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夾層酸蝕玻璃的工程設計與應用淺談

來源:2020論文集  作者:陳峻 謝俊峰 唐雅芳 徐勤 陸津龍  日期:2021-1-20
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  提要:酸蝕玻璃是一個近年來較為新型的幕墻幕墻裝飾材料,在國內的設計和制造生產的規范和標準尚屬空白,本文通過一個工程案例的實際應用,對酸蝕玻璃的材料性能、設計標準、試驗、工程實踐,做了一次新的研究嘗試,望能推進新材料酸蝕玻璃在建筑立面上的推廣和發展。
  關鍵詞:酸蝕 強度 等效計算厚度

  本篇文章內容由[中國幕墻網ALwindoor.com]編輯部整理發布:

  提要:酸蝕玻璃是一個近年來較為新型的幕墻幕墻裝飾材料,在國內的設計和制造生產的規范和標準尚屬空白,本文通過一個工程案例的實際應用,對酸蝕玻璃的材料性能、設計標準、試驗、工程實踐,做了一次新的研究嘗試,望能推進新材料(詞條“新材料”由行業大百科提供)酸蝕玻璃在建筑立面上的推廣和發展。

  關鍵詞:酸蝕 強度 等效計算厚度

  1 前言

  隨著城市現代化建設的進程推進,建筑立面玻璃光反射對周圍環境的眩光(詞條“眩光”由行業大百科提供)和聚光影響越來越大,建筑光環境評估在幕墻玻璃防眩光功能上的要求也越來越高,這樣就催生了用于觸摸屏,顯示屏,觸板、視系列等的工業用防眩光玻璃向建筑立面玻璃的應用轉化,也就是AG。

  AG又稱防眩光玻璃玻璃,英文名稱Anti-glare Glass,玻璃原片表面經過特殊加工工藝處理的一種玻璃,其原理是SiO2+4HF=SiF4+2H2O為主的化學反應,顯著特性是啞光,使玻璃形成凹凸不平表面,造成光線漫反射,比普通玻璃具有較低的反射比,從而達到防眩光的目的,光的反射率由8%降低到1%以下。

  AG通常分為如下四種:蝕刻AG玻璃、貼膜(詞條“貼膜”由行業大百科提供)AG玻璃、噴涂AG玻璃和鍍膜AG玻璃(也稱AR玻璃),四種防眩光玻璃都能達到防眩光目的,但各有側重。用于建筑玻璃上的AG玻璃通常是化學蝕刻,又稱酸蝕玻璃。采用特殊的化學工藝處理制作而成,啞光漫反射表面,可使反光影響模糊,防止眩光并且減少光影。防眩(AG)產品表面防腐、防劃傷性能強。解決玻璃幕墻光照下產生的反光、眩光問題。不過蝕刻AG,仍然是玻璃表面,產品壽命與鋼化玻璃相當,蝕刻AG顆粒均勻,并且蝕刻AG能做到的粗糙度范圍能做到0.08-2.0之間,光澤度高能做到150, 透過率(詞條“透過率”由行業大百科提供)在20%-90%以上,堪比普通浮法玻璃的透過率。

  2 酸蝕玻璃

  上海市某超高層項目立面飛翼部分采用的是AG玻璃中的玉砂玻璃類型,玉砂玻璃裝飾一方面可以透過光線,保證充分采光,另一方面又能有效的限制和阻止清晰透視,保證隱秘性。

  工藝如下: 選片→防酸油墨印刷→蒙砂→拋光→清洗→剪切→質檢→包裝→發貨。防酸油墨印刷類似于彩釉工藝,將非酸蝕的部分用油墨進行保護;蒙砂是指化學腐蝕的主要部分;拋光部分是玉砂玻璃的關鍵工藝,將腐蝕(詞條“腐蝕”由行業大百科提供)的部分淋涂油砂以進行酸腐反應,得出成品,成品透光率提高、不粘手印亦不留刮痕。清洗步驟就是將早先的防酸油墨清洗干凈,還原玻璃表面。

