談 結構玻璃之應用

楊勝德1、邱尚孝2、游其海3、楊文賓4

1建築師/結構技師/土木技師、234楊勝德建築師事務所

前言

建築物空間講求通透明亮時，就會使用大面積開口或玻璃。用大面積玻璃來遮風蔽雨，從背擋玻璃，爪具玻璃到結構玻璃，逐漸演進(圖1、圖2)。

圖1 爪具玻璃一

圖2 爪具玻璃二

結構玻璃最經典作品，為巴黎羅浮宮主要入口之玻璃金字塔，1989年建造完成，非常完美的構造，結構系統利用三度空間桿件與鋼索，構成穩定系統；32年前的作品，工藝的極品，令人讚賞(圖3)。

圖3 羅浮宮出口倒金字塔

結構系統

本文介紹實例為一電子廠房入口處，設計初始追求通視，不想拘泥於單面大玻璃呆板現象，特意於平面配置造成轉折(圖4)，增加視野的寬度。

結構系統採二分法，垂直半月型鋼管桁架、及垂直鋼棒桁架，為一次系統(圖5)，水平鋼索桁架為二次系統(圖6)。一次系統與二次系統，主從關係明確，密不可分，整體系統容易製作安裝。

圖4 廠房入口、講求明亮通視

圖5 垂直鋼管、鋼棒桁架

圖6 水平鋼索桁架

應力分析與斷面設計

玻璃面，受風力正壓力與負壓力兩種狀況分別檢討，鋼索只能承受張力，其他桿件可以承受張力或壓力，結構分析模型，如圖7。經過應力分析，得知桿件之應力大小，再加以斷面設計；為求視覺通透，桿件斷面採最小化為原則。半月型鋼管桁架垂直弦桿，採用∮89×4.5mm，其他桿件採用∮60×4.5mm；鋼棒桁架，採∮35及∮25鋼棒(圖8)；鋼索桁架也是在受力許可範圍內，採用最小鋼索斷面∮12mm，但是所有桿件、鋼索，安全係數都在3倍以上。

不管一次系統或是二次系統，邊界條件的穩定都不可或缺