自緊式玻璃隔斷邊框的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

周星中 周 莉

1. 廣城建設(shè)集團(tuán)有限公司 浙江 溫州 325000；2. 華地恒工程咨詢有限公司 浙江 溫州 325000

在隔斷材料的選擇上，玻璃隔斷因其防火功能優(yōu)越、安拆方便、隔聲性好、裝飾性強(qiáng)、綠色環(huán)保以及容易清潔等一系列特性，在住宅建筑、辦公樓以及酒店等裝修中得到了廣泛的應(yīng)用[1-3]。

目前，在玻璃隔斷行業(yè)中，較多的學(xué)者分析研究了玻璃隔斷的材料選用、施工方法以及應(yīng)用優(yōu)勢(shì)等。

傅鑫[4]闡述了鋁合金玻璃隔斷產(chǎn)品的特點(diǎn)，并以實(shí)際工程為實(shí)例背景，介紹了在工程實(shí)施過(guò)程中施工圖紙的深化設(shè)計(jì)、材料工廠化加工、現(xiàn)場(chǎng)組織安裝等技術(shù)。

周禮[5]對(duì)比分析了玻璃隔斷與傳統(tǒng)隔斷的優(yōu)劣，指出專業(yè)型的玻璃隔斷不僅能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的空間分隔功能，而且在采光、隔聲、防火、環(huán)保、易安裝、可重復(fù)利用、可批量生產(chǎn)等方面也明顯優(yōu)于傳統(tǒng)隔墻。

葛勇[6]介紹了玻璃隔斷墻的材料構(gòu)成、與傳統(tǒng)隔墻的區(qū)別和特點(diǎn)，認(rèn)為玻璃隔斷墻施工前必須了解主體結(jié)構(gòu)形式、建筑平面布置、柱網(wǎng)尺寸、玻璃隔斷墻長(zhǎng)度等，并進(jìn)一步介紹了立柱受力計(jì)算方法、不同層高和柱跨的立柱布置方法以及立柱與樓地面和頂板的固定節(jié)點(diǎn)。

玻璃隔斷一般需要用到玻璃隔斷邊框，普通的玻璃隔斷邊框在使用過(guò)程中對(duì)玻璃的固定操作過(guò)于復(fù)雜，從而使得工作效率大大降低。而當(dāng)前行業(yè)內(nèi)關(guān)于玻璃隔斷邊框的相關(guān)研究很少，自然也缺乏針對(duì)上述問(wèn)題的施工方法，更沒(méi)有相關(guān)優(yōu)化思路與對(duì)策可供參考。

2 0 0 3年，2 4歲的梁璐從老家的報(bào)社來(lái)到北京，成為一名社會(huì)線記者。很快他也形成不少新聞人的共有氣質(zhì)：拼命工作又及時(shí)行樂(lè)，嫉惡如仇也風(fēng)風(fēng)火火。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)操作復(fù)雜、工作效率低下等缺陷，本文創(chuàng)新采用了一種自緊式玻璃隔斷邊框技術(shù)，并闡述了其研制思路、工藝原理以及應(yīng)用效果等內(nèi)容，希望達(dá)到降低工程施工復(fù)雜度、減少工程施工成本以及提高工作效率的目的[7-12]。

1 工程概況

溫州世貿(mào)中心大廈（圖1）工程位于溫州鹿城區(qū)CBD核心區(qū)，總建筑面積437 000 m2，是集商業(yè)、辦公、觀光、餐飲等多種功能于一體的綜合性商貿(mào)辦公大廈。項(xiàng)目地上68層、地下4層，地上高333 m，最高層凈高18 m。我公司在項(xiàng)目中承建了會(huì)議層、最高觀光層等核心區(qū)域，以及空中、地下大堂等重點(diǎn)區(qū)域。

圖1 溫州世貿(mào)中心大廈

針對(duì)溫州世貿(mào)中心大廈這類超高型建筑，建筑頂端風(fēng)速在30 m/s以上，大樓產(chǎn)生的晃動(dòng)是十分強(qiáng)烈的，所以保證玻璃隔斷的安全性——不變形，就顯得尤為重要。

