赵西安离子性中间膜夹层玻璃Word文档格式.docx
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2.有较强的防护能力,可以防止自然力和人力的破坏。
对强风、地震、暴力、盗窃等有足够的抵抗力。
3.能承受室人员的突然撞击,防止玻璃飞散或整体脱出,避免室人员飞出坠落。
4.有足够的剩余承载力,玻璃破碎后再发生弯曲变形时不会整块脱落。
5.中间膜有大的剪切模量,使两块玻璃尽可能整截面受弯工作,从而提高玻璃的承载力和弯曲刚度,减小玻璃的厚度,减轻玻璃的自重。
6.无色透明,能耐受紫外线、水汽和外界气候变化影响,长时期使用不泛黄变色。
目前采用的PVB夹胶膜还不能完全满足上述要求。
有必要开发更高性能的幕墙夹层玻璃专用中间膜,以适应超高层建筑幕墙、大跨度采光顶、超大尺寸夹层玻璃、全玻璃结构等对夹层玻璃的高标准要求。
二、离子性中间膜的特性
现在,能满足建筑幕墙夹层玻璃上述性能要求的夹胶膜—离子性中间膜已经由美国杜邦公司开发出来,并批量生产,商品名称为SGP。
这种夹胶膜具有许多优良的性能。
(一)具有高的强度和剪切模量,力学性能优异
SGP的剪切模量是PVB的50倍以上,撕裂强度比PVB高5倍。
SGP夹胶后,玻璃受力时两片玻璃之间的胶层基本上不会产生滑动,两片玻璃如同一片等厚度的单片玻璃整体工作。
这样一来,承载力就是等厚度的PVB夹层玻璃承载力的2倍;
同时,在相等荷载、相等厚度的情况下,SGP夹层玻璃的弯曲挠度只有PVB夹层玻璃的1/4(图1)。
SGP夹层玻璃整截面工作PVB夹层玻璃中间膜滑动
图1SGP夹层玻璃承载力是PVB夹层玻璃的两倍,挠度只有PVB夹层玻璃的1/4
由于承载力提高,挠度减小,玻璃厚度会相应减小。
有可能减少玻璃的用量约40%,相应也减轻了幕墙的自重。
不仅有利于主体结构设计,而且节材就是节能,因为生产每一标准箱浮法玻璃要消耗标准煤16Kg,耗电7.5度。
如果加上钢化、均质化处理等,耗能就更多了。
(二)具有良好的边部稳定性,可外露使用而无须封边
边部稳定性指夹层玻璃边部外露于大气条件下的耐久性。
PVB夹胶不耐潮湿,水汽作用下容易开胶、分离,要求外露边缘进行封边处理。
而SGP胶膜有良好的边部稳定性,对水分不敏感,在外露条件下使用也不会开胶、分离,可以开边使用,不必封边(图2)。
所以SGP夹层玻璃可以很方便地用于拦板、雨棚、外挑装饰玻璃翅、玻璃遮阳板等外露边缘的构件而无须采取专门的封边措施(图3)。
图2SGP夹层玻璃可以不加封边就在室外使用图3不加封边的SGP夹层玻璃拦板
(三)玻璃破损后留有充分的剩余承载力,不会整块坠落
普通PVB夹层玻璃,尤其是钢化夹层玻璃,玻璃一旦破碎就会产生很大的弯曲变形,有整块脱落的危险(图4)。
当玻璃水平安装在采光顶上时风险更大,香山植物园就曾发生过玻璃整块落下的意外事故。
SGP间膜夹层玻璃整体性好,SGP夹胶膜的撕裂强度是PVB夹胶膜的5倍,即使玻璃万一破碎,SGP膜还可以粘结碎玻璃形成破坏后的一个临时结构,其弯曲变形小,还可以承受一定量的荷载而不会整片下坠。
这就大大提高了玻璃的安全性(图5、图6)。
图4PVB夹层玻璃,即使竖向安装,四边支承,图5即使是竖向悬臂安装,SGP夹层玻璃拦板破碎后
破碎后还是大弯曲变形,最终脱出仍保持平面,显示还保持一定的承载力
图6SGP夹层玻璃即使破碎,也还有足够的剩余承载力
(四)无色透明,不易变色,通透性极佳
SGP夹胶膜本身无色透亮,而且耐候性好,不容易泛黄。
SGP膜的泛黄系数小于1.5,而PVB膜的泛黄系数为6~12。
因此SGP夹层玻璃能更好地满足建筑师的建筑艺术要求。
如果采用超白玻璃(低铁玻璃)、SGP中间膜夹胶,那超白夹层玻璃晶莹剔透的光学效果将是绝对顶级的(图7)。
材料
图7钻石表面精磨19mm超白玻璃,SGP夹胶膜夹层装饰玻璃晶莹闪亮
三、离子性中间膜夹层玻璃的试验研究
受美国杜邦公司的委托,中国建筑科学研究院于2006~2007年期间进行了SGP夹层玻璃性能的研究。
