点式玻璃幕墙一、前言1.1什么是点式玻璃幕墙点式玻璃幕墙（Point Supported Fixing System Full Glass Wall）系指幕墙玻璃的每一分格，以点连接形式（用钢爪或其它连接件）将幕墙荷载和作用传递到中间支撑结构的无金属框，视野开阔的玻璃幕墙。

或称点式全玻璃或无框全玻幕墙。

在一些文献及广告宣传资料：有下列一些称呼：1）全新理念的玻璃驳接系统（Glass jointing System with Completely new concept）2）玻璃幕墙点式连接法（Curtain wall Dot Point glazing）。

3）玻璃的星形连接（Spider Glass）。

4）拉维来特体系（La Villette System）。

还有很多，不一一枚举。

不论怎样称呼或定义，点式玻璃幕墙至少应包含下列内容：1）它不仅是一个方法，而是一个系统（System），构成系统的各要素，互相依存，互相制约，互相影响。

2）该系统三要素是：玻璃（幕墙的面板）；钢爪或其它连接件；中间支撑结构（支撑由钢爪传来的面板荷载和作用，并由该结构传递到主体结构）3）中间支撑结构对玻璃的连接是点连接。

幕墙玻璃作用的分布荷载，通过钢爪等连接件，将这些分布荷载转换成集中荷载传递到中间结构上。

中间结构对玻璃是点支撑。

4）视野开阔，通透性强。

随着玻璃物理性能的提高，和玻璃技术的发展，围绕着玻璃作为建筑的外围护结构出现了三种结构形式：首先是明框玻璃幕墙，其次是隐框玻璃幕墙，而建筑师为了更多地利用玻璃通透的特性，追求建筑物内外空间的流通和融合，进一步显示结构美，表现建筑师的设计理念，于是诞生了第三代无框的点式玻璃幕墙。

巴黎罗浮宫的玻璃金字塔以及拉维来特科学城，堪称为代表作。

点式玻璃幕墙（H型钢爪，拉索结构）见图一图一二、玻璃2.1 玻璃通是脆性断裂。

在传统的强度计算中，材料被看成是不包含裂纹的连续体，这种理想化的材料，是很少存在的，大部分材料都可能存在裂纹，当一定尺寸的裂纹所受的荷载超过某个极限时，裂纹就会迅速扩大，而导致材料破裂。

表征临介拉应力和裂纹尺寸之间关系的力学参数为材料断裂韧度Ke，按照线弹性断裂力学，有裂纹（工型）构件断裂判据为：σπα = Keσ构件断裂时临界拉应力a o——构件断裂时裂纹临界长度Ke——材料的断裂韧度从式中可以看出，材料的Ke高，在相同a o情况下，断裂时临界拉应力高。

钢材的Ke比玻璃大，对于典型的裂纹尺寸，钢构件的临界拉应力也大，通常大于屈服应力，因此钢材在断裂之前，可以通过材料屈服来调整和分配应力。

所以钢材强度较高通常是韧性断裂。

但玻璃不同于钢材，研究表明，理想的玻璃具有很高的强度，大约为1.2×104兆帕，但实际上，玻璃在制造过程中，不可避免地出现微小裂纹缺陷，玻璃的断裂韧度比钢材低，临界应力比钢材低，加之玻璃在断裂之前，没有材料屈服效应，不具有重新调整和分配应力的能力，因此玻璃的断裂强度比较低，对裂纹和应力集中比钢材更为敏感，通常是低应力的脆性断裂。

2.2 点式玻璃幕墙，宜用钢化玻璃。

2.2.1 点式玻璃幕墙和玻璃面板承受荷载和自重，是通过钢爪传递的，在钢爪孔附近的应力，一般大于玻璃其它部位的应力，非钢化玻璃强度低，而钢化玻璃的强度高，是一般玻璃的3-5倍，所以国内外的点式幕墙宜采用钢化玻璃。

