CN113187087B - 一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网及其设计方法，包括柔性支撑索、扣合式夹具、铰接件、玻璃板和拼缝胶条；所述柔性支撑索交叉布置成网格状，网格节点处设置有扣合式夹具，网格内设置有所述玻璃板；所述玻璃板包括若干块玻璃，玻璃在拼缝处通过拼缝胶条连接；所述玻璃经由铰接件夹持固定，铰接件尾端连接至所述扣合式夹具，玻璃板经由铰接件连接于扣合式夹具上；所述扣合式夹具中预留有相互交叉并且分离的槽道，网格节点处的柔性支撑索分别穿过所述槽道。本发明所述柔性玻璃网，各玻璃板相邻边共用一根支撑绳即可实现各板块独立防护缓冲，解决了不同尺寸高坠物拦阻缓冲的难题，兼顾了景观功能和分级冲击耗能。

Description

一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网及其设计方法

技术领域

本发明涉及高空坠物防护技术领域，具体为一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网及设计方法。

背景技术

城市高空坠物指从建筑物、构筑物或其他设施及其搁置物、悬挂物发生脱落、坠落等情况；高空抛物指从建筑物中抛掷物品坠落的情况。高空坠物事件发生概率较小，且具有随机性；高坠物品普遍体积不大、质量不大以及冲击速度不高，通常为果皮纸屑、外墙瓷砖和空调外机等。近年来，高空坠物致使民众伤亡的事件报道屡见不鲜，是中国非常重视的安全问题之一，虽然，中国的法律法规对其进行了详尽的规定，然而，目前对于这类高坠物的防护技术研究有限。

在城市空间，强调“美化城市”的概念，对于城市景观设计要求提高，建筑物、构筑物的整体形象需协调统一，因此，高坠物防护系统需要注意外观设计。高坠物虽然普遍冲击能量小，但是不乏有空调外机这类体积较大的电器坠落的事件，防护系统抗冲击性能也应当有所提高。此外，城市道路车辆繁多、人流量大，若采取大方量开挖施工容易造成交通堵塞，影响居民和车辆通行。

针对此，本专利技术提出一种兼顾景观功能、抗冲击性能以及施工便捷的柔性玻璃网防护系统。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种施工简便，用于阻挡城市高空坠物、高空抛物的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃网防护系统及设计方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网，包括柔性支撑索、扣合式夹具、铰接件、玻璃板和拼缝胶条；

所述柔性支撑索交叉布置成网格状，网格节点处设置有扣合式夹具，网格内设置有所述玻璃板；

所述玻璃板包括若干块玻璃，玻璃在拼缝处通过拼缝胶条连接；

所述玻璃经由铰接件夹持固定，铰接件尾端连接至所述扣合式夹具，玻璃板经由铰接件连接于扣合式夹具上；

所述扣合式夹具中预留有相互交叉并且分离的槽道，网格节点处的柔性支撑索分别穿过所述槽道。

进一步地，还包括：加劲板条，所述加劲板条设置在玻璃的拼缝位置，且位于玻璃板的底面，加劲板条上设有长圆形螺栓孔，通过第一预紧螺栓连接于玻璃板上，相对位置的加劲板条间通过钢丝或弹簧连接。

进一步地，所述扣合式夹具包括：夹持板和第二预紧螺栓；夹持板中预留所述槽道，在夹持板边缘设有预留孔，铰接件通过螺栓连接在预留孔中。

进一步地，还包括：橡胶垫，所述橡胶垫设置在所述铰接件与玻璃板连接处。

进一步地，所述加劲板条为耗能型加劲板条。

进一步地，其中所述玻璃板选用玻璃板，所述玻璃板呈菱形，由四块玻璃拼接而成。

另一方面，本申请还保护根据前述之一所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板系统的设计方法，玻璃板系统包括玻璃板和加劲板条；

具体步骤如下：

(a)设计玻璃板的面积和厚度；

首先根据经验设定玻璃板的面积和厚度值，进而强度设计值f_g的计算方法为：

f_g＝c₁c₂c₃c₄f₀

式中，c₁为玻璃种类系数，c₂为玻璃强度位置系数；c₃为荷载类型系数；c₄玻璃厚度系数；f₀为短期荷载作用下，平板玻璃中部强度设计值，取28MPa；

系统工作时，假设拼缝胶条断裂时，夹层玻璃还未发生破裂，若冲击力位于玻璃板块形心处，此瞬时，玻璃板受到的最大弯矩M_max为：

M_max＝W[σ]

