自紧式玻璃隔断边框的设计与应用

周星中 周 莉

1. 广城建设集团有限公司 浙江 温州 325000；2. 华地恒工程咨询有限公司 浙江 温州 325000

在隔断材料的选择上，玻璃隔断因其防火功能优越、安拆方便、隔声性好、装饰性强、绿色环保以及容易清洁等一系列特性，在住宅建筑、办公楼以及酒店等装修中得到了广泛的应用[1-3]。

目前，在玻璃隔断行业中，较多的学者分析研究了玻璃隔断的材料选用、施工方法以及应用优势等。

傅鑫[4]阐述了铝合金玻璃隔断产品的特点，并以实际工程为实例背景，介绍了在工程实施过程中施工图纸的深化设计、材料工厂化加工、现场组织安装等技术。

周礼[5]对比分析了玻璃隔断与传统隔断的优劣，指出专业型的玻璃隔断不仅能实现传统的空间分隔功能，而且在采光、隔声、防火、环保、易安装、可重复利用、可批量生产等方面也明显优于传统隔墙。

葛勇[6]介绍了玻璃隔断墙的材料构成、与传统隔墙的区别和特点，认为玻璃隔断墙施工前必须了解主体结构形式、建筑平面布置、柱网尺寸、玻璃隔断墙长度等，并进一步介绍了立柱受力计算方法、不同层高和柱跨的立柱布置方法以及立柱与楼地面和顶板的固定节点。

玻璃隔断一般需要用到玻璃隔断边框，普通的玻璃隔断边框在使用过程中对玻璃的固定操作过于复杂，从而使得工作效率大大降低。而当前行业内关于玻璃隔断边框的相关研究很少，自然也缺乏针对上述问题的施工方法，更没有相关优化思路与对策可供参考。

2 0 0 3年，2 4岁的梁璐从老家的报社来到北京，成为一名社会线记者。很快他也形成不少新闻人的共有气质：拼命工作又及时行乐，嫉恶如仇也风风火火。

为了克服现有技术操作复杂、工作效率低下等缺陷，本文创新采用了一种自紧式玻璃隔断边框技术，并阐述了其研制思路、工艺原理以及应用效果等内容，希望达到降低工程施工复杂度、减少工程施工成本以及提高工作效率的目的[7-12]。

1 工程概况

温州世贸中心大厦（图1）工程位于温州鹿城区CBD核心区，总建筑面积437 000 m2，是集商业、办公、观光、餐饮等多种功能于一体的综合性商贸办公大厦。项目地上68层、地下4层，地上高333 m，最高层净高18 m。我公司在项目中承建了会议层、最高观光层等核心区域，以及空中、地下大堂等重点区域。

图1 温州世贸中心大厦

针对温州世贸中心大厦这类超高型建筑，建筑顶端风速在30 m/s以上，大楼产生的晃动是十分强烈的，所以保证玻璃隔断的安全性——不变形，就显得尤为重要。

2 工程施工难、特点

1）本工程是温州市的城市新地标，社会影响力大，在开工之初即受到社会各界的高度关注，因此对施工质量的要求高、标准严。

2）温州世贸中心大厦拥有浙江温州超高层建筑中最大的室内观光平台，可360°俯瞰温州城。设计方综合考虑观光效果和安全问题，在内侧（红线位置）设置厚12 mm，幅面为5.0 m×1.2 m的玻璃隔断（双层玻璃，中间为百叶），该幅面已经达到该厚度玻璃的最大许用面积。2019年3月，在样板段的玻璃隔断施工安装完工之后2个月，小组成员发现玻璃隔断边框出现变形，玻璃细微晃动并发出声响，存在较大的质量问题与安全隐患。

3）通过对国内的同级别超高层建筑进行现场调研，共调研了263个点，其中不合格的点56个，占总数的21.3%。在统计的不合格的56个点中，受玻璃边框变形影响是产生问题的主要原因，而目前超高层建筑的施工技术中，并没有很好地解决边框变形的相关方案，也没有类似的经验可供参考。

3 玻璃隔断边框的创新思路与设计原理

3.1 创新思路

经分析，认为超高大幅面玻璃隔断在超高层建筑中性能不稳定的根本原因在于：超高层建筑存在能使建筑发生位移的风荷载；建筑在发生位移时，超高大幅面玻璃和边框发生相互挤压，导致结构不稳定变形。为此，项目部通过开展头脑风暴，决定从玻璃边框的结构入手进行创新，以研制一种在超高层建筑中使用、性能稳定且长期使用不会出现变形的玻璃边框。

3.2 设计原理

目前，市场上超高层建筑的玻璃边框普遍采用硬质的塑胶条，但是在建筑高达几百米的高空，温度比正常温度要高或者低很多，塑胶条很容易发生脆性破坏。因此决定采用耐高低温的硅橡胶来代替传统塑胶条。

在摩擦力产生的条件三要素中，其中之一是接触面间有相对运动趋势。传统玻璃边框采用矩形的缓冲垫，经过一段时间后，塑胶条产生塑性变形，与边框的运动趋势明显减弱，玻璃上传来的力无法快速稳定地传到边框上化解，所以玻璃容易发生晃动从而碰撞玻璃边框，造成安全隐患。

改进后的缓冲垫采用不倒翁形硅橡胶缓冲垫，在玻璃受到力的作用时，具有弹性的硅橡胶缓冲垫受到挤压产生变形后与边框的接触面积增加，并根据力传递的方向自动适应边框内槽，缓解甚至消除应力，从而保护边框不发生变形。