试验得到了SGP中间膜和PVB中间膜自身的物理力学性能以及对比了SGP夹层玻璃、等厚PVB夹层玻璃和等厚单片玻璃受力性能。
玻璃受弯试件分四边支承和两边简支两种形式(图8、图9)。
图8四边支承玻璃试验
图9对边简支玻璃试验
不同厚度夹层玻璃和等厚单片玻璃的对比试验表明,SGP夹层玻璃的应力和挠度与同厚度的单片玻璃基本相同;
而PVB夹层玻璃由于中间层显著的滑移,应力与挠度要大得多。
因而可以认为:
SGP夹层玻璃作为等厚度单片玻璃整体工作;
PVB夹层玻璃接近于两片单独的玻璃叠加(图10、图11)。
图10最大主应力随荷载的变化图11跨中挠度随荷载的变化
(方点为10mm单片玻璃;
三角形为SGP夹层玻璃;
圆点为PVB夹层玻璃;
夹层玻璃均为5mm+0.76+5mm)
试验还表明,SGP夹层玻璃破碎后,挠度并没有显著加大,仍保留相当大的剩余承载力,能保证幕墙的结构安全(图12)。
进行了30天长期荷载试验,PVB夹层玻璃长期荷载下的弯曲变形显著增大,而SGP夹层玻璃如同单片玻璃一样,长期挠度增长很小(图13)。
图12对边简支SGP夹层玻璃破碎后还有足够剩余承载力图13荷载30天后的挠度,自左至右:
单片玻璃;
PVB夹层玻璃;
SGP夹层玻璃
进行了温度升高条件下的受力性能试验,温度在50摄氏度以下时,SGP夹层玻璃的承载力不降低;
而PVB夹层玻璃50摄氏度时的承载力仅为20摄氏度时的60%。
试验实测,在温度为20摄氏度时,PVB夹胶膜的剪切模量G=0.84N/mm2;
而SGP夹胶膜的剪切模量G则高达42.7N/mm2。
四、离子性中间膜夹层玻璃的力学性能
叠合在一起的几片玻璃的工作性能取决于中间层(夹胶膜)的力学性能。
如果夹胶膜的剪切模量G和撕裂强度f很小,夹层玻璃受弯时中间层就产生很大的滑移,玻璃之间就在相对滑动,夹胶膜实际上没有起将玻璃连为整体的作用。
这几片玻璃看似叠合在一起,实际上还是各自单独工作。
承载力仅仅是各片玻璃单独承载力之和。
反之,如果夹胶膜的剪切模量G和撕裂强度f很高,夹层玻璃受弯时夹胶膜滑移量极小,这时候几片玻璃就能够共同工作,好象是一片单片玻璃一样。
理论上,当夹胶膜的力学性能等同于玻璃时,夹层玻璃就变成了单片玻璃。
在工程上,当夹胶层的剪切模量G大于20N/mm2时,就可以认为夹层玻璃在整体状态下工作。
SGP离子性中间层的G达到42.7N/mm2,已经满足了这个条件;
而PVB夹胶膜的G值仅为0.84N/mm2,与上述条件相差悬殊。
它们两者受弯时的截面应力状态是完全不同的(图14)。
正是两者的受力状态不同,在相同厚度下两者的承载力和变形有很大的差别(图15、图16)。
因此,采用SGP夹层玻璃将使得玻璃的厚度减小,更有利于合理地进行幕墙玻璃的选用,取得更大的经济技术效益(图17、图18)。
PVBSGP
图14受弯时PVB夹层玻璃和SGP夹层玻璃截面应力的分布
图15相同厚度时夹层玻璃承载力的比较
图16相同荷载作用到相同厚度夹层玻璃时挠度的比较
PVBSGPPVBSGP
图17承载力相等时玻璃的厚度图18相同外力下挠度相等时玻璃的厚度
五、PVB中间膜在超大尺寸玻璃中的应用
目前,国外生产的热弯钢化夹层玻璃最大长度为6m。
我国于2010年成功生产了世界上第一块超大尺寸玻璃:
12.8mX2.6m热弯钢化超白夹层,15mm+2.28SGP+15mm(图19)。
接着,生产了12块12.6mX2.6m超大尺寸热弯钢化夹层玻璃,12mm+1.58SGP+12mm+1.58SGP+12mm,用于苹果店(图20)。
正是SGP离子性中间膜的应用使得超大玻璃制造成为可能。
图19世界第一块12.8m超大尺寸热弯钢化夹层玻璃图20苹果店12块12.6mx2.6m超大夹层玻璃
现在,13.8mX3.6m热弯钢化SGP夹层玻璃已经生产出来(图21),为苹果店和美国苹果店分别制造的15m和18m热弯钢化SGP夹层玻璃也正在生产中。
图2113.8mX3.6m,15mm+2.28SGP+15mm超大热弯玻璃图22苹果店玻璃梁和玻璃柱的五夹层玻璃
超大尺寸SGP夹层玻璃主要用于苹果店这样的全玻璃结构,与大玻璃配套的是超长多重夹胶玻璃梁和玻璃柱。