  酸蝕后的玻璃大板,在進行鋼化、夾層后加工處理,最終形成產品。玻璃酸蝕的布置如下,圓點圖案直徑8mm,圓點突起高度0.2mm,橫向點間距10mm,圓點透明,點周圍半透明,行程了凸凹的層次感,光線下透明的圓點形成了較強的立體感。

  3 酸蝕玻璃的材料性能

  由于國內沒有相關的材料標準,我們在上海北方玻璃玻璃技術工業有限公司對玻璃的強度進行了檢測,得到8mm厚酸蝕玻璃表面應力(詞條“表面應力”由行業大百科提供)均大于90MPA的結果。在上海建科檢驗有限公司對鋼化玻璃的碎片狀態、散彈袋沖擊性能、抗沖擊性能分別進行了檢測,均符合GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃第2部分:鋼化玻璃》的國家標準的要求。

  歐標2018- EN17257-2中4.2.2.10條如下:酸蝕玻璃機械強度的抗彎強度特征值與基材玻璃的的特征值一致。另4.2.2.8和4.2.2.9條僅對玻璃單雙面受沖擊荷載和溫度驟變和極差做了一些安全設計說明。

  澳標AS 1288-2006中,附錄中3.2計算玻璃抗彎強度的計算公式和調整系數表格如下:

  調整系數也是1.0,由此可見酸蝕玻璃的強度設計標準與常規的玻璃是一致的,國內的鋼化玻璃設計標準完全適用,經過鋼化處理的酸蝕玻璃仍然是安全玻璃,可用于建筑玻璃幕墻上面。

  4 問題的提出

  單片玻璃的安全設計校核較為容易實現,問題在于作為復合材料夾層玻璃的安全校核如何操作。在2003年版本的建筑幕墻行業技術標準102規范中,對夾層玻璃采用了等效厚的計算,做成夾層玻璃(SGP離子型膠片)后的有效計算厚度如何確定,成為應用到工程上首先要解決的問題。我們通過理論計算、性能試驗和推導論證的技術路線來嘗試解決這個問題。

  5 理論計算

  飛翼10mm酸蝕玻璃+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃安全性論證計算。荷載計算:采用面板荷載組合標準值為3.141kN/m2,面板荷載組合設計值為4.894kN/m2 。

  5.1 計算方案一

  10mm蝕刻玻璃+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃計算時不考慮SGP膠片作用。

  假定蝕刻玻璃有效厚度為8mm(考慮安全系數)。即,計算按照8+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃進行荷載分配計算。

  玻璃尺寸:選用10mm超白全鋼化酸蝕玻璃+1.52mmSGP+8mm超白全鋼化夾膠玻璃。板塊形狀是3056*1417夾角為75°的平行四邊形。

  (a)8mm鋼化玻璃強度計算(按規范計算,且不考慮SGP膠片剪切剛度)

  采用SAP2000有限元(詞條“有限元”由行業大百科提供)軟件進行計算。按彈性薄板撓度理論,考慮幾何非線性計算。

  5.2 計算方案二

  10mm蝕刻玻璃+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃計算時考慮SGP膠片作用。

  假定蝕刻玻璃有效厚度為8mm。即,計算按照8+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃進行計算。采用面板荷載組合標準值為3.141kN/m2;面板荷載組合設計值為4.894kN/m2 ;

  計算等效厚度:

  計算采用SAP2000有限元軟件進行計算,按彈性薄板大撓度理論,考慮幾何非線性計算。

  計算結果如下:

  5.3 計算結論

  通過計算,假定酸蝕玻璃有效厚度為8mm,計算結果滿足規范要求!但是,酸蝕玻璃的實際厚度需通過試驗才能確定,即實際厚度多少的酸蝕玻璃才能達到8mm的有效計算厚度還需試驗確定。

  6 試驗

  由于項目應用是凌空飛翼和采光頂雨棚部分,考慮到試驗設備和場地的局限性,我們按照盛水靜力學試驗進行檢測。玻璃按照實際工程需要選用10mm超白全鋼化酸蝕玻璃+1.52mmSGP+8mm超白全鋼化夾膠玻璃。板塊形狀是3056*1417夾角為75°的平行四邊形。

