圖23 蘇州科技園區(qū)設(shè)計(jì)院辦公樓全高各層布置的玻璃柱
2015年，杭州浙商財(cái)富中心的全玻璃大堂創(chuàng)造了全世界最高玻璃柱的記錄，玻璃柱高度達(dá)到28m。玻璃柱分為3段，在現(xiàn)場(chǎng)安裝、就位、連接。玻璃柱截面高度850mm，截面厚度104.1mm，采用5片19mm超白鋼化玻璃用2.25mm厚的SGP高強(qiáng)膠片夾膠。三段玻璃柱構(gòu)件用不銹鋼板和不銹鋼螺栓現(xiàn)場(chǎng)連接。
柱的上下端均采用不銹鋼夾板形成鉸支座(圖24)。
圖24杭州浙商財(cái)富中心28m高玻璃墻
2.3 超大尺寸玻璃面板
我國(guó)已有多家玻璃公司可以生產(chǎn)世界最大規(guī)格的玻璃平板(18m X 4m X 25mm)，并且北京玻璃公司已具有相應(yīng)的鋼化、熱彎、夾膠等深加工能力。所以目前世界各地的超大玻璃面板均由中國(guó)供應(yīng)。
2012年，我國(guó)首先生產(chǎn)了12m X 2.6m 熱彎、鋼化、夾膠玻璃，供應(yīng)上海蘋果店，打破了國(guó)外長(zhǎng)度不大于6m 的局限。12塊彎曲玻璃，每塊玻璃價(jià)格達(dá)到RMB 120萬元。從此，更大規(guī)格的面板玻璃不斷供應(yīng)客戶要求(圖25)。
圖25超大尺寸玻璃面板
2.4 無立柱玻璃板外墻
2015年，形狀如同巨型飛碟的蘋果公司總部在美國(guó)加州興建，玻璃外墻采用14m X 3.3m的超大熱彎、鋼化、中空玻璃(圖26)，玻璃加工設(shè)備由中國(guó)供應(yīng)。玻璃外墻不設(shè)玻璃柱，全部荷載由玻璃板單獨(dú)承擔(dān)。
圖26美國(guó)加州蘋果公司總部(左)和采用的14m超大彎玻璃(右)
圖27為美國(guó)華盛頓總部辦公樓，外墻全部為一層樓高的熱彎玻璃，由上下層樓面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)支，玻璃尺寸為3.2m X 1.5m。室內(nèi)向外望非常通透。
圖27 華盛頓TBS總部辦公樓采用大尺寸彎弧玻璃(左)，室內(nèi)非常通透(右)
同樣的設(shè)計(jì)也在巴黎的UNIC項(xiàng)目13層住宅中采用，全部外墻為無玻璃柱支承大尺寸玻璃板，連外挑陽(yáng)臺(tái)的欄板也全部采用透明玻璃(圖28)。
圖28 巴黎UNIC項(xiàng)目住宅樓獨(dú)立玻璃板外墻
2.5 玻璃框架
全玻璃建筑要求采用透明的玻璃框架。玻璃框架的梁柱構(gòu)件受力很大，要采用夾膠鋼化玻璃。框架梁柱節(jié)點(diǎn)為剛性連接時(shí)，可以采用不銹鋼板和不銹鋼螺栓連接，也有工程采用膠接(圖29，圖30)。
圖29框架梁柱采用不銹鋼板連接
圖30 框架梁柱采用膠結(jié)
圖31為2000年建成的第一個(gè)蘋果店，位于紐約曼哈頓第五大街，由于當(dāng)時(shí)沒有超大玻璃，玻璃面板沿高度分為3塊，玻璃柱整根，高度9m，5片15mm玻璃夾膠。玻璃框架梁柱用不銹鋼螺栓連接，雙向布置，頂部成為交叉梁系。
圖31 紐約曼哈頓蘋果店的玻璃框架結(jié)構(gòu)
此后,蘋果店大量采用玻璃框架結(jié)構(gòu)。上海浦東蘋果店2012年首次采用了12塊高度達(dá)12.6m的整片超大玻璃，相應(yīng)布置了12榀12.6m高的玻璃框架，匯交于頂部的玻璃環(huán)梁上。其中4榀組成正交的門式框架。 (圖32)
圖32 上海普通蘋果店 空間玻璃框架系統(tǒng)
2014年建成的北京三里屯蘋果店采用L形玻璃框架，梁柱一體，由整塊玻璃切割而成(圖33)。
圖33由大尺寸玻璃切割出來，再進(jìn)行夾膠的L形梁柱整體框架
2.6 玻璃樓梯
在玻璃建筑中，樓梯自然也采用玻璃結(jié)構(gòu)。玻璃樓梯，無論直樓梯還是螺旋樓梯，都以扶手欄板為承重主梁，樓梯踏板安裝在欄板上。欄板和踏板都采用夾膠玻璃以保證安全。踏板通常3片玻璃夾膠，面層玻璃常用刻花玻璃防滑(圖34、圖35)。
圖34 玻璃樓梯
圖35 踏板固定在玻璃欄板(主梁)上
類似于玻璃樓梯，美國(guó)洛杉磯國(guó)民銀行大樓300m高空設(shè)置了玻璃滑梯，也是以玻璃欄板作為主梁，32mm厚的夾膠玻璃底板承重(圖36)。
圖36洛杉磯國(guó)民銀行大樓300m高空的玻璃滑梯
3 玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些問題
玻璃雖然強(qiáng)度高，但畢竟是脆性材料，而且玻璃構(gòu)件很薄，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行認(rèn)真的強(qiáng)度和剛度計(jì)算，玻璃柱還應(yīng)考慮側(cè)向穩(wěn)定的問題。曾經(jīng)發(fā)生過玻璃結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)作用下破壞的事例。如世界上建筑面積最大的單體工程—成都環(huán)球中心的玻璃墻，2016年8月7日，12m高的玻璃柱在強(qiáng)風(fēng)作用下破壞，導(dǎo)致玻璃墻大面積塌落(圖38)。