2 工程施工難、特點(diǎn)

1）本工程是溫州市的城市新地標(biāo)，社會(huì)影響力大，在開工之初即受到社會(huì)各界的高度關(guān)注，因此對(duì)施工質(zhì)量的要求高、標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)。

2）溫州世貿(mào)中心大廈擁有浙江溫州超高層建筑中最大的室內(nèi)觀光平臺(tái)，可360°俯瞰溫州城。設(shè)計(jì)方綜合考慮觀光效果和安全問(wèn)題，在內(nèi)側(cè)（紅線位置）設(shè)置厚12 mm，幅面為5.0 m×1.2 m的玻璃隔斷（雙層玻璃，中間為百葉），該幅面已經(jīng)達(dá)到該厚度玻璃的最大許用面積。2019年3月，在樣板段的玻璃隔斷施工安裝完工之后2個(gè)月，小組成員發(fā)現(xiàn)玻璃隔斷邊框出現(xiàn)變形，玻璃細(xì)微晃動(dòng)并發(fā)出聲響，存在較大的質(zhì)量問(wèn)題與安全隱患。

3）通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)的同級(jí)別超高層建筑進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，共調(diào)研了263個(gè)點(diǎn)，其中不合格的點(diǎn)56個(gè)，占總數(shù)的21.3%。在統(tǒng)計(jì)的不合格的56個(gè)點(diǎn)中，受玻璃邊框變形影響是產(chǎn)生問(wèn)題的主要原因，而目前超高層建筑的施工技術(shù)中，并沒(méi)有很好地解決邊框變形的相關(guān)方案，也沒(méi)有類似的經(jīng)驗(yàn)可供參考。

3 玻璃隔斷邊框的創(chuàng)新思路與設(shè)計(jì)原理

3.1 創(chuàng)新思路

經(jīng)分析，認(rèn)為超高大幅面玻璃隔斷在超高層建筑中性能不穩(wěn)定的根本原因在于：超高層建筑存在能使建筑發(fā)生位移的風(fēng)荷載；建筑在發(fā)生位移時(shí)，超高大幅面玻璃和邊框發(fā)生相互擠壓，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定變形。為此，項(xiàng)目部通過(guò)開展頭腦風(fēng)暴，決定從玻璃邊框的結(jié)構(gòu)入手進(jìn)行創(chuàng)新，以研制一種在超高層建筑中使用、性能穩(wěn)定且長(zhǎng)期使用不會(huì)出現(xiàn)變形的玻璃邊框。

3.2 設(shè)計(jì)原理

目前，市場(chǎng)上超高層建筑的玻璃邊框普遍采用硬質(zhì)的塑膠條，但是在建筑高達(dá)幾百米的高空，溫度比正常溫度要高或者低很多，塑膠條很容易發(fā)生脆性破壞。因此決定采用耐高低溫的硅橡膠來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)塑膠條。

在摩擦力產(chǎn)生的條件三要素中，其中之一是接觸面間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。傳統(tǒng)玻璃邊框采用矩形的緩沖墊，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，塑膠條產(chǎn)生塑性變形，與邊框的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)明顯減弱，玻璃上傳來(lái)的力無(wú)法快速穩(wěn)定地傳到邊框上化解，所以玻璃容易發(fā)生晃動(dòng)從而碰撞玻璃邊框，造成安全隱患。

改進(jìn)后的緩沖墊采用不倒翁形硅橡膠緩沖墊，在玻璃受到力的作用時(shí)，具有彈性的硅橡膠緩沖墊受到擠壓產(chǎn)生變形后與邊框的接觸面積增加，并根據(jù)力傳遞的方向自動(dòng)適應(yīng)邊框內(nèi)槽，緩解甚至消除應(yīng)力，從而保護(hù)邊框不發(fā)生變形。

