建筑室內無立柱玻璃欄板水平推力荷載試驗研究

郭旸 閆威 雷麗萍

摘? ? 要：玻璃欄板作為一種圍護結構，在商業建筑中被廣泛運用，因其材料易碎，延展性較強等特點，易受施工工藝及環境的影響，因此玻璃欄板在水平荷載影響下其安全性能是否滿足設計要求，成為了急待研究的問題。本次研究對水平推力裝置及水平荷載作用下的無立柱玻璃欄板結構性能進行了研究。

關鍵詞：玻璃欄板;水平推力;反力裝置;荷載試驗

1? 前言

商業建筑是提供商品交換和商品流通的建筑，由于商業建筑屬于公共性建筑，在滿足正常使用功能的同時，其外觀及內部裝璜也應滿足一定的藝術效果和美學效果，隨著玻璃在建筑上的普及，人們越來越多的將玻璃運用到商業建筑的欄板等圍護結構上，帶來輕巧通透、外觀時尚、占用面積小、增大視覺空間的作用，但由于玻璃易碎、延展性較強等特點，與傳統混凝土欄板及鋼制欄桿相比，更容易受施工工藝及環境影響，具有一定的安全隱患。而在實際工程中，往往不易于對原位玻璃欄板施加水平推力，故本次研究將根據實際工程有針對性的設計推力裝置，并通過相關試驗研究不同施工工藝情況下同批玻璃欄板在水平推力下的結構性能。

2? 工程概況

該項目位于云南省昆明市，為某商業綜合體建筑，總建筑面積25萬㎡，建筑室內區域有中空中庭，二層至頂層室內步行街裝潢通過無立柱玻璃欄板結構圍護。該無立柱玻璃欄板為12mm+1.52sgp+12mm鋼化夾膠超白玻璃，單片玻璃尺寸為1495mm×1710mm×25.52mm×嵌入高度300mm。無立柱玻璃欄板通過Q235B級U型槽預埋固定在主體結構外懸挑鋼結構上，外懸挑鋼結構與混凝土主體結構采用預埋件連接，預埋件錨筋為HRB400級鋼筋，玻璃欄板根部直接插入通長12mm厚的鍍鋅U型槽口內，槽口內灌注10mm厚CGM高強灌漿料并填滿，欄板扶手連接為頂裝壁厚3mm以上的不銹鋼型材或鋁合金型材，扶手型材與玻璃欄板采用線連接。現場實際工程中，無立柱玻璃欄板共有2種標準樣板段，上沿欄桿通長。2種標準段整體安裝線型略為不同，分別為直線標準段及弧線標準段，其中弧線標準段所安裝的玻璃欄板最大起拱4～5mm。

3? 推力裝置研究

玻璃欄板主要受到水平荷載，試驗研究可考慮集中荷載造成的最不利荷載影響，擬采用二點集中力三等分加載。針對本次試驗進行推力裝置的設計，包含施力裝置液壓千斤頂，測力裝置壓力計，找平用穿心墊片，加載裝置爪件等，并成功申請專利（實用新型CN201520544124.6），用該裝置可在施工現場搭設腳手架等反力臺直接對玻璃欄板上沿進行水平推力加載。

4? 玻璃欄板水平推力試驗研究

考慮商場人流量大，玻璃欄板處可能產生密集的人體擠壓、硬物擠壓及撞擊等荷載影響，在受到最不利荷載影響的情況下，玻璃欄板仍需有一定的安全儲備，故本次試驗研究荷載取值宜偏大，欄桿水平荷載標準值為1.0kN/m[1]，試驗目標荷載取欄桿水平荷載標準值的3倍進行，按欄板寬度為1.495m進行計算，試驗目標荷載不宜小于3×1.4（活荷載分項系數）×1.0 kN/m×1.495m≈6.3kN。

本次研究結合實際工程，共選擇5塊現場不同施工工藝的玻璃欄板進行試驗，選擇試驗的玻璃欄板分別為：（1）試件1，直線段未安裝扶手且根部未灌漿（僅插入嵌固）玻璃欄板;（2）試件2，直線段未安裝扶手玻璃欄板;（3）試件3，弧線段未安裝扶手玻璃欄板;（4）試件4，直線段安裝扶手玻璃欄板;（5）試件5，弧線段安裝扶手玻璃欄板。試驗以測量加載時玻璃欄板位移為主要測量值，試驗中觀察玻璃欄板是否出現裂紋。試驗加載點及測量點如圖2所示。測點編號從左到右，從下到上分別為W1、W2、W3、W4、W5。

在正式試驗前進行了預加載以消除試驗裝置的影響。加載過程中同步觀測試件錨固端的連接情況以及試件表面是否有裂紋。

出現以下情況時視為破壞：（1）欄板位移不收斂（荷載不能穩定）;（2）在荷載作用下，欄板玻璃發生開裂;（3）連接部位松弛或脫落。出現以上破壞情況時，應終止加載，其前一級的荷載值即為極限承載力。