  6.1 測試目標

  試驗所用的材料種類、龍骨型材截面形狀、分格大小、受力模式是否和施工圖紙一致。

  試驗結果的過程、表象是否滿足試驗方案和國家標準的要求。

  過程一用于常規的性能檢測,過程二、過程三是指在偶然作用下,測試酸蝕復合材料的安全性能。

  6.2 測試程序

  過程一

  (a) 檢查樣品,應符合設計要求;

  (b) 安裝位移計,調試位移計的靈敏度,使任意測點上的位移計處于有效狀態;

  (c) 安裝應變片,調試應變片,使其處于有效狀態;

  測點布置尺寸如下:

  (d) 將位移計、應變片清零;

  (e) 試驗時從較低盛水高度進行,按照 26mm、51mm、77mm、102mm、128mm、 153mm、179mm、 204mm、230mm、255mm、281mm、306mm、321mm(100% 設計盛水高度)、353mm(110%設計盛水高度)分級逐漸增加盛水高度,每級維持 5min,或樣品出現破壞。記錄各測點的面法線位移量和應力(詞條“應力”由行業大百科提供),觀察并記錄樣品出現的破壞和部位。

  盛水高度換算:

  風荷載標準值: 3.141 Kpa

  換算成水箱高度:H = 3141/1000x9.8 = 0.321m

  要求:

  1. 提供玻璃面板撓度檢測數據,提供面板應力數據,玻璃面板的撓度不大于短邊的1/60。

  2. 若樣品出現破壞,記錄破壞的部位和荷載值。

  過程二

  (a) 增加盛水高度,至 481mm(150%設計盛水高度)并保持24h或樣品出現破壞。 觀察并記錄樣品出現的破壞和部位。

  要求:觀察樣品有無出現破壞,若樣品出現破壞,記錄破壞的部位和盛水高度。

  過程三:

  (a) 破壞接觸水面的玻璃,使得水接觸 SGP 膠片,并使盛水高度保持在 321mm(100% 設計盛水高度)10min 或樣品出現破壞,觀察并記錄樣品出現的破壞和部位,然后增加盛水高度至 481mm(150%設計盛水高度),保持24h或樣品出現破壞。 觀察并記錄樣品出現的破壞和部位。

  要求:觀察樣品有無出現破壞,若樣品出現破壞,記錄破壞的部位和盛水高度。

  6.3 測試數據

  應力值表:

  注:最大應力位于點位03,應力值為-15.4184N/mm2。

  注:最大應力位于點位12(玻璃中心),撓度值為-4.9mm。

  6.4 結論

  試驗結果滿足設計和規范要求。

  盛水試驗常規部分過程一檢測值,與考慮SGP剛度作用的理論計算相近。

  另外,在1.5倍設計荷載和破壞一片玻璃的情況下,玻璃均無損壞,說明本設計配置還有相當的安全余量。

  7 檢測的求證

  10mm酸蝕玻璃+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃總有效計算厚度求證,過程如下:

  7.1假定10mm蝕刻玻璃+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃總有效計算厚度為N(考慮SGP膠片作用),玻璃撓度值為4.9mm。

  7.2建立SAP2000有限元計算模型,按大撓度理論,考慮幾何非線性計算。對玻璃面板施加與實驗值相等的荷載(3.141kN/m2);通過不斷調整玻璃計算厚度N,當計算得到玻璃中心(對應試驗模型點位12)撓度值與試驗值(4.9mm)吻合時的玻璃厚度即為“10mm蝕刻玻璃+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃” 總有效計算厚度N。

  7.3總有效計算厚度N減去8mm的內片鋼化玻璃厚度即為“10mm蝕刻玻璃”的有效計算厚度。

  7.4通過不斷調整,當玻璃計算厚度N=17.53mm時,計算得到玻璃中心(對應試驗模型點位12)撓度值為4.893mm與實驗值4.9mm基本吻合。撓度計算結果見圖8。