4 方案設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 外側(cè)可見(jiàn)部件

根據(jù)本工程實(shí)際情況，外側(cè)可見(jiàn)部件的尺寸寬度限定在30 mm，并與承重部件連接以加強(qiáng)邊框的承重力。針對(duì)外側(cè)可見(jiàn)部件與承重部件的連接方式，項(xiàng)目部提出了造型卡扣連接與螺釘連接2種方式。經(jīng)分析認(rèn)為，造型卡扣連接方式能滿足邊框要求，可與承重部件卡扣形成一個(gè)受力整體，且安裝方式簡(jiǎn)單快捷，而旋轉(zhuǎn)螺釘操作不方便，不利于安裝，不能滿足條件。因此，最終選擇了造型卡扣連接，如圖2所示。

圖2 外側(cè)可見(jiàn)部件和承重部件連接

4.2 承重部件

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，承重部件的尺寸寬度限定在30 mm，其能承受玻璃帶來(lái)的重力，并與內(nèi)部加固件穩(wěn)定連接形成核心結(jié)構(gòu)。對(duì)于承重部件的承載能力，設(shè)計(jì)要求垂直方向能長(zhǎng)久承受玻璃隔斷的質(zhì)量≥180 kg，同時(shí)考慮造價(jià)，成本應(yīng)≤25 元/m。

為確定承重部件與內(nèi)部加固部件的連接形式，項(xiàng)目部同樣對(duì)比了造型卡扣連接與螺釘連接這2種方式。經(jīng)分析認(rèn)為，該2種連接方式均能滿足承重要求，但螺釘?shù)倪B接方式更為穩(wěn)定，對(duì)結(jié)構(gòu)整體更為有利，因此選擇螺釘連接，如圖3所示。

圖3 承重部件和內(nèi)部加固部件連接

4.3 內(nèi)部加固部件

本方案設(shè)計(jì)的內(nèi)部加固部件的尺寸限定在45 mm×27 mm范圍內(nèi)，用以增強(qiáng)玻璃邊框的整體承受力和穩(wěn)定性，并承受來(lái)自兩側(cè)玻璃帶來(lái)的擠壓。針對(duì)內(nèi)部加固部件的材料選擇，本著經(jīng)濟(jì)適用的原則，項(xiàng)目部對(duì)比了鋁合金與鋼材這2種材料。

經(jīng)分析認(rèn)為，鋁合金的硬度高、質(zhì)量輕，更適合用作內(nèi)部核心加固部件，可以減輕建筑荷載；而鋼材的造價(jià)太高且質(zhì)量大，會(huì)增加建筑的荷載，因此采用鋁合金作為內(nèi)部加固部件的材料更加合理。

4.4 內(nèi)部可見(jiàn)部件

內(nèi)部可見(jiàn)部件需承受兩側(cè)玻璃帶來(lái)的擠壓，并且應(yīng)存在一定的空隙，以利于橡膠受力之后的形變釋放，并與整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定連接。本工程設(shè)計(jì)要求內(nèi)部可見(jiàn)部件的寬度≤80 mm，成本≤28 元/m。

基于上述原因，為確定內(nèi)部可見(jiàn)部件與結(jié)構(gòu)整體的連接方式，項(xiàng)目部對(duì)造型卡扣連接、螺釘連接以及受玻璃擠壓自緊連接這3種方式進(jìn)行了對(duì)比。

根據(jù)產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)想和建模演示，兩側(cè)玻璃對(duì)內(nèi)側(cè)的摩擦力會(huì)一直穩(wěn)定存在，利用玻璃擠壓的方式形成力，使內(nèi)部可見(jiàn)部件與整體連接可行且較為經(jīng)濟(jì)，因此采用受玻璃擠壓自緊連接方式，如圖4所示。