式中，W为拼缝胶条弯矩最大处截面模量，[σ]为拼缝胶条的强度极限；

此时，玻璃板的最大拉应力σ_max为：

式中，M_max为玻璃板受冲击力时的最大弯矩，W_g为玻璃板弯矩最大处的截面模量，u为弯矩最大处截面的长度，t为夹层玻璃的厚度；

若玻璃板的最大应力σ_max满足条件：

σ_max≤[f_g]

则取根据经验设定的玻璃板的面积和厚度值为设计值。

进一步地，还包括：

(b)玻璃圆孔的设计

夹层玻璃的开孔孔径应该满足条件：

d≥t₁

式中，t₁为钢化玻璃厚度；d为玻璃圆孔孔径；

玻璃圆孔的边部距离玻璃边部距离a应该满足：

a≥2t₁

两个玻璃圆孔孔边之间的距离b应该满足：

b≥2t₁

玻璃圆孔的边部距玻璃角部的距离c应该满足：

c≥6t₁。

进一步地，还包括：

(c)确定拼缝胶条的极限变形量Δl；

拼缝胶条的设计宽度l按下式计算：

式中，q_g为单块夹层玻璃单位面积重力荷载设计值；s为单块夹层玻璃连接拼缝胶条的长度和；f₂为密封胶在荷载作用下的强度设计值，取0.1N/mm²；

在冲击作用下，拼缝胶条变形，其变形量为：

Δl＝ε·l

式中，ε为极限应变。

进一步地，还包括：

(d)加劲板条螺栓预紧力N设计；

拼缝胶条受力断裂，加劲板条受力启动，此时，连接加劲板条的钢丝内力F为：

F＜[f]A_s

式中，l_s为钢丝长度，E_s为钢丝的弹性模量，A_s为钢丝的横截面面积，[f]为钢丝屈服强度。

螺栓预紧力N为：

式中，μ为摩擦系数；

加劲板条长圆孔长度L设计；加劲板条耗能启动力F_d的计算方法为：

F_d＝2μN

加劲板条长圆孔的长度L的计算方法为：

式中：E为加劲板条的耗能能力。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃网防护系统，具有高坠物分级防护能力，具体体现为：小动能高坠物冲击作用时，由柔性支撑索网格内的玻璃板实现拦截阻挡，各玻璃板独立工作，可完全阻隔高坠物；当大动能高坠物冲击作用时，玻璃板块将冲击力传递至底部支撑的耗能型加劲板条，加劲板条受拉后在长圆孔位置与连接螺栓发生相对滑移，实现摩擦耗能，实现对玻璃板块的缓冲保护。

(2)结构设计采用夹层玻璃，兼顾了景观性能，且结构施工安装简便，系统耗能独立，若单个玻璃板块破碎，可仅更换一个板块，无需更换整个系统。

总体而言，本发明构思巧妙，施工安装方便，具有广泛的市场前景，适合推广使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的俯视图；

图2为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的仰视图；

图3为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板俯视图；

图4为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板仰视图；

图5为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的铰接件示意图；

图6为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的夹具示意图；

图7为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板弯矩示意图；

图8为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板开孔示意图；

图9为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板变形示意图；

图10为本发明实施例的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的加劲板条滑移示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-柔性支撑索；2-扣合式夹具；3-铰接件；4-玻璃板；5-加劲板条；6-夹层玻璃；7-螺栓；8-拼缝胶条；9-第一预紧螺栓；9’-第二预紧螺栓；10-橡胶垫；11-夹持板；12-槽道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-6，在本申请的实施例中，一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网，包括柔性支撑索1、扣合式夹具2、铰接件3、玻璃板4和拼缝胶条8；所述柔性支撑索1交叉布置形成几何网格，网格交点处由扣合式夹具2夹持；所述扣合式夹具2由夹持板11和第二预紧螺栓9’组成，夹持板11中预留槽道12，在扣合式夹具2边缘设孔，通过螺栓7连接铰接件3。优选地，所述铰接件3可选用合页；铰接件3与玻璃板4连接处设置橡胶垫10。优选地，所述玻璃板4可选用钢化玻璃；所述玻璃板4包括夹层玻璃6、拼缝胶条8，即网格内的玻璃板4由多块夹层玻璃6拼接而成，在拼缝处由拼缝胶条8连接，同时在玻璃板4底面设加劲板条5，玻璃板4由铰接件3连接于扣合式夹具2上。