圖37 成都環(huán)球中心玻璃墻在強(qiáng)風(fēng)作用下塌落
3.1 玻璃的材料力學(xué)性能
1 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（詞條“強(qiáng)度設(shè)計(jì)值”由行業(yè)大百科提供）
玻璃是脆性材料，一直到臨近破壞，應(yīng)力與應(yīng)變幾乎是直線關(guān)系。玻璃的總設(shè)計(jì)安全系數(shù)K一般取為2.5。考慮到主要荷載風(fēng)力分項(xiàng)系數(shù)K1為1.4，所以材料分項(xiàng)系數(shù)K2取為1.8。按照《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 JGJ 102 的規(guī)定，玻璃的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可按表2的規(guī)定采用。表2中端面指玻璃切割后所形成的表面，其寬度等于玻璃的厚度。邊緣指臨近端面的玻璃表面，因切割產(chǎn)生微裂縫，強(qiáng)度有所降低。
玻璃存在許多微觀裂縫，在持續(xù)應(yīng)力作用下，其后期強(qiáng)度會(huì)降低。因此，采光頂?shù)牟Ａ姘濉⒉ＡЯ骸㈤L(zhǎng)期水壓作用下的水族箱板、水池底板等永久性受力的玻璃構(gòu)件，其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)按表2數(shù)值的50%采用。
2 其他力學(xué)性能
玻璃的彈性模量E為0.72 X 105 N/mm2，玻璃的線膨脹系數(shù)為1.0 X 10-5。
表2玻璃的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 (N/mm2)
|
種類 |
厚度（mm） |
大面 |
端面 |
邊緣強(qiáng)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 |
|
鋼化玻璃 |
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 夾層玻璃和中空玻璃的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值可按所采用的玻璃類型確定;
2 當(dāng)鋼化玻璃的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)不到平板玻璃強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的3倍時(shí)，表中數(shù)值應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果予以調(diào)整;
3.2 內(nèi)力分析和截面計(jì)算
玻璃可以認(rèn)為是彈性（詞條“彈性”由行業(yè)大百科提供）均質(zhì)材料，按彈性構(gòu)件進(jìn)行內(nèi)力分析，并采用通行的彈性內(nèi)力分析軟件。
截面計(jì)算可按材料力學(xué)方法進(jìn)行。
3.3 相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
與玻璃結(jié)構(gòu)相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)，包括鋼—玻璃混合結(jié)構(gòu)的鋼結(jié)構(gòu)部分，按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50017進(jìn)行。采用不銹鋼板連接玻璃構(gòu)件，連接計(jì)算也按鋼結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行。
4 結(jié)語
對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員來說，玻璃是一種尚待熟悉的結(jié)構(gòu)材料，玻璃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)還較少。近年來建筑師采用玻璃結(jié)構(gòu)逐漸增多，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也開始接觸這一領(lǐng)域。新材料（詞條“新材料”由行業(yè)大百科提供）、新結(jié)構(gòu)，對(duì)于我們將是新的機(jī)遇。
本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載
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