圖4 內(nèi)部可見(jiàn)部件和內(nèi)部加固部件連接

4.5 自緊橡膠件

本工程設(shè)計(jì)的自緊橡膠件借鑒了“滑動(dòng)趨勢(shì)”的力學(xué)概念以改變玻璃與邊框的受力形式，保證兩側(cè)玻璃向內(nèi)擠壓，并能夠忍耐高空氣溫變化。設(shè)計(jì)要求自緊橡膠件的尺寸限定在12 mm×8 mm之內(nèi)。

在造型選擇方面，項(xiàng)目部對(duì)比了橢圓形、直角三角形以及不倒翁形這3種方案，分析后認(rèn)為橢圓形兩邊都有滑動(dòng)趨勢(shì)，不符合設(shè)計(jì)要求，而直角三角形和不倒翁形均滿足兩側(cè)玻璃向內(nèi)擠壓的特征，但是直角三角形的橡膠件受擠壓之后，內(nèi)部可見(jiàn)部件的造型空隙不能滿足其形變釋放量要求，因此最終選擇了可以滿足其形變釋放量要求的不倒翁造型。

在材質(zhì)方面，傳統(tǒng)的塑膠條在高空中氣溫變化時(shí)容易產(chǎn)生脆性破壞，而硅橡膠性能穩(wěn)定、柔韌性好，可以適應(yīng)高低溫變化，所以采用了硅橡膠。

本工程自緊橡膠件的造型如圖5所示。

圖5 自緊橡膠件造型和滑動(dòng)趨勢(shì)示意

4.6 整體設(shè)計(jì)方案的確定

通過(guò)對(duì)玻璃隔斷邊框各個(gè)部分構(gòu)件的分析與優(yōu)選確定，將各部分方案造型進(jìn)行整合后，最終形成的自緊式玻璃隔斷邊框的總體造型如圖6所示。

圖6 自緊式玻璃隔斷邊框總體方案

5 方案應(yīng)用效果

5.1 社會(huì)效益

通過(guò)該自緊式玻璃邊框的研發(fā)與應(yīng)用，既保證了項(xiàng)目重點(diǎn)部位的施工質(zhì)量，又培養(yǎng)了一批具有創(chuàng)新意識(shí)的工程人員，同時(shí)，還提升了公司在建筑裝飾行業(yè)的影響力，社會(huì)效益顯著。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)，未使用自緊式玻璃隔斷邊框的項(xiàng)目，針對(duì)邊框變形部分的維修費(fèi)用大致和成本相同，而后期維修費(fèi)用將越來(lái)越高。

自緊式玻璃邊框單價(jià)為130 元/m，樣板房所用玻璃邊框單價(jià)為89 元/m。以10 a的使用時(shí)間總長(zhǎng)度710 m計(jì)算，自緊式邊框相比樣板房玻璃邊框總計(jì)可節(jié)省費(fèi)用約24 850元。

5.3 質(zhì)量效益

在自緊式玻璃隔斷邊框應(yīng)用前，項(xiàng)目超高層建筑超高大幅面玻璃隔斷的質(zhì)量合格率約為78.7%，在自緊式玻璃隔斷邊框安裝使用4個(gè)月之后，對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的玻璃邊框進(jìn)行了效果檢查，統(tǒng)計(jì)形成的質(zhì)量合格率為92.6%，施工質(zhì)量改善明顯，避免了一系列的安全隱患。

6 結(jié)語(yǔ)

本文以溫州世貿(mào)中心大廈為案例，針對(duì)施工中存在的玻璃隔斷邊框變形難題，針對(duì)性地研發(fā)了自緊式玻璃隔斷邊框，從而有效地保證了施工質(zhì)量。在實(shí)際應(yīng)用中，自緊式玻璃隔斷邊框內(nèi)部構(gòu)件的連接方式，可以在較大程度上降低安裝難度，提高工作效率，并有效規(guī)避高空玻璃隔斷邊框的變形問(wèn)題，保證施工安全，降低風(fēng)險(xiǎn)隱患[7-12]，為行業(yè)內(nèi)的類似項(xiàng)目施工提供了成功經(jīng)驗(yàn)，具有良好的推廣和應(yīng)用價(jià)值。