图22为苹果店12m长SGP五夹层玻璃柱。
现在更长的SGP多重夹胶玻璃
已经制造成功(图23、图24)。
图2315m长五夹胶超白玻璃柱图24为苹果店生产的15m长六夹胶超白玻璃柱
六、SGP夹层玻璃在大型公共建筑中的应用
SGP中间层夹层玻璃已经在许多大型公共建筑中应用。
图25为上方艺术中心,幕墙玻璃采用两块玻璃夹一层多孔金属板(图26),只有SGP强力粘接才能完成金属板夹胶玻璃的制造。
图25上方艺术中心图26多孔金属板夹胶玻璃
SGP夹层玻璃在公共建筑中应用,提高了幕墙的安全性,减轻了玻璃的自重,而且使幕墙更为通透(图27、图28)。
图27上方明珠SGP夹层玻璃护拦板图28意大利BOLZAN博物馆点支幕墙
七、SGP夹层玻璃在超高层建筑中的应用
超高层建筑要承受大的风力、地震力和温度变化的影响,要求玻璃面板有高的承载力和刚度,而且万一破损还要有一定的剩余承载力而不会坠落。
SGP中间膜夹层玻璃可以很好地满足这些要求。
中心是目前在建最高的建筑,123层,632m高(图29)。
共采用SGP夹层玻璃150000m2。
中心采用双层通风幕墙,外幕墙为单夹层玻璃,配置为12mm超白+1.52SGP+12mm超白(图30、图31)。
塔是我国已经建成最高的建筑,高度为600m(图32)。
全部56000m2玻璃幕墙均采用SGP双夹层中空玻璃(图33),配置为(8mm+1.52SGP+8mm)+12A+(8mm+1.52SGP+8mm)。
三角形玻璃板块最大尺寸为1.5mX3.5m(图34)。
图29中心,高度632m图30中心双层幕墙之间的热通道空间
图31中心玻璃幕墙图32塔,高度600m图33塔幕墙双夹层中空玻璃
图34塔的楼层,落地三角形大块SGP夹层玻璃图35京基大厦顶部采用SGP夹层玻璃
京基大厦是目前已建成的最高建筑,高度441m,其顶部为超大共享空间,整个超高拱形大厅由SGP夹层超白玻璃覆盖(图35),非常通透。
目前国高层建筑玻璃幕墙配置最高档的要数利通广场大厦,其高度为303m(图36)。
63000m2的玻璃幕墙为锯齿形,别具一格(图37)。
玻璃面板为超白半钢化玻璃,SGP夹胶膜,组成为(8mm+1.52SGP+8mm)+12A+8mm。
采用这样高档的配置主要是考虑:
高承载力和安全性;
通透洁白;
锯齿形玻璃不用封边。
图36利通广场大厦,高度303米图37利通SGP超白夹层中空锯齿形幕墙
图38利通SGP夹胶中空玻璃幕墙平面
图39利通大厦极其通透的SGP超白夹胶玻璃幕墙
八、SGP夹层玻璃在采光顶的应用
SGP夹层玻璃不仅有高强度,而且破损后有足够的抗弯曲能力,不会整片从高空落下,所以特别适用于玻璃采光顶的水平或斜放玻璃板块。
图40为塔点支三角形采光顶玻璃板,SGP`夹胶。
恒隆广场6000m2的采光顶也是采用SGP夹层玻璃(图41)。
图40塔的点支玻璃采光顶采用SGP夹层玻璃`图41恒隆广场采光顶
花城广场太古汇有规模最大的现代化购物中心,其采光顶采用了SGP夹层玻璃(图42)。
图42太古汇购物中心SGP超白夹层玻璃采光顶
小结
离子性中间膜SGP在建筑幕墙夹层玻璃中应用时间不长,但它优良的性能已经在应用中显现出来。
在大型公共建筑和超高层建筑玻璃幕墙中充分显示了SGP夹层玻璃高承载力、安全性、通透性等特点。
而在玻璃拦板、玻璃地板、玻璃遮阳板的应用中,SGP夹层玻璃的耐冲击、安全、无须封边的优点十分显著。
超大尺寸夹层玻璃和多重夹胶玻璃制品更离不开SGP夹胶膜。
在今后SGP夹层玻璃不断扩展的应用中,我们将会看到它更广阔的发展前景。
我中心于2012年8月17日-19日在举办“节能建筑幕墙和超高层幕墙设计施工技术培训班”
一、授课专家
席时葭中国建筑装饰协会幕墙委专家组专家
全国建筑门窗及幕墙标准化技术委员会委员
吴智勇中国金属结构协会门窗幕墙委员会专家
省市金属结构行业协会副秘书长
曾任成飞集团装修工程总公司副总兼总工
联系人:
董琳
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