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6 玻璃面板设计
6.1 玻璃面板的构造要求
6.1.1 面板厚度
1 框支承面板
框支承面板单片玻璃厚度不应小于6mm；中空玻璃和夹层玻璃中单片玻璃厚度不应小于5mm，且两片玻璃的厚度相差不宜大于3mm。
2 点支承面板
四边形面板一般可采用四点支承，有依据时也可以六点支承；三角形面板可采用三点支承。玻璃面板支承孔边与板边缘的距离不宜小于70mm。
采用浮头式连接件或夹片连接件的点支承玻璃厚度不应小于6mm；采用沉头式连接件的点支承玻璃厚度不应小于8mm。夹层玻璃和中空玻璃中，安装连接件的单片玻璃厚度也应符合上述要求。
6.1.2 边缘处理
玻璃面板应进行机械倒角和磨边，磨边应达到细磨等级，倒角不宜小于1.0mm。
框支承面板的玻璃边缘崩边、崩角不应大于5mm；点支承玻璃不应有崩边、崩角。
6.1.3 密封
玻璃面板之间的板缝宽度不应小于10mm。有气密性、水密性要求时，板缝应采用硅酮建筑密封胶嵌缝。用于镀膜面和夹层玻璃的建筑密封胶应为中性胶。
采用爪件支承装置时，点支承玻璃支承孔周边应进行可靠密封。中空玻璃的爪件支承孔周边应采取多道密封措施。
明框板缝应设置等压腔，并设置有效的排水通道。
6.1.4 点支承玻璃的支承装置
支承装置可以采用穿孔支承的X形、H型和环型抓具，也可以采用非穿孔式支承的钢夹板。
支承头应能适应玻璃面板在支承点处的转动变形。
支承头的钢材与玻璃之间应设置弹性衬垫，衬垫厚度不宜小于1mm。
夹层玻璃的支承头可以只在内层玻璃处支承，这能有效地防止支承处的气渗和水渗。
6.1.5 曲面上的玻璃面板
用平面玻璃面板形成曲面屋面是困难的，尤其是四边形面板，三点定位后第四点会悬空。因此，面板与支承结构的连接点应能在玻璃平面外具有调节能力，减少强行装配产生的装配应力，防止玻璃破碎。
6.2 玻璃面板的计算
6.2.1 计算基本原则
玻璃面板在工作状态下挠度远大于板厚，计算时应考虑大挠度几何非线性的影响。玻璃面板的应力可采用考虑几何非线性的受弯板有限元方法进行计算。
在实际工程设计中，也可以采用小挠度弹性薄板计算公式，考虑大挠度影响修正的实用计算方法进行计算。
玻璃的框支承边作为简支边考虑；点支承处法向位移受约束，其它位移和转角约束视实际支承情况决定。
6.2.2 单片玻璃的受弯计算
1.承载力计算
在玻璃自重、风荷载、活荷载或垂直于板面的地震作用下，玻璃处于受弯板的工作状态，其最大应力标准值可按下式计算：
系数m和η可按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102的规定采用。
各种荷载作用下产生的应力标准值应按（4）式进行组合，所得的应力设计值不应超过玻璃的强度设计值。
2.挠度计算
单片玻璃的刚度D可按下式计算：
式中v为玻璃的泊松比，可取为0.2。
玻璃的挠度可按考虑几何非线性的有限元方法计算，也可按下式计算：
6.2.3 夹层玻璃和中空玻璃的计算
1.荷载或作用在两片玻璃上的分配
1）夹层玻璃承受的荷载和作用，按其刚度比例分配到各单片玻璃上：
2）中空玻璃各单片玻璃承受的地震力，按各片玻璃自重分别进行计算。各单片玻璃的自重产生的应力也分别进行计算。
中空玻璃承受的荷载、活荷载、雪荷载和积雨荷载，按下式分配到两片玻璃上：
式中q1 ----直接承受荷载的单片玻璃的分配值。
3）由夹层玻璃组成的中空玻璃，首先按（12）式计算夹层玻璃的等效厚度te，将夹层玻璃视为等效的单片玻璃，再按式（11）式进行内外片荷载分配，然后将分得的内外片荷载q1 、q2 再按（10）式分配到各单片玻璃上。
2.等效厚度
6.3 硅酮结构密封胶设计
6.3.1 构造要求
硅酮结构密封胶粘结构宽度和厚度由计算确定，且宽度不应小于7mm，厚度不应小于6mm。
硅酮结构密封胶的粘结宽度Cs宜为粘结厚度ts的1.0-2.0倍。
隐框板块中的结构胶粘结宽度不宜大于12mm，必要时可以用双面胶条将过宽的结构胶划分为较窄的两条。
隐框倒挂玻璃必须有金属件连接或承托。
6.3.2 粘结宽度
隐框玻璃板块在风力和地震作用下；硅酮结构密封胶的粘结宽度可按下式计算：
7 支承结构设计
7.1 玻璃梁设计
7.1.1 构造要求
玻璃梁（肋）作为玻璃面板的主要支承时，应采用夹层玻璃；点支承面板的支承玻璃梁，应采用钢化夹层玻璃。
