| 摘要:分析了硅酮結構膠非線性力學特性、粘結與傳統機械連接的差別、結構膠強度設計值和標準值的設定依據，例證倍增玻璃幕墻結構膠強度設計值的風險。建議高重要性建筑不應提高強度設計值，倍增枯結節點的設計荷載，而應選用高性能結構膠，提高設計安全系數。 關鍵詞:幕墻:粘結:強度:設計值:風險 |
2.結構膠粘結的不確定性
粘接是近代發展的第三種連接技術。結構膠應用于建筑幕墻的歷史很短，1978年才開始發展結構膠枯結的中空玻璃隱框幕墻，同傳統機械連接技術相比有許多問題尚在試驗研究。
(１)膠粘劑是不定型材料，必須通過現場混合、擠注、涂施、養護、固化成型，產品工藝性和現場施工操作對最終粘結質量有直接影響。GB 16776要求控制現場混合、涂飾成型和養護固化質量;
(2)粘結是兩界面間的物理化學現象。結構膠必須適應被粘材料表面“地貌”、取代固體相附著的氣體相、浸潤被粘表面并通過界面兩相不同分子力作用才能實現粘結。分離粘結界面的粘附功的大小與被粘表面性質和狀態有關。GB 16776要求檢驗實際工程用基材的粘結性，檢驗結構系統用附件的相容性;
(3)隨使用年限的增加結構膠本體強度和界面粘結耐久性可能衰變，特別在潮濕、光照、高溫、交變應力、反復變形和環境因素綜合作用下，材料本體和界面粘結性可能逐漸劣化，這些變化在表觀上往往不顯示征兆。至今尚無準確預報粘結耐久極限的有效方法，不能預知系統喪失功能、出現早期老化和需要補救的時間點3。
考慮結構膠粘結的不確定性因素，考慮幕墻工程中尚未預見和未控制的因素，考慮粘結膠縫隱蔽且修復付出的代價可能數倍于最初的粘結制造，規避風險最好的方法是參照以前成功的實績，采用較高的設計安全系數。
3.相關標準對結構膠強度設計值與標準值的規定
3.1美國標準的規定
結構膠粘結拉伸強度設計值0. 14Mpa源于很多測試，己得到國際業界公認并納人相關建筑法規被廣泛采用。ASTM C 1401結構膠粘結設計規定0. 139Mpa(20psi )是最大設計限值，指出該限值已經實踐證明并被廣泛采用，是壽命期內玻璃結構粘接耐久性的重要保證。對既承受水平荷載又承受垂直荷載的粘結結構，設計應采用更高的設計安全系數，除非特殊設計采用特殊形狀，即使這種情況也應進行模擬試驗進行驗證。隨著結構粘結應用研究的深人，在考慮更多設計風險因素及幕墻玻璃墜落危險時，一般應采用更高的設計安全系數，而不是修改設計值。美國結構膠產品標準ASTM C1184規定結構膠強度標準值為0. 345MPa，按強度設計值0. 14Mpa計其設計安全系數為2.5。
3.2 GB 16776
GB 16776非等效地采用ASTＭ C1184，強度標準值0. 60MPa，設計安全系數按設計值0. 14Mpa計高于美國標準。國家標準GB 16776強度標準值沒有分級，產品不按強度大小分級，實際產品強度高于標準值不能成為提高強度設計值的技術依據，不能因產品強度達到1. 20Mpa就可將強度設計值提高一倍，否則強度0.8mpa, 1，00mpa,1.40Mpa等高于標準值的產品均需另行規定強度設計值。此外，目前生產的結構膠對應于0. 14Mpa的應變在3%～14%范圍內分布，多處于曲線的C切點非線性彈性初始階段，在反復拉伸條件中尚不產生永久變形。從圖2、圖3典型應力一應變曲線可見，如果將設計值提高到0. 4MPa，對應的應變將超過40%，實際應用中玻璃面板在設計荷載下將呈現過量位移，產生不利于粘結耐久性的效應，影響結構的安全。
在粘結結構中結構膠將玻璃或其他面板材料同金屬框架粘結在一起，向結構支撐體系傳遞面板承受的載荷并適應玻璃面板和支撐框架之間預計發生的位移，GB16776提出結構膠的模量必須處于適宜的范圍，既具備承受載荷所必須的強度，又具備適應各種位移所必須的柔性。目前生產的結構膠模量約為0. 14MPa/3%～0. 14MPa/14%，多年工程實踐表明該范圍能滿足玻璃幕墻結構設計要求。
3.3 JGJ 102
IGJ 102的編制參考了一些先進國家有關玻璃幕墻的標準和規范。IGI 102-2003中結構膠強度設計值烏取值0. 2N/mm２，較0. 140N/mm２，提高43%，但由條文說明可見這僅是為套用概率極限狀態設計方法，將JGJ102－96計算式5.6.3－1中規定的風荷載標準值乘分項系數1.4，改取為風荷載設計值，同時對分母乘以1.4，即1.4 x 0. 14 N/mm２＝1.96%N/mm0２.約等于2 N/mm２，可見強度設計值仍0.14 N/mｍ２。規范第5.6.5條計算式5.6.5.22規定的值—對應于受拉應力為0. 14 N/mm２時的伸長率，其物理意義就是將結構變位作用于結構膠的最大應力限制強度設計值0. 14 N/mm２。