在本申请的实施例中，具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网还包括加劲板条5，所述加劲板条5设置在拼接缝交点处，且与玻璃接触部分均设置橡胶垫10；加劲板条5上设有长圆形螺栓孔，通过第一预紧螺栓9连接于玻璃板4上，相对的加劲板条5间通过钢丝或弹簧连接，所述第一预紧螺栓9的预紧力需设计计算，且不应影响加劲板条5产生滑移摩擦。进一步的，所述加劲板条5根据防护需求选择耗能型加劲板条。小动能高坠物冲击作用时，由支撑索网格内的玻璃板实现拦截阻挡，各玻璃板独立工作，可完全阻隔高坠物；当大动能高坠物冲击作用时，玻璃板块将冲击力传递至底部支撑的耗能型加劲板条，加劲板条受拉后在长圆孔位置与连接螺栓发生相对滑移，实现摩擦耗能，实现对玻璃板块的缓冲保护。

下面结合某城市高坠物常发点，具体说明本发明的一种一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃网的设计方法，步骤如下：

参见图7-10，预设玻璃板为八边形，短边长度u′＝50mm，拼接缝长度u＝600mm。夹层玻璃是规格为12mm+1.12mm+12mm的双层PVB夹层玻璃，玻璃板由四块夹层玻璃拼接而成，开孔孔径d＝12mm，每块夹层玻璃上开三孔，其中a₁＝a₂＝60mm，a₄＝25cm，c₂＝72mm。此夹层玻璃的强度设计值f_g为：

f_g＝c₁c₂c₃c₄f₀＝3×0.8×1×1×28＝67.2N/mm²

系统工作时，根据文献拼缝胶条(8)的强度极限[σ]＝0.7MPa，假设拼缝胶条(8)断裂时，夹层玻璃(6)还未发生破裂，若冲击力位于玻璃板(4)块形心处，此瞬时，玻璃板(4)受到的最大弯矩M_max为：

此时，玻璃板(4)的最大拉应力为：

关于，夹层玻璃的开孔，孔边距离玻璃边为：

a₁＝a₂＝60mm＞2t₁

a₄＝25mm＞2t₁

两孔孔边的距离：

孔的边部距离玻璃角部的距离：

c₂＝72mm＝6t₁

因此，夹层玻璃的开孔满足要求。

连接加劲板条钢丝的长度l_s＝160mm，钢丝的直径为d_s＝3mm，钢丝的极限强度[f]＝1770MPa；夹层玻璃的单位面积重力荷载设计值q_G＝0.614kN/m²，单块玻璃板块的面积A＝52650mm²，与拼缝胶条连接的玻璃边长度s＝600mm，胶条永久荷载作用下强度设计值f₂拼缝胶条的设计宽度l为：

拼缝胶条的极限应变ε＝0.5，在冲击作用下，拼缝胶条(8)变形，其变形量为：

Δl＝ε·l＝0.5×0.0026＝0.0013m,

拼缝胶条受力断裂，加劲板条受力启动，此时，连接加劲板条的钢丝内力F为：

摩擦系数μ＝0.8，螺栓预紧力N为：

取螺栓预紧力N＝8kN。因此，加劲板条耗能启动力为：

F_d＝2μN＝2×0.8×8＝12.8kN

预设加劲板条的耗能能力E＝1kJ，加劲板条长圆孔的长度L为：

所述固定方式和连接方式为现有技术，在此不做详细描述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网，其特征在于，包括柔性支撑索(1)、扣合式夹具(2)、铰接件(3)、玻璃板(4)和拼缝胶条(8)；

所述柔性支撑索(1)交叉布置成网格状，网格节点处设置有扣合式夹具(2)，网格内设置有所述玻璃板(4)；

所述玻璃板(4)包括若干块玻璃(6)，玻璃(6)在拼缝处通过拼缝胶条(8)连接；

所述玻璃(6)经由铰接件(3)夹持固定，铰接件(3)尾端连接至所述扣合式夹具(2)，玻璃板(4)经由铰接件(3)连接于扣合式夹具(2)上；

所述扣合式夹具(2)中预留有相互交叉并且分离的槽道(12)，网格节点处的柔性支撑索(1)分别穿过所述槽道(12)；

还包括：加劲板条(5)，所述加劲板条(5)设置在玻璃(6)的拼缝位置，且位于玻璃板(4)的底面，加劲板条(5)上设有长圆形螺栓孔，通过第一预紧螺栓(9)连接于玻璃板(4)上，相对位置的加劲板条(5)间通过钢丝或弹簧连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网，其特征在于，所述扣合式夹具(2)包括：夹持板(11)和第二预紧螺栓(9’)；夹持板(11)中预留所述槽道(12)，在夹持板(11)边缘设有预留孔，铰接件(3)通过螺栓(7)连接在预留孔中。