夹层玻璃梁的单片厚度不宜小于8mm。玻璃梁截面高度不宜小于150mm。两端支承的玻璃梁宜采用简支。
7.1.2 截面设计
两端支承的玻璃梁可按简支梁计算其应力和挠度；外挑玻璃梁可按悬臂梁考虑。
在各种荷载和作用下，梁的应力标准值应按（4）式进行组合，组合后的应力设计不应大于玻璃的侧面强度设计值fg。挠度组合后的数值df不应大于跨度的1/200；悬臂梁的跨度可取为外挑长度的2倍。
7.1.3 梁的横向稳定
当梁跨大于6m时应进行平面外稳定计算，并宜采用附加横向玻璃肋或横向拉杆、拉索等防止侧向失稳的构造措施。
7.2 钢支承结构的构造要求
7.2.1 单根型钢或钢管
1.构件的长细比 不应大于150；
2.铝型材截面主要受力部位的厚度不应小于：
当梁跨度大于1.2m时：2.0mm；
当梁跨度大于1.2m时：2.5mm；
铝型材孔壁与钢螺钉之间采用螺纹受拉连接时，其截面局部厚度不应小于螺钉的公称直径。
3.热轧钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm；冷成型薄壁型钢截面最小厚度不应小于2.0mm。
4.钢管外直径不宜大于壁厚的50倍，钢管壁厚不宜小于3mm。
5.型材截面自由挑出部位和双侧加肋部位的宽厚比b0/t应符合表6的要求：
表6 型材截面宽厚比限值b0/t
7.2.2 桁架、网架或网壳
1.可采用型钢或钢管作为杆件，单根杆件应符合7.2.1节的构造要求。
2.钢管桁架宜在节点处直接相贯焊接，支管不应穿入主管，主管不宜开孔。网架或网壳可采用焊接球节点、螺栓球节点、圆盘节点或专用节点板连接。
3.杆件宜中心交汇，杆件之间的交角不宜小于30度。
4.轴心受拉或偏心受拉杆件的长细比不宜大于350；轴心受压或偏心受压杆件的长细比不应大于150。
5.桁架单向布置时，如果平面外支承点相距较远，应设置正交方向上的稳定支撑结构。
7.2.3 张拉杆索体系
1．应在正反两方向上形成能承受自重、风荷载、地震作用的稳定的结构体系；在主要受力方向的正交方向，必要时应设置稳定性拉杆、拉索或桁架。
2．连接件、受压杆和拉杆宜采用不锈钢材料，拉杆直径不宜小于10mm；自平衡体系的受压杆件可采用结构钢。拉索宜采用不锈钢绞线、高强钢绞线，可采用铝包钢绞线。钢绞线的钢丝直径不宜小于1.2mm，钢绞线直径不宜小于8mm。采用结构钢和高强钢绞线时，其表面应作防腐涂层。
3．与主体结构的连接部位应能适应主体结构的位移，必要时设置弹簧机构和滑动机构。主体结构和连接件应能承受拉杆或拉索的预拉力和荷载作用。
4．受压杆件的长细比不应大于150。
5．拉杆不宜焊接；拉索可采用冷挤压锚具连接，拉索不应采用焊接。
6．张拉杆索体系的预拉力最小值，应能使拉杆或拉索在荷载和温度变化下，保持一定的拉力储备。
7.2.4 索网
1.一般情况下宜双向布索。跨度不大于15m时，可以采用单向布索。
2.索距不宜大于2m，单片玻璃面积不宜大于3m2。
3.拉索宜采可不锈钢绞线，可采用高强钢绞线或铝包钢绞线。高强钢绞线表面应有防腐层。拉索直径不宜小于12mm。
4.拉索端部应采用冷挤压锚具固定后，与边缘构件相连接。边缘构件应能承受拉索的初拉力和荷载、温度变化的拉力。锚具应能调节索的预拉力。
5.拉索的初拉力应能满足拉索承载能力的要求。在荷载和温度变化作用下，仍能保持最小的拉力，拉索不会松弛。
6.拉索应与点支承爪具或夹板可靠连结，并尽可能贴近面板。
7.3 支承结构计算
7.3.1 内力分析
单根构件（梁、拱等）可采用结构力学方法直接进行计算。
一般情况下支承钢结构采用计算机软件分析，基本分析方法为有限元。柔性结构分析时考虑几何非线性。常用的国内分析软件有3D3S、MSGS、MSTCAD等；此外还广泛采用国际通用软件SAP、ANSYS、ETABS、MIDAS等。
大跨度的、形状复杂的透光屋面，支承结构宜采用两个以上的软件进行对比分析。
拱和单层网壳要特别注意在不对称荷载、局部荷载下的稳定性问题。
7.3.2 截面设计
钢结构件设计按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017和《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB50018进行。
各种荷载和作用在构件截面上产生的最大应力标准值应按（4）式进行组合，组合后的应力设计值 不应大于材料强度设计值f。
7.3.3 挠度控制
