玻璃露点的计算 根据采暖通风与空气调节设计规范 A.根据用户的要求,确定以下参数, B.室内计算温度16,相对湿度 60%,室外温度23,风速 0.2m
14、/s。 C.根据给定参数,求出U 型玻璃墙内表面的温度: =tmRn/R0(tntwn) 。设中 U 玻墙内表面温度,Rn内表换热 阻取 0.11 W/(m2.k) ,R0总热 阻双层 U 玻(两翼相对安装) 取0.476W/(m2.k) , tn室内计算 温度,twn室外计算温度,U 玻墙内表面温度是=14.99, 近视为 15。 D.根据要求:室内16,相 对湿度 60%,含水量为 12.477g/ m3,而-23相对湿度 100%时, 相对湿度含水量为12.84 g/m3, 由12.477g/m312.84 g/m3 ,因 此不会结露。 12.U 型玻璃的保温性能 衡量建筑材料的保温性能
15、通常以 传热系数或传热阻来评价。 在物理手册中, 我们很容易查到一 些材料的热传导率, 如玻璃的传导率为 0.7-0.9W/(M.K ) ,与红砖0.8W/(M.K) 差不多,而空气的热传导率为0.03W/(M.K ) ,仅为 玻璃的 1/27,U 型玻璃墙体就是应用了这一原理,在两块玻璃中间留有空气层作为介质,那 么这个空气层对玻璃来讲,就是热阻,从而使玻璃的传热系数降低,起到保温的性能,中空 玻璃就是根据这个原理而加工制成的。 以 22MM 厚的中空玻璃为例:它是由两片5MM 的玻璃, 中间夹有12MM 厚的空气层, 它的传热系数为3.17W/(M2.K ) ,厚度等于5 5 12=22M
16、M ,那么等厚的22MM 的普通玻璃 的传热系数为4.93-5.0W/ (M2.K ) 。 双层安装U 型玻璃(等于两片6MM 的玻璃加上一个35MM 厚的空气层)其传热系数 为 2.8W/(M2.K ) ,及相当于240MM 厚的粘土砖墙。 如果用双层翼高60MM 的 U 型玻璃 (等于两片8MM 厚的玻璃加上52MM 厚的空气层) 。 其传热系数进一步降低至2.1W/(M2.K ) 。及相当于270MM 厚的粘土砖墙。 13. U 型玻璃幕墙大样节点: U 型玻璃立面图U 型玻璃安装平面投影图 U 型玻璃安装剖面图U 型玻璃端头安装顺序 14、U 型玻璃工程实例: 15.U 型玻璃的计算方
17、法: 基本参数: 1:计算点标高:100m;2:力学模型:按简支梁形式计 算; 3:玻璃跨度:L=4050mm ; 4:玻璃类型:单片玻璃P260/60/7; 5:玻璃翼朝向:室内; 6:玻璃安装方式:单排连接,垂直布置; 7:玻璃材料物理性能级截面参数: 玻璃强度设计值:30MPa; 玻璃弹性模量E:70000MPa; 玻璃截面积A:25.62mm2 ; 翼板部分截面抗弯矩Wx1:53780mm3; 板面部分截面抗弯矩Wx2:13710mm3; 绕 Y 轴截面抗弯矩Wy:170230mm3 ; X 轴截面惯性矩Ix:655500mm4; Y 轴截面惯性矩Iy:22129400mm4 ; (对
18、于夹层玻璃,该处的各抗弯矩和惯性矩采用的是内片玻璃 参数 ) U 型玻璃可以按支撑于两点的简支梁力学模型进行设计计算,受力模 型如下: 15.1 U 型玻璃荷载计算: (1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布 ): qwk:风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm) ; wk:风荷载标准值(MPa) ; B:U 型玻璃宽度,也就是承载宽度(mm) ; qwk=wkB =0.001 260 =0.26N/mm qw:风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm) qw=1.4qwk =1.4 0.26 =0.364N/mm (2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布 ): qEk:水平地震作用线荷载集
19、度标准值(N/mm) ; qEAk :垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa) ; E :动力放大系数,取5.0; max :水平地震影响系数最大值,取0.16; Gk:幕墙构件的重力荷载标准值(N) ,(含面板和框架); A:幕墙构件的面积(mm2) ; qEAk= EmaxGk/A 5.3.4JGJ102 -2003 qEk=qEAkB qEk=5.00.16 0.0000256 25.62 =0.0005N/mm qE:水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm) ; qE=1.3qEk =1.3 0.0005 =0.0007N/mm (3)幕墙受荷载集度组合: 用于强度计算时,采用
20、Sw+0.5SE 设计值组合:5.4.1JGJ102 -2003 q=qw+0.5qE =0.364+0.5 0.0007 =0.364N/mm 用于挠度计算时,采用Sw 标准值:5.4.1JGJ102 -2003 qk=qwk =0.26N/mm (4)U 型玻璃在组合荷载作用下的弯矩设计值: Mx :弯矩组合设计值(N?mm); Mw :风荷载作用下产生的弯矩设计值(N?mm); ME:地震作用下产生的弯矩设计值(N?mm); L:U 型玻璃跨度 (mm) ; 采用 Sw+0.5SE 组合: Mw=qwL2/8 ME=qEL2/8 Mx=Mw+0.5ME =qL2/8 =0.364 405
21、02/8 =746313.75N?mm 15.2 U 型玻璃的抗弯强度计算: 按简支梁抗弯强度公式,应满足: =Mx/Wnx fg 上式中: Mx :弯矩组合设计值(N?mm); 对于单片的U 型玻璃,该参数就是上面计算得到的Mx ; 对于夹层的U 型玻璃, 参考 JGJ102-2003关于夹层玻璃计算的规定,该 参数为参数Mx 再乘以系数 1/2,2层玻璃强度相同; Wnx :在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3),翼板朝向室外时取面板 部分的抗弯矩,翼板朝向室内时取翼板部分抗弯矩; 对于夹层玻璃,该参数采用内片玻璃参数; fg:玻璃的抗弯强度设计值,取30MPa; 则:=Mx/Wnx =746313.75/53780 =13.877MPa 30MPa U 型玻璃抗弯强度能满足要求。 1.3 U 型玻璃的挠度计算: 根据简支梁挠度计算公式,得:df=5qkL4/384EIx 对于单片的U 型玻璃,该处qk 就是上面计算得到的qk; 对于夹层的U 型玻璃,按等刚度分配原理,该处qk 为上面计算所得参 数 qk 再乘以系数 1/2; 对于夹层玻璃,公式中的惯性矩采用内片玻璃参数; df=5qkL4/384EIx =5 0.26 40504/384/70000/655500 =19.85mm 而 df,lim=4050/200=20.25mm 所以, U 型玻璃挠度能满足规范要求。
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