摘要玻璃幕墙规范规定结构胶的设计强度并定义S应变值，明确粘结体系应力水平和幕墙胶缝尺寸 及结构胶模量关系。模量取决于材质，正割模量表征着结构胶的应力-应变特性。报告模量“0.14MPa/ 8"是结构胶生产企业的责任，幕墙企业随意性取值将导致验算错误。按规范进行材料和粘结尺寸选择， 对使用的诸多因素、材料模量变化和粘结体系应力水平有更多考虑。

 

关键词玻璃幕墙；结构胶；正割模量；粘结胶缝

结构密封胶是粘弹性高分子材料，结构荷载条件下的应力-应变特性不同于其他结构材 料。幕墙玻璃粘接结构不仅要考虑设计风荷载下结构胶的应力和粘接面积（宽度）的关系， 同时要考虑热、地震等条件下结构变位引起结构胶位移产生的应力。规范规定结构胶的设计 强度并定义8应变值，限定了粘结体系的安全应力水平，要求胶缝尺寸必须与结构胶模量相 匹配。结构密封胶的应力-应变特性以正割模量表征，“0.14MPa/S”是结构胶的特征模量， 是选择结构胶和粘接厚度计算的重要技术参数。本文对结构胶的力学特性和常用品牌结构胶 正割模量水平做了分析，对粘结节点设定和选材中时常出现不同的结果进行了讨论，对设计 强度和应力-应变水平控制提出一些看法。受专业和技术水平局限，所做分析和计算仅供参 考，期望充分理解贯彻规范和标准，对结构粘结技术有更多的考虑。不当之处恳望指正。

 

1结构胶模量特征和粘结节点的应力水平

众所周知，弹性模量表征着材料受力变位承受能力，固体材料受力后纵向应力与纵向 应变成正比，杨氏模量是应力/应变作图直线的比例常数 (图1)，量值的大小仅取决于材质，与构件尺寸及外力大 小无关。所以不同材料具有不同的模量，如钢材的杨氏 模量一般为2.06x 105MPa,玻璃为7200MPa。，铝合金为 7000MPa,在弹性范围内表征变位1 %时材料产生的应力。

 

杨氏模量是构件设计分析和选材验算的重要技术参数。

 

雛材料的变位承受能力一般用硬度表征，因为橡胶是 粘弹性材料，力学特性不服从虎克定律’应力-应变不成正 比例关系。固化的结构密封胶为橡胶弹性体，典型应力-应 变曲线如图2，应力/应变比值（正割模量）可有

 

0.75MPa、0.6MPa/1.0=0.60MPa、0.92MPa/2.25=0.41MPa-…“等，正割模量BUS变的增渐减 小。硅酮结构密封胶的应力-应变曲线可以线性化处理依据我国13个产品试验数据的分析 结果，以结构和应变％可用■方程(o= *b)表达，模量无_刚性材料那样用一 个简单商值表示。结构密封胶国家标准附录A规定，结构胶的模量用分式表达，如“0.14MPa/ 0.085” 读作“应变 8.5%_量 0.14MPa,，o2

规范规定硅酮结构密封胶的变位承受能力“S取对应于其受拉应力为0.14N/_2 时的伸长率”3，实质就是规定了材料的正割模量。结构胶的设计强度取值是接产品标准强 度指标（0.45MPa)取1/3.2，即我国玻璃幕墙粘结体系设计系数为3.2，材料许用应力为 0.14N/W, “许用应变”为S (%)，所以粘结接点必须依据现有品牌结构胶的模量水平进 行验算和设定。

 

2结构密封胶的模量分布

 

硅_结构密封胶国家标准强制要求报告结构胶的应力应变曲线。标准编制过程对结构 胶的技术性能进行了评估，综合了包括进口产品在内的品牌产品的模量曲线，近期对部分 产品的模量水平进行跟踪（图3)，主要品牌包括GE、DC、BY、ZHY、JS、LZH、XL、 KSD、JM、SJ等为代号的产品，从图可见不同牌号产品的正割模量不同，0.14MPa时相对 应变的S值最大约12%，最约3%，可以相差4倍。另从不同批次产品的测试值发现，同 —牌号产品的模量是一个稳定值，如DC 993N的S平均值为5.75% (标准误差为0.62%), DC995的S平均值为8.1% (标准误差为0.68%),这也表明模量值是材料的特征值，只要 材料配方、原材料和生产工艺稳定，材质不发生重大变化，一个品牌结构胶的S值不应出 现大的偏离，所以模量值的稳定性也表征着产品质量的稳定性。当然，如果经历长期温 度、日光、干湿交变或大气条件的老化作用，结构胶产品模量可能发生变化，也表征产品 材质及性质发生了变化。

式中：«~风荷载设计值，N/mm2 a—矩形玻璃短边尺寸，mm (fe——地震作用设计值，kN/nun2 如果验算后设定的粘结宽度超出规范的限定范围（如25mm),或者由于过宽的胶缝尺 寸受建筑美学要求的制约，这种情况下是否考虑提高结构胶的设计强度？的处理值得探 讨。此外，如果所选用结构胶的模量较低，如0.14MPa的S值为15%，应注意隐框幕墙玻 璃面板在设计风压下可能会产生过大的位移（如4mm)，玻璃（如6mm厚）可能会超出框 架底边的支撑范围。