粘接是近代發展的第三種連接技術。結構膠應用于建筑幕墻的歷史很短，1978年才開始發展結構膠枯結的中空玻璃隱框幕墻，同傳統機械連接技術相比有許多問題尚在試驗研究。
(１)膠粘劑是不定型材料，必須通過現場混合、擠注、涂施、養護、固化成型，產品工藝性和現場施工操作對最終粘結質量有直接影響。GB 16776要求控制現場混合、涂飾成型和養護固化質量;
(2)粘結是兩界面間的物理化學現象。結構膠必須適應被粘材料表面“地貌”、取代固體相附著的氣體相、浸潤被粘表面并通過界面兩相不同分子力作用才能實現粘結。分離粘結界面的粘附功的大小與被粘表面性質和狀態有關。GB 16776要求檢驗實際工程用基材的粘結性，檢驗結構系統用附件的相容性;
(3)隨使用年限的增加結構膠本體強度和界面粘結耐久性可能衰變，特別在潮濕、光照、高溫、交變應力、反復變形和環境因素綜合作用下，材料本體和界面粘結性可能逐漸劣化，這些變化在表觀上往往不顯示征兆。至今尚無準確預報粘結耐久極限的有效方法，不能預知系統喪失功能、出現早期老化和需要補救的時間點3。
考慮結構膠粘結的不確定性因素，考慮幕墻工程中尚未預見和未控制的因素，考慮粘結膠縫隱蔽且修復付出的代價可能數倍于最初的粘結制造，規避風險最好的方法是參照以前成功的實績，采用較高的設計安全系數。
3.相關標準對結構膠強度設計值與標準值的規定
3.1美國標準的規定
結構膠粘結拉伸強度設計值0. 14Mpa源于很多測試，己得到國際業界公認并納人相關建筑法規被廣泛采用。ASTM C 1401結構膠粘結設計規定0. 139Mpa(20psi )是最大設計限值，指出該限值已經實踐證明并被廣泛采用，是壽命期內玻璃結構粘接耐久性的重要保證。對既承受水平荷載又承受垂直荷載的粘結結構，設計應采用更高的設計安全系數，除非特殊設計采用特殊形狀，即使這種情況也應進行模擬試驗進行驗證。隨著結構粘結應用研究的深人，在考慮更多設計風險因素及幕墻玻璃墜落危險時，一般應采用更高的設計安全系數，而不是修改設計值。美國結構膠產品標準ASTM C1184規定結構膠強度標準值為0. 345MPa，按強度設計值0. 14Mpa計其設計安全系數為2.5。
3.2 GB 16776
GB 16776非等效地采用ASTＭ C1184，強度標準值0. 60MPa，設計安全系數按設計值0. 14Mpa計高于美國標準。國家標準GB 16776強度標準值沒有分級，產品不按強度大小分級，實際產品強度高于標準值不能成為提高強度設計值的技術依據，不能因產品強度達到1. 20Mpa就可將強度設計值提高一倍，否則強度0.8mpa, 1，00mpa,1.40Mpa等高于標準值的產品均需另行規定強度設計值。此外，目前生產的結構膠對應于0. 14Mpa的應變在3%～14%范圍內分布，多處于曲線的C切點非線性彈性初始階段，在反復拉伸條件中尚不產生永久變形。從圖2、圖3典型應力一應變曲線可見，如果將設計值提高到0. 4MPa，對應的應變將超過40%，實際應用中玻璃面板在設計荷載下將呈現過量位移，產生不利于粘結耐久性的效應，影響結構的安全。
在粘結結構中結構膠將玻璃或其他面板材料同金屬框架粘結在一起，向結構支撐體系傳遞面板承受的載荷并適應玻璃面板和支撐框架之間預計發生的位移，GB16776提出結構膠的模量必須處于適宜的范圍，既具備承受載荷所必須的強度，又具備適應各種位移所必須的柔性。目前生產的結構膠模量約為0. 14MPa/3%～0. 14MPa/14%，多年工程實踐表明該范圍能滿足玻璃幕墻結構設計要求。
3.3 JGJ 102
IGJ 102的編制參考了一些先進國家有關玻璃幕墻的標準和規范。IGI 102-2003中結構膠強度設計值烏取值0. 2N/mm２，較0. 140N/mm２，提高43%，但由條文說明可見這僅是為套用概率極限狀態設計方法，將JGJ102－96計算式5.6.3－1中規定的風荷載標準值乘分項系數1.4，改取為風荷載設計值，同時對分母乘以1.4，即1.4 x 0. 14 N/mm２＝1.96%N/mm0２.約等于2 N/mm２，可見強度設計值仍0.14 N/mｍ２。規范第5.6.5條計算式5.6.5.22規定的值—對應于受拉應力為0. 14 N/mm２時的伸長率，其物理意義就是將結構變位作用于結構膠的最大應力限制強度設計值0. 14 N/mm２。
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