2.2.2 点式玻璃幕墙的玻璃一般均采用悬吊式，玻璃自重通过上孔来承受。

自重是一种长期荷载，如果是非钢化玻璃，在承受长期荷载情况下，会发生蠕变，其长期强度要比初始强度低，甚至会低1/3，因此承受长期荷载非钢化玻璃的点式玻璃幕墙容易发生瞬间破裂，相反地，玻璃钢化后，表面层产生了压应力，玻璃受到荷载后，产生的拉应力和钢化玻璃的表层的压力共同作用下，可使裂纹附近的实际拉应力降低，从而提高了构件和材料实际的断裂韧度Ke，并有效地抑制了玻璃的蠕变。

尽管夹层玻璃和夹丝玻璃在断裂时，连接在一起，但不能阻止裂缝扩展，不能减弱玻璃易裂的性能。

2.3点式玻幕墙采用水平钢化玻璃。

点式玻璃幕墙所有玻璃的钻孔和其它机械加工都必须在玻璃钢化之前完成。

在玻璃垂直钢化中，玻璃从一排夹具上吊挂下来，夹具夹住玻璃的上部边缘，由于玻璃加热过程中的软化，夹具会在玻璃上留下痕迹，加上玻璃自重，会使原先的钻孔向下拉长，两条垂直边向内弯曲，影响玻璃垂直度和平整度，水平钢化可以消除这些问题，因而点式玻幕幕墙宜采用水平钢化玻璃。

2.4钢化玻璃必须均热化处理。

由于钢化玻璃具有自爆倾向，目前解决自爆较好的方法，是在玻璃钢化后，在一定温度下，保温一段时间进行均热处理。

2.5玻璃的切割和钻孔由于玻璃表面的裂纹大小直接影响其脆断的强度，因而在玻璃的切割及钻孔等深加工中，减少表面裂纹，提高加工精度，尤为重要。

下面就此建议如下：1）切割：用电脑切割机进行切割，使玻璃边缘精确准直，角部园滑或倒角。

倒角宜为1mm×45°2）磨边：玻璃切削后，应进行机械磨边，磨削加工裕量不少于0.3mm。

应削后玻璃尺寸小于或等于2m，公差±0.5mm；应削后玻璃尺寸大于2m，大于或等于4m，公差±0.8mm，两对角线误差0.5mm，磨削边缘应光滑，不得有肉眼可见的裂纹和缺陷。

3）钻孔：用金刚钻头钻孔，建议用自动钻孔和磨边机，通过电脑定位，钻孔及磨削一气呵成。

4）孔壁磨削裕量不小于0.2mm，应削后尺寸公差宜符合表1规定表1序号名称公差1 孔径+0.5mm2 孔玻口+0.3mm3 孔深+0.2mm4 孔位直线度±0.5mm5 孔位垂直度±0.5mm5）玻璃上的孔宜在玻璃的上、下两面用两部钻头冈时完成操作，其同心度差距应小于0.5mm。

6）孔和玻璃也最小距Lx,Ly≥4t+γ和100mm，孔边和玻璃角边距D1≥6t，见图二所示t——玻璃厚度r——圆孔半径7）垂直面倾斜5°以上的幕墙宜用夹层玻璃，中空玻璃外片最好是采用夹层玻璃，采用浮头式球铰螺栓连接件。

3.1玻璃点连接方法第一代为夹板式连接或称补丁板式连接。

（Patch Plate）如图三其基本结构是在玻璃打孔，然后用方形连接板前后夹住玻璃，并用螺栓加以固定，位于玻璃后面的连接板则与金属助连接，从而把玻璃板吊住。

第二代：皮尔金顿平面系统。

（The Pilkington Planar System）(如图四)其基本构造是在玻璃四角打孔，然后用螺栓固定。

为了减少打孔处的附加应力，采用了软连接技术，即在支撑结构固定连接处放置柔性垫片。

并用弹簧板支持。

第三代：铰接螺栓系统（Articnlataol bolts）又称为拉维莱特体系（La Villette System ）（图五）图五其基本结构为仍用螺栓固定，与皮尔金顿平式体系不同的是采用球状铰接螺栓，可在±10°范围内转动，其转动中心与面板中心是一致的，这就可以大减少连接处的附加弯矩。