由荷载和作用标准值产生的挠度，应按式（4）进行组合，垂直于屋面的挠度值df，不宜超过表7的限值df.lin。
表中，l为受力方向支承点的距离。当为悬臂结构时，l可取挑出长度的2倍。
8 连接设计
8.1 透光面板与支承结构的连接
8.1.1 玻璃面板和玻璃梁的连接
点支承面板通过爪具或夹板与玻璃梁采用螺栓连接，宜采用直径不小于8mm的不锈钢螺栓；连接板应采用不锈钢板，厚度不宜小于6mm。连接板与玻璃梁之间的接触面可以打粘结胶。板缝间宜采用中性硅酮建筑密封胶填缝。
边支承面板通过结构胶与玻璃梁连接，胶缝受剪面的宽度CS应按（14）、（15）式计算。用于夹层玻璃梁的硅酮结构密封胶应为中性胶。
8.1.2 面板和金属支承结构的连接
点支承透光面板的支承装置（爪件或夹板）可以采用螺栓或焊缝与支承结构连接。螺栓应有防滑脱措施。
框支承透光面板通过耳板、压板或挂钩与支承结构采用螺钉或螺栓连接。连接件的距离、螺栓螺钉的直径和数量由计算决定。螺栓孔、螺钉孔边至连接件边缘的距离不应小于孔径的1.5倍。孔中心间距不应小于孔径的3倍。
网架、网壳可以采用节点圆盘或从节点球上伸出连接圆盘与面板螺栓连接。
8.2 支承结构之间的连接
次要支承结构（横梁、柃条）宜采用螺栓与主要支承结构连接，连接件厚度不宜小于3mm，每处连接螺栓不宜少于2个，直径不宜小于6mm。必要时宜采用长圆孔以适应主要支承结构的位移。
8.3 支承结构与主体结构的连接
支承结构支承点的类型（固定支座、铰支座、滑移支座等）应与计算假定一致，而且能适应主体结构的位移。
在两座独立的主体建筑之间架设透光屋面时，应根据罕遇地震时两座建筑的位移量决定支承点的型式。位移量小时可采用长圆形螺栓孔支座、剪切型叠层橡胶支座和钢板滑移支座等；位移量较大时可以采用多铰摇臂支座、辊轴支座等；位移量很大时可以采用弹簧支座如北京土城移动电话局、中国网络安全管理中心等工程，位于北京8度设防地区，罕遇地震下两座建筑间相对位移达到150mm，架设于其间的单层双向索网，每根水平拉索的拉力超出预定值时，定拉力钢杆（保险杆）被拉断，拉力转由弹簧承受，可使伸长增大而拉索内力保持定值，不致于被拉断。
8.4 预埋件
透光屋面支承结构的支座，宜通过预埋件与混凝土主体结构连接，预埋件应在主体结构混凝土浇筑前放入，并可靠地固定其位置。
由锚板和对称配置的锚固钢筋所组成的受力预埋件，可参照《玻璃幕墙工程技术规范》102附录的方法设计。
8.5 后加连接件
当未设预埋件或预埋件位置偏差过大时，只能通过后加连接件与混凝土主体结构连接。
跨度大、受力大的支承结构的支座，宜采用植筋方法设置后加连接件。植筋的埋置深度应满足锚固长度的要求，所以要求钻设深的植筋孔，此时要特别注意避让主体结构内的主要受力钢筋。当钻孔深度无法达到锚固深度要求时，应采用增加锚筋数量、补打锚栓的办法以数量来弥补深度不足的影响。
当采用锚栓来设置后加连接件时，应符合以下要求：
1．应采用正规厂家产品，产品应有出厂合格证。
2．碳素钢锚栓应经过防腐处理。
3．应进行承载力现场检验，检验方法可参照《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145
4．每个连接点不应少于4个螺栓。
5．锚栓直径应过承载力计算确定，并且不应小于10mm。
6．与化学锚栓接触的连接件，在其热影响区范围内不宜进行焊接操作。
7．锚栓承载力设计值应按其极限承载力除以材料性能分项系数K2后采用。对于可变作用，K2不应小于2.15，对于永久作用，K2不应小于2.50。
8.6 与主体钢结构的连接
支座与主体钢结构的连接应事先设计。在主体钢构件上开孔、焊接连接件等均宜在钢结
构加工时在工厂一并完成。在施工现场不宜对主体钢结构构件进接进行焊接操作，只能与主体钢结构构件事先焊好的连接板（件）进行焊接作业。
9 小结
近年来，我国各种类型的透光屋面都在大量建造，发展很快，但由于没有相应的工程标准，设计施工技术要求尚未统一，存在一些安全上的问题。国外一些屋面工程的严重事故，特别是2004年中莫斯科水上乐园玻璃顶倒塌、巴黎戴高乐机场候机楼屋顶倒塌等事故，应足以引起我们对透光屋面设计、施工的重视。进一步总结国内外的工程经验，为正在编制的工程标准提供更充分的技术依据，是今后我们应进行的重要工作。
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