全玻璃展馆



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2015年,一座以玻璃为主的展馆竣工。建筑承包商自己将其规划为独立式住宅到花园的透明延伸。

结构系统一方面由带有四个支柱的玻璃钢框架组成,这些支柱刚性固定在底板上并通过顶部的四个横梁连接,另一方面由两个横向玻璃附件组成。它们由垂直承重玻璃墙和水平玻璃屋顶组成,通过结构密封胶相互连接。

与完全隐藏在接缝间隙中的锚固型材一起,玻璃元件还充当支撑元件。建筑当局的规范要求针对不同破坏状态的展馆玻璃附件的结构概念。

此外,必须满足广泛的要求才能获得结构密封胶的特殊建筑许可证。该项目是玻璃建造可能性的杰出范例。它结合了承重全玻璃建筑的结构特征和最先进的连接技术。

内部视图

图 1 内部视图

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图 2a) 和 b) 展馆的主要组成部分

梗概

2015年初,一座玻璃幕墙玻璃屋顶的长方体亭在慕尼黑东北部落成。它是一个独立的房子到花园的延伸。展馆既可以通过大型滑动玻璃元素进入花园一侧,也可以通过短走道从主楼进入。该建筑长8.6 m,宽5.8 m,高4.2 m。它由业主 Hildegard Rasthofer 和 Christian Neumaier 设计。后者还负责执行。

结构

两个由焊接矩形管制成的钢框架在角落处用横杆连接,形成结构的核心。四根立柱通过锚板和钢锚与钢筋混凝土楼板刚性连接。钢框架的主轴均从建筑物的短边向内偏移约1.25 m。

在这些区域,玻璃墙和屋顶玻璃形成了附着在钢结构上的自支撑建筑围护结构(附加物)。两者分别由一块屋顶板和四块墙板组成。在屋面接缝处隐藏了一个不锈钢环锚,它首先包围屋面板并水平支撑它。其次,它作为玻璃墙的机械固定装置,防止风吸。

钢框架之间的墙壁由地板到天花板的电动玻璃滑动元件制成。该区域的屋顶板由玻璃翅片支撑。

上釉

固定玻璃墙板由 77.5 毫米厚的 3 层中空玻璃单元 (IGU) 组成,内部夹层安全玻璃 (LSG) 由两次热浸全钢化玻璃制成。后者接管了主要承重结构的功能:

承受来自支撑屋顶板的垂直载荷
在另一块板发生故障的情况下用作水平载荷的支撑元件

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图 3a) 和 b) 玻璃添加物的结构元素

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图 4 玻璃墙与屋面板接缝截面

最大的玻璃墙宽约3米,高4米,重达两吨多。固定的垂直玻璃通常安装在下边缘,并通过结构密封胶粘在顶部边缘的屋顶板上。墙板之间的接缝也用硅胶密封。

5.4 m 长和 1.3 m 宽的屋顶面板也由 3 层中空玻璃单元组成。底层是由热强化玻璃制成的夹层安全玻璃。在添加玻璃的情况下,它们与环锚一起作为水平支撑元件。只有在这里水平玻璃的边缘在结构上与墙板结合。其他边缘由压力板机械固定。

LSG 玻璃翅片高仅 280 毫米,长 5.35 米,由四层热浸全钢化玻璃组成。它们的末端分别位于焊接到横杆的钢制承窝中,作为不可位移和扭转的刚性支撑。U 形型材连接到翅片的顶部边缘,形成金属通道的基础,屋顶压力板的螺钉固定在金属通道中。

结构密封胶玻璃

在这种结构中,可以区分两种类型的结构粘合,也与制造地点有关:

中空玻璃单元的边缘密封:工厂粘合
不同 IGU 的组装:现场粘合

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图 5 带插座细节的玻璃翅片

在 IGU 工厂,玻璃边缘密封中的各个层使用道康宁的结构硅 DC 993 进行粘合。因为玻璃墙的顶部和垂直边缘没有用压力板支撑,密封胶会受到风吸力和压力的压力空气空间和大气之间的差异。由于各个层由塑料块垂直支撑在底部边缘,因此不必考虑静载的剪切力。

首先,玻璃墙在现场竖立和对齐。此后,放置环形锚固件和屋顶板。环形锚固件和玻璃之间的接头也用结构双组分硅 DC 993 密封。根据 ETAG 002,这些接头是针对屋顶板的风吸力和自重而设计的。

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图 6a)、b) 和 c) 现场粘合过程中每个墨盒的混合、控制和记录

条款和规则

对于建设项目,必须获得特殊的建筑许可证。这些债券不同于目前对结构密封胶玻璃系统有效的一般建筑批准。此外,在现行德国标准 DIN 18008 的应用领域之外,还有玻璃墙和玻璃翅片。

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图 7a) 和 b) 玻璃墙接缝和成品外墙的密封

在被用作授予特殊建筑许可证的基础的两份专家意见中,评估了各自的差异。对于中空玻璃板边缘密封中的结构粘合,需要根据工厂生产控制和外部检查获得合格证书。现场绑定也需要这样的证书。

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图 8 从外面看

粘合剂道康宁 DC 993 已通过欧洲技术认证 ETA01/0005 的批准。然而,在胶合全玻璃结构中的应用需要进一步的一般国家建筑批准,或者,如这里的特殊建筑许可。在相关专家意见中,除其他外,还评估了不同基材的粘附行为:

搪瓷和非搪瓷 全钢化和热强化玻璃
铝挤压型材
不锈钢环锚

此外还检查了密封尺寸在多大程度上符合 ETAG 002 的规格。

第二份报告将玻璃作为主要结构的一部分。在那里分析了不同破坏状态的影响。这包括评估粘合水平玻璃的残余强度和玻璃添加物在一层或多层玻璃失效的情况下的稳定性。玻璃附加物的墙壁和屋顶面板提供了多层玻璃组件。

只有它们的内部 LSG 层用于主要结构的任务,因为它们通过环锚和结构密封连接。在受到外界强烈冲击的情况下,两层单片玻璃层将保护相关的 LSG。来自内部的撞击最多会导致内部 LSG 层断裂。对于这种特殊情况,结构计算必须确保有足够的承载能力。即使在整个墙壁或屋顶面板完全失效的不太可能的情况下,由于环形锚固件和支撑夹层,其余的 IGU 也能提供可接受的稳定性。

并且对玻璃翅片也进行了相应的场景评估。可以证明,四个 LSG 层中的两个足以承受使用降低的异常极限状态安全系数的支撑载荷。

结论

该项目的复杂性需要监督、顾问、专家和测试实验室、检验和认证机构之间的密切合作。会议进行得十分密集,水平很高。特别重要的是经验丰富的结构工程师和检验服务对客户的专业关怀。

如此复杂的项目的业主同时签署负责设计和执行的情况当然并不常见。已开发的全玻璃添加接头技术已申请专利。

参考

[1] Siebert, G., Maniatis, I., Herrmann, T.: Klebungen mit Silikon – Bemessung und Anwendungsbeispiele. In: Glas im konstruktiven Ingenieurbau 13, Conference proceedings, Hochschule München (2015)
[2] ETAG 002 – Part 1: European Technical Approval Guideline - Structural Sealant Glazing Systems - SSGS); Supported and Unsupported Systems, first edition 1999, last amendment: May 2012 DIN 18008: Glass in Building - Design and construction rules, Parts 1 to 6; published 2010 to 2015
[3], T., Siebert B.: A Glass Pavillon. Challenging Glass 5. Ghent, June 2016
[4] Siebert G., Maniatis I., Herrmann, T.: Ein Glaspavillon für den Garten

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