3.2球铰螺栓的重要性：采用球铰螺栓是当前普遍采用的连接法，球铰是关键部件。

这在一定范围内的自由转动，对玻璃约束力就会大大减少。

根据日本旭硝子公司对玻璃打孔周边有限元分析的结果，当玻璃分格尺寸为2m×2m；风压为200Kgf/m2时，采用球铰螺栓，玻璃板中的最大应力为405 Kgf/cm2，孔洞边缘最大应力为405Kgf/cm2，均小于最大允许应力值500Kgf/cm2。

如果没有应用球铰螺栓，则孔洞边缘最大应力值为1410Kgf/cm2，后者是前者的3倍多，这就是说在点式幕墙结构设计中，减少玻璃面板在点连接处的附加弯矩尤为重要。

（日本旭硝子公司的应力分析见图六）图六3.3铰接螺栓定性分析1）铰接接头在玻璃平面外和玻璃平面内受重力示意图七所示。

图七从图中可看出，铰接在玻璃平面外则附加弯矩作用在玻璃上，铰接在玻璃平面重心内，则附加弯矩不作用在玻璃上。

2）当承受风荷载时，玻璃产生弯曲情况如图八所示。

图八当用铰接螺栓时，由于玻璃变形不受到约束，因而减小了附加弯矩。

3.4螺栓连接件结构形式（见表一）3.5球铰螺栓既要能灵活转动，又不能间隙过大，一般结构见图九。

图九3.6螺栓和钢爪连接3.6.1螺栓和钢爪连接的扭矩过大则容易压碎玻璃，过小则螺栓容易松动，产生间隙。

其连接扭矩宜设计计算，安装时以定力扭矩般手加以控制。

3.6.2 钢爪不能与玻璃直接接触，以前通常在钢爪与玻璃之间加一个热塑性衬套和垫片，然而热塑性衬套有蠕变倾向，时间长了，最终导致钢爪和玻璃直接接触。

国外有些公司经过研究，采用了铝衬套，并且申请了专利。

铝的柔性用以隔离玻璃和钢爪的硬接触，而铝的蠕变倾向比热性塑料小，时间长了，钢和玻璃不会直接接触。

3.7 常用钢爪的结构形式见表二3.8 钢爪要具备吸收幕墙平面变形的能力（见图十）。

四孔X型钢爪，取决于四孔的尺寸；H型钢爪取决于结构形式，分别是图十一和图十二。

图十图十一图十二X型四孔钢爪，其中有两个孔为椭圆形，该孔在垂直方向与连接螺栓公称直径一致，以承受玻璃自重；水平方向的长度，取决于吸收幕墙平面变形的设计。

另外两孔在垂直方向的长度要大于连接螺栓的公称直径，水平方向的长度与上两孔一致，但四个孔都要承受垂直于玻璃平面的荷载。

3.9中空玻璃采用双层穿透钢爪的技术难点，在于防止玻璃打孔后漏气问题。

解决方法通常是：在铰接螺栓处插入了一个环状垫圈，并在与玻璃交接处，加上异丁烯橡胶片保证密封，结构示意见图十三。

图十三四、玻璃的设计计算4.1玻璃面板的强度设计计算：目前国内常见的有两种计算方式。

一是有限元法，通过软件进行计算。

该计算一般只输出计算结果。

另一种是简化为四角支承板矩形板的力学模型进行设计计算。

如图十四：a= Ly – 2Eyb= Lx –2Ex图十四f(挠度)=K f qa4/Bc M(弯矩)=K m(弯矩系数) ×q×a26×q×a2×K mσ= ————————≤f g边——————（1）t2L y——长边L x——短边 Bc=Et3/12（1-μ2）板的刚度M——弯矩q——面分布荷载设计值σ——板中最大应力设计值f g边——玻璃边缘强度设计值K f——挠度系数K M——弯矩系数t——玻璃的板厚σ——玻璃应力设计值系数可在《建筑结构静力计算手册》中查得查表时注意以下几点：1）《手册》只给了μ=0，μ=1/6，μ=0.3三种情况μ=0 代表的是一种理想材料，实际不存在。

μ=1/6 主要用于混凝土材料μ=0.3 主要用于钢材而玻璃的μ=0.2 需另查附表。

2）四角支承在计算公式中的Ly为长边。

3）表内为单位板宽的弯矩系数。

4.2法国AVIS技术委员会的计算公式4.2.1四角支承板的力学计算模型与工程实际最少有以下的差别。