4.1? 直線段未安裝扶手且根部未灌漿玻璃欄板試驗

（1）第一級加載應加載至1.26kN，實際加載最大值為0.52kN時荷載不能增加，力值逐漸減小;（2）荷載減小至0.50kN后繼續加荷，加載至最大值為0.60kN時荷載不能增加，力值逐漸減小;（3）在此狀態持續5min后再次進行讀數，力值減小為0.50kN，此時荷載力值變小而位移不斷增大;（4）由于荷載不能增加，而位移不斷增大，即位移不收斂，因此進行卸載，卸載后仍有殘余變形，且殘余變形較大，實際觀察發現下部嵌入部分松動。可判定該玻璃欄板試件在加載至0.50kN～0.68kN時下部嵌入部分已破壞（見表1）。

4.2? 直線段未安裝扶手玻璃欄板試驗過程

對未安裝扶手的直線段玻璃欄板試件進行試驗，在加載過程中未發現異常，在第三級到第四級加載時玻璃欄板嵌入部分發出輕微聲響，而玻璃欄板未發現裂縫，加載到試驗目標荷載后，玻璃仍未出現裂縫，結束后進行卸載，卸載后發現仍有部分殘余變形，但變形較小（見表2）。

4.3? 弧線段未安裝扶手玻璃欄板試驗過程

弧線段玻璃欄板在加載過程中未發現異常，在第三級到第四級加載時玻璃欄板嵌入部分發出輕微聲響，而璃欄板未發現裂縫，加載到試驗目標荷載后，玻璃未出現裂縫。繼續加載值6.76kN時預埋件處發生巨響并脫開，試件破壞（見表3）。

4.4? 直線段安裝扶手玻璃欄板試驗過程

前五級加載未發現異常，在第六級加載時玻璃欄板發出明顯聲響，加載到試驗目標荷載后，玻璃未出現裂縫，繼續加載至6.89kN，約達到極限荷載的110%，結束后進行卸載，卸載后讀數發現仍有部分殘余變形，但變形較小（見表4）。

4.5? 弧線段安裝扶手玻璃欄板試驗過程

在第五級加載過程中，玻璃與扶手同時發出聲響，確認玻璃無裂縫后繼續進行加載，達到試驗目標荷載時未出現裂縫，繼續加載至6.72kN時荷載不穩定，出現荷載值下滑的情況，當荷載值穩定時進行讀數，此時荷載值為6.60kN，約為試驗荷載極限值的105%，卸載后再次測量位移，殘余變形較大（見表5）。

5? 結論與展望

5.1? 結論

（1）試件1在加載后，不能持荷，位移不收斂，且卸載后發現嵌入U型槽部分有明顯的松動和脫落，證明試件1已破壞，可推斷簡單的根部嵌固并不能保證欄板的穩定，不能達到使用要求。

（2）試件2在達到荷載6.30kN（試驗目標荷載）時，玻璃欄板未破壞，且實際觀測未出現裂縫，此時玻璃欄板整體有明顯的變形;試件3在達到荷載6.30kN時，玻璃欄板未破壞，且實際觀測未出現裂縫，繼續加載至6.76kN時玻璃欄板下部預埋件灌膠處發生巨響并脫開。可推斷，相同施工工藝的玻璃欄板在根部嵌固灌漿后水平荷載承載力得到有效提高，但總體變形均較大，仍不能達到使用要求。

（3）試件4在達到2倍水平荷載標準值之前，荷載和位移曲線基本呈線彈性關系，繼續加載至試驗目標荷載時玻璃欄板仍未出現裂縫，此時玻璃欄板整體有明顯的變形，卸載后仍有一定的殘余變形。試件5在達到1.8倍水平荷載標準值之前，位移與荷載基本呈線彈性關系，加載至試驗目標荷載玻璃欄板仍未出現裂縫，此時玻璃欄板有明顯變形，繼續加載后荷載不穩定，出現荷載值下滑的情況，卸載后殘余變形仍較大。可推斷當上部安裝通長的扶手后，玻璃欄板在水平推力荷載影響下，位移得到有效約束，超過荷載標準值后，在一定范圍內荷載與位移仍可處于彈性階段，但就相關比較而言，直線段欄板的位移、彈性階段、殘余變形均好于弧線段欄板。

5.2? 展望

（1）在正常使用狀態下，無立柱玻璃欄板通長的扶手和下部嵌固部分有效提高了欄板承載力，并對處于荷載影響下位移有一定的約束作用，其結構是在一定荷載影響下是安全可靠的，但因結構有一定殘余變形，因此定期對無立柱玻璃欄板進行檢修是必須的，在不影響使用及美觀的前提下，采用有立柱固定或幕墻爪件固定的玻璃欄板更為安全。

（2）目前根據該試驗研究進行了反力裝置的設計，但該反力裝置仍有一定的局限性，仍有研究空間，后續可根據相應的需求對反力裝置進行改裝，保證其加載位置、荷載形式均可自由調整，以達到適用大部分結構水平推力試驗的要求。

參考文獻：

[1] GB 50009—2012.建筑結構荷載規范[S].

[2] DBJ50-123—2010.重慶市建筑護欄技術規程[S].

[3] GB 50784—2013.混凝土結構現場檢測技術標準[S].

[4] JG/T 342—2012.建筑用玻璃與金屬護欄[S].

[5] 周武東，王盼.陽臺懸臂式玻璃欄板抗推力試驗研究解析[J].科學與信息化，2018（25）.

[6] 謝得亮.玻璃欄板設計的常見問題及解決方案[J].中國建筑金屬結構，2017（5）.