4 方案设计要点

4.1 外侧可见部件

根据本工程实际情况，外侧可见部件的尺寸宽度限定在30 mm，并与承重部件连接以加强边框的承重力。针对外侧可见部件与承重部件的连接方式，项目部提出了造型卡扣连接与螺钉连接2种方式。经分析认为，造型卡扣连接方式能满足边框要求，可与承重部件卡扣形成一个受力整体，且安装方式简单快捷，而旋转螺钉操作不方便，不利于安装，不能满足条件。因此，最终选择了造型卡扣连接，如图2所示。

图2 外侧可见部件和承重部件连接

4.2 承重部件

根据设计方案，承重部件的尺寸宽度限定在30 mm，其能承受玻璃带来的重力，并与内部加固件稳定连接形成核心结构。对于承重部件的承载能力，设计要求垂直方向能长久承受玻璃隔断的质量≥180 kg，同时考虑造价，成本应≤25 元/m。

为确定承重部件与内部加固部件的连接形式，项目部同样对比了造型卡扣连接与螺钉连接这2种方式。经分析认为，该2种连接方式均能满足承重要求，但螺钉的连接方式更为稳定，对结构整体更为有利，因此选择螺钉连接，如图3所示。

图3 承重部件和内部加固部件连接

4.3 内部加固部件

本方案设计的内部加固部件的尺寸限定在45 mm×27 mm范围内，用以增强玻璃边框的整体承受力和稳定性，并承受来自两侧玻璃带来的挤压。针对内部加固部件的材料选择，本着经济适用的原则，项目部对比了铝合金与钢材这2种材料。

经分析认为，铝合金的硬度高、质量轻，更适合用作内部核心加固部件，可以减轻建筑荷载；而钢材的造价太高且质量大，会增加建筑的荷载，因此采用铝合金作为内部加固部件的材料更加合理。

4.4 内部可见部件

内部可见部件需承受两侧玻璃带来的挤压，并且应存在一定的空隙，以利于橡胶受力之后的形变释放，并与整体结构稳定连接。本工程设计要求内部可见部件的宽度≤80 mm，成本≤28 元/m。

基于上述原因，为确定内部可见部件与结构整体的连接方式，项目部对造型卡扣连接、螺钉连接以及受玻璃挤压自紧连接这3种方式进行了对比。

根据产品构造设想和建模演示，两侧玻璃对内侧的摩擦力会一直稳定存在，利用玻璃挤压的方式形成力，使内部可见部件与整体连接可行且较为经济，因此采用受玻璃挤压自紧连接方式，如图4所示。

图4 内部可见部件和内部加固部件连接

4.5 自紧橡胶件

本工程设计的自紧橡胶件借鉴了“滑动趋势”的力学概念以改变玻璃与边框的受力形式，保证两侧玻璃向内挤压，并能够忍耐高空气温变化。设计要求自紧橡胶件的尺寸限定在12 mm×8 mm之内。

在造型选择方面，项目部对比了椭圆形、直角三角形以及不倒翁形这3种方案，分析后认为椭圆形两边都有滑动趋势，不符合设计要求，而直角三角形和不倒翁形均满足两侧玻璃向内挤压的特征，但是直角三角形的橡胶件受挤压之后，内部可见部件的造型空隙不能满足其形变释放量要求，因此最终选择了可以满足其形变释放量要求的不倒翁造型。

在材质方面，传统的塑胶条在高空中气温变化时容易产生脆性破坏，而硅橡胶性能稳定、柔韧性好，可以适应高低温变化，所以采用了硅橡胶。

本工程自紧橡胶件的造型如图5所示。

图5 自紧橡胶件造型和滑动趋势示意

4.6 整体设计方案的确定

通过对玻璃隔断边框各个部分构件的分析与优选确定，将各部分方案造型进行整合后，最终形成的自紧式玻璃隔断边框的总体造型如图6所示。

图6 自紧式玻璃隔断边框总体方案

5 方案应用效果

5.1 社会效益

通过该自紧式玻璃边框的研发与应用，既保证了项目重点部位的施工质量，又培养了一批具有创新意识的工程人员，同时，还提升了公司在建筑装饰行业的影响力，社会效益显著。

5.2 经济效益

根据调研数据，未使用自紧式玻璃隔断边框的项目，针对边框变形部分的维修费用大致和成本相同，而后期维修费用将越来越高。

自紧式玻璃边框单价为130 元/m，样板房所用玻璃边框单价为89 元/m。以10 a的使用时间总长度710 m计算，自紧式边框相比样板房玻璃边框总计可节省费用约24 850元。

5.3 质量效益

在自紧式玻璃隔断边框应用前，项目超高层建筑超高大幅面玻璃隔断的质量合格率约为78.7%，在自紧式玻璃隔断边框安装使用4个月之后，对项目现场的玻璃边框进行了效果检查，统计形成的质量合格率为92.6%，施工质量改善明显，避免了一系列的安全隐患。

6 结语

本文以温州世贸中心大厦为案例，针对施工中存在的玻璃隔断边框变形难题，针对性地研发了自紧式玻璃隔断边框，从而有效地保证了施工质量。在实际应用中，自紧式玻璃隔断边框内部构件的连接方式，可以在较大程度上降低安装难度，提高工作效率，并有效规避高空玻璃隔断边框的变形问题，保证施工安全，降低风险隐患[7-12]，为行业内的类似项目施工提供了成功经验，具有良好的推广和应用价值。