 

3.2粘结厚度设定及结构胶选择

 

粘结厚度指结构胶粘结玻璃-框架的胶层厚度，是结构胶粘结拉伸位移方向的胶缝尺 寸。设定粘结厚度有以下考虑：

 

參注胶施工要求玻璃-框架的装配间隙至少6mm，这是胶层的最小粘结厚度；

 

參粘结厚度应随粘结宽度的增加而增厚。弹性密封胶受力及形变的理论分析表明， 最佳粘结胶缝的粘结厚度不应小于粘结宽度，这一点值得进一步探讨；

 

參粘结厚度取决于设计荷载和结构型式，主要是水平荷载和其他形式的副荷载引起的 位移，包括设计风荷载、结构分割和玻璃尺寸、金属框架与玻璃之间热位移、地震位移等；

 

•材质不同的结构胶模量差异甚大，品牌结构胶的选用应验算其模量的适用性。

 

在位移量（uj给定条件下，结构胶粘结厚度（tj的设定及不同模量（s值）结构胶 品牌的选择密切相关。及8的确定是一个比较和选择的过程。

 

图4结构形式下结构拉伸变位时胶缝位移量为mm,若优先选择结构胶的牌号 (确定S值），则结构胶粘结厚度(mm)按式4验算；若优先确定粘结厚度k (mm),则 应按式5计算并选择适用S值的品牌结构胶。

对以上结果有以下分析：

 

a)在没有确定结构胶牌号以前随意对S取值。至今尚未见到产品8 = 20%的检验报告;

 

b)从设计图纸可见所标注的“优质进口结构胶”牌号为DC995，已知S值为8.1%， 按该值重新计算地震效应的影响，粘结胶缝厚度应设定为12mm

 

c)按DC995的应力-应变曲线，应变为20%时的应力为0.29MPa，按该项计算粘结节 点结构胶的应力是设计强度的2.1倍，即将规范规定的安全系数降低为1.55。

 

d)失误的原因可能是将密封胶的位移能力混淆为结构胶的变位能力。

 

C单位——“选用国家认定的高强度、高伸长率、高位移能力的超高性能结构胶，取 8 = 50%n,粘结厚度验算为：

 

t. = ^~'f2 +=y = = 3-5mm>按规范限值可设定粘结厚度、=6mm

 

对以上验算结果有以下分析：

 

a)目前尚未发现S = 50%的结构胶产品；如果确实采用了这种超低模量的结构胶，设 计负风压下胶缝产生50% (3mm)的位移将可能导致玻璃面板超出底边支撑（因为玻璃厚 度的一半是耐候密封胶的厚度，面板安装时底边支撑仅余玻璃厚度的1/2，6mm玻璃仅有 3mm支撑)。

 

b)对照选用牌号结构胶的应力-应变曲线，应变50%时的应力不是为0.14MPa，而 是0.57MPa，高于结构胶强度标准值0.45MPa，即粘结体系的安全系数被降低为0.79。

 

c)对照所选用牌号结构胶，设计强度相对的应变S值为68%，若按S = 7%重新验算：

 

、=+丽=證=11.5mm，鑛粘结厚度1•设定13麵，相差-倍。

 

d)高强度不能改变结构胶的设计强度；髙伸长率和高位移能力的结构胶在粘结体系 中的位移量也不能超过S值；不能将50级密封胶的位移能力混同于结构胶的S。

 

上述计算的共同点是不执行规范“由结构胶生产企业提供S值”的规定。有些单位将 参考性设计手册的列表数据作为设计参数，可能是为了取值方便，取代了检验报告S值, 实际上检验产品的应力-应变曲线或报告S值十分简单，在生产企业检验结构胶粘结拉伸 强度的同时即可完成，可由电子拉力机自动绘出模量曲线并能准确记录报告S值。

 

6慎重对待强度设计值及结构胶的模量

 

目前结构胶产品的企业标准均高于国家标准，粘结强度标准多在0.60MPa以上，有的 标准值定为0.9MPa，目前这些品牌结构胶均按强度设计值0.14MPa应用，实际安全系数 达到为4.3甚至6.4，是否需要这么高的设计系数？为使材料更有效利用，提高设计余度， 降低生产成本，强度设计值可否按企业标准值和设计安全系数3来取值？或在特殊设计中 采用更高的强度设计值？这是值得研究和探讨的课题。目前欧美幕墙规范中结构胶强度设

计值都保持为O.WMPa'，认为粘结装配玻璃幕墙毕竟是一项新技术，应用和设计风险因 素较多，如业主和行人的风险、随系统粘结胶缝老化造成粘接性和粘结强度的损失、更多 应力的估计、工程中有许多不可预见和难以控制的因素等，而且在既有建筑上随使用年限 的增长，结构胶的老化、降解和密封胶应力-应变特性的劣化等，均有待深人研究，所以 必须慎重对待强度设计值。此外，如果提高强度设计值将会使材料在低模量下使用，以图 3为例，将设计强度提髙到0.3MPa时，产品的应变将接近30%，隐框幕墙玻璃面板在设 计风压下有可能产生过量位移，甚至超出底边的支撑。诸如这些因素及影响都应慎重考虑 和研究。