3.根据权利要求1或2所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网，其特征在于，还包括：橡胶垫(10)，所述橡胶垫(10)设置在所述铰接件(3)与玻璃板(4)连接处。

4.根据权利要求1所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网，其特征在于，所述加劲板条(5)为耗能型加劲板条。

5.根据权利要求1所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网，其特征在于，其中所述玻璃板(4)选用玻璃板，所述玻璃板(4)呈菱形，由四块玻璃(6)拼接而成。

6.根据权利要求1-5之一所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板系统的设计方法，其特征在于，玻璃板系统包括玻璃板(4)和加劲板条(5)；

具体步骤如下：

(a)设计玻璃板(4)的面积和厚度；

首先根据经验设定玻璃板(4)的面积和厚度值，进而强度设计值f_g的计算方法为：

f_g＝c₁c₂c₃c₄f₀

式中，c₁为玻璃种类系数，c₂为玻璃强度位置系数；c₃为荷载类型系数；c₄玻璃厚度系数；f₀为短期荷载作用下，平板玻璃中部强度设计值，取28MPa；

系统工作时，假设拼缝胶条(8)断裂时，玻璃(6)还未发生破裂，若冲击力位于玻璃板(4)块形心处，此瞬时，玻璃板(4)受到的最大弯矩M_max为：

M_max＝W[σ]

式中，W为拼缝胶条(8)弯矩最大处截面模量，[σ]为拼缝胶条(8)的强度极限；

此时，玻璃板(4)的最大拉应力σ_max为：

式中，M_max为玻璃板(4)受冲击力时的最大弯矩，W_g为玻璃板(4)弯矩最大处的截面模量，u为弯矩最大处截面的长度，t为玻璃(6)的厚度；

若玻璃板(4)的最大应力σ_max满足条件：

σ_max≤[f_g]

则取根据经验设定的玻璃板(4)的面积和厚度值为设计值。

7.根据权利要求6所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板系统的设计方法，其特征在于，还包括：

(b)玻璃圆孔的设计

玻璃(6)的开孔孔径应该满足条件：

d≥t₁

式中，t₁为钢化玻璃厚度；d为玻璃圆孔孔径；

玻璃圆孔的边部距离玻璃边部距离a应该满足：

a≥2t₁

两个玻璃圆孔孔边之间的距离b应该满足：

b≥2t₁

玻璃圆孔的边部距玻璃角部的距离c应该满足：

c≥6t₁。

8.根据权利要求6或7所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板系统选型设计方法，其特征在于，还包括：

(c)确定拼缝胶条(8)的极限变形量Δl；

拼缝胶条(8)的设计宽度l按下式计算：

式中，q_g为单块夹层玻璃单位面积重力荷载设计值；s为单块夹层玻璃连接拼缝胶条(8)的长度和；f₂为密封胶在荷载作用下的强度设计值，取0.1N/mm²；

在冲击作用下，拼缝胶条(8)变形，其变形量为：

Δl＝ε·l

式中，ε为极限应变。

9.根据权利要求6或7所述的一种具有景观功能的高坠物柔性玻璃防护网的玻璃板系统的设计方法，其特征在于，还包括：

(d)加劲板条(5)螺栓预紧力N设计；

拼缝胶条(8)受力断裂，加劲板条(5)受力启动，此时，连接加劲板条(5)的钢丝内力F为：

F＜[f]A_s

式中，l_s为钢丝长度，E_s为钢丝的弹性模量，A_s为钢丝的横截面面积，[f]为钢丝屈服强度。

螺栓预紧力N为：

式中，μ为摩擦系数；

加劲板条(5)长圆孔长度L设计；加劲板条(5)耗能启动力F_d的计算方法为：

F_d＝2μN

加劲板条(5)长圆孔的长度L的计算方法为：

式中：E为加劲板条的耗能能力。

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