  當玻璃中心撓度值達到4.8961mm時,對應位置的玻璃強度值為14.98N/mm2,與實驗強度值15.96 N/mm2也基本吻合。強度計算結果詳見圖9。

  7.5“10mm蝕刻玻璃”的有效計算厚度為:17.53mm-8mm=9.53mm。

  7.6 取第五部分求證的等效計算厚度(17.53mm)進行工程進算

  取10mm蝕刻玻璃+1.52SGP+8鋼化夾膠玻璃等效計算厚度為17.53mm。采用面板荷載組合標準值為3.141kN/m2;面板荷載組合設計值為4.894kN/m2 ;驗算玻璃安全性。

  計算采用SAP2000有限元軟件進行計算,按大撓度理論,考慮幾何非線性計算。計算結果如下:

  7.7 小結

  通過推導發現,按照實際酸蝕度0.2mm的折減玻璃厚度為9.8mm與推導的9.53mm等效厚度還是有些差距,這個與實驗儀器精度、板塊的大小和荷載級別有一定的關系。由于酸蝕的厚度有限,僅為玻璃總厚度的1/50不到,可基本忽略酸蝕的影響用于實踐。另外作為工程應用,一定的安全余量還是應該保留。

  8 現場驗收

  酸蝕鋼化夾膠玻璃進場時須廠商提供產品合格證、質保書、國家3C認證證書,酸蝕玻璃原片須單獨提供材料檢驗檢測報告。

  酸蝕玻璃進場時應進行厚度、邊長、外觀質量和邊緣處理情況的檢驗。

  8.1玻璃厚度的允許偏差應符合下表的規定

  檢驗玻璃厚度,應采用下列方法:

  玻璃安裝或組裝前,可用分辨率為0.02mm的游標卡尺測量被檢玻璃每邊的中點,測量結果取平均值,修約到小數點后二位。

  8.2 夾層玻璃的邊長允許偏差就符合下表的規定

  玻璃邊長的檢驗,應在玻璃安裝或組裝前,用分度值為1mm的鋼卷尺沿玻璃周邊測量,取最大偏差值。

  8.3 玻璃外觀質量的檢驗指標應符合下表規定:

  注:a-玻璃劃傷長度;

  b-玻璃劃傷寬度。

  玻璃外觀質量的檢驗,應在良好的自然光或散射光照條件下,距玻璃正面約600mm處,觀察被檢玻璃表面。缺陷尺寸應采用精度為0.1mm的讀數顯微鏡測量。

  8.4 玻璃邊緣的處理,應進行機械磨邊、倒棱、倒角,處理精度應符合設計要求。

  8.5 玻璃邊緣處理的檢驗,應采用觀察檢查或手試的方法。

  9 安裝維護及保養

  9.1 施工安裝

  安裝酸蝕玻璃通常比沒有酸蝕面的玻璃更容易被污染并留下印記 ,因此安裝時應格外小心。

  1、 酸蝕玻璃安裝前應使用標準玻璃清潔劑和抹布把玻璃上的膠帶、灰塵、污垢必須徹底清除,所用的抹布必須是干凈、柔軟、不脫毛、不脫色的棉布。不應使用剃須刀、刀片、絲絨或其他金屬(詞條“金屬”由行業大百科提供)物品去除頑固的痕跡,否則會造成劃痕

  2、 清潔時,必須將清潔劑倒在清潔布上,不得將布蘸入盛放清潔劑的容器中,以免造成整個溶劑的污染。采用“兩次擦”工藝進行清潔,即用帶溶劑的布順一方向擦拭后,用另一塊干凈的布在溶劑揮發前擦去未揮發的溶劑、松散物、塵埃、油漬和其他臟物,第二塊布臟后應立即更換。

  3、安裝過程中應使用手套,盡量避免手直接接觸玻璃酸蝕面,使用的手套應清潔并檢查,以確保不會在玻璃表面留下痕跡。

  9.2 檢查與維護

  幕墻竣工驗收后,由物業定期逐層巡查酸蝕玻璃有無破損發生?⒐を炇蘸笠荒陼r,應由專業單位對其進行一次全面檢查,此后每五年檢查一次。幕墻使用十年后應進行檢查和維護,以后每三年宜檢查一次。

  檢查項目應包括:

  1、 酸蝕玻璃幕墻有無變形、錯位、松動。如發現上述情況,應進一步檢查該部位對應的隱蔽構造。

  2、 酸蝕玻璃幕墻的主要承力構件、連接件和連接螺栓等是否損壞、連接是否可靠、有無銹蝕等。

  3、玻璃、外露構件有無松動和損壞。

  4、硅酮膠有無脫膠、開裂、起泡,膠條有無脫落(詞條“脫落”由行業大百科提供)、老化等損壞現象。

  5、酸蝕玻璃幕墻有無滲漏,排水系統是否通暢。

  對上述檢查項目中不符合要求的應及時維修或更換。維修與更換應符合原設計和相關規范,并按規定項目檢測驗收。

  在臺風預警發布后應對酸蝕玻璃幕墻進行防臺檢查。

  遭遇強風襲擊或遭遇地震、火災等災害后,應及時對幕墻全面檢查。根據損壞程度制定方案,及時處置。

  9.3 備片及維修更換

  1、本工程酸蝕玻璃按2%進行備片;

  2、發現酸蝕玻璃破損后,應第一時間用醒目標識標出破損位置,并在下方設置安全警示線,避免人員靠近;

  3、有備片的酸蝕夾膠玻璃破損后在天氣允許的情況下應在48小時內完成更換;

  4、無備片的酸蝕夾膠玻璃在兩片都破損的情況下必須第一時間拆除。如只破損一片則可首選拆除或者采用外貼3M膜的方法臨時加固處理,待新品到貨后再進行更換;

  9.4 保養和清洗

  (a)清洗措施

  竣工驗收后酸蝕玻璃的清洗一般使用專(詞條“門”由行業大百科提供)的清洗設備—擦窗機或登高車來進行。清洗應請專業的幕墻清洗公司來進行,以免在清洗的過程中出現損壞玻璃飾面的現象。

  1)對施工環境的要求:

  外墻清洗時,建筑物周圍應設有警界線,防止閑雜人等進行清洗范圍。

  外墻清洗必須在良好的氣候條件下進行,四級風以上時,工作環境溫度在0℃以下~35℃時,大霧、暴雨、大雪等惡劣氣候條件下,操作人員應停止施工作業;

  2)對操作人員的要求:

  操作人員必須持有經上海市建設交能委員會培訓考核通過的高空作業操作證;

  3)清潔注意事項:

  清洗劑不應使用研磨性清潔劑或強堿劑。不應使用剃須刀、刀片、絲絨或其他金屬物品去除頑固的痕跡,否則會造成劃痕。

  (b)日常保養

  1)保持酸蝕玻璃幕墻表面整潔,避免銳器及腐蝕性氣體或液體接觸幕墻表面。

  2)保持酸蝕玻璃幕墻排水系統通暢,如有堵塞應及時疏導。

  3)密封膠及膠條脫落或損壞應及時修補更換。

  4)酸蝕玻璃幕墻構件或附件的螺栓、螺釘松動或銹蝕時,應及時擰緊或更換。

  5)發現酸蝕玻璃幕墻滲漏時,應及時修理。

  6)建議定期清洗,以確保酸蝕玻璃保持其原始外觀。

  10 總結

  為了使大家了解酸蝕玻璃產品應用的完整性,本文從產品介紹、設計、加工、施工、維保等工程應用進行了介紹和說明。酸蝕玻璃即為漫反射玻璃,其獨特的防眩光功能、低反射率和朦朧(霧度)的表面質感,正越來越受到設計師的重視和熱愛,隨著人類對居住環境的品質要求的提高,酸蝕玻璃將會在建筑市場上大放異彩。愿本文的介紹能拋磚引玉,為立面材料技術的發展和創新貢獻思路和解決方案。

作者單位:華建集團華東建筑設計研究總院

上海美特幕墻有限公司

上海建筑科學研究院(集團)有限公司

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專家介紹

 徐勤

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:上海市建筑科學研究院

技術職稱:高級工程師

專業:*

專長:


專家介紹

 陸津龍

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:上海市建筑科學研究院(上海市建設工程質量檢測中心上海市建筑幕墻檢測中心)

技術職稱:高工

專業:從事工程監理

專長:1.材料、結構質量檢測 2.結構有限元分析

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2021-1-20/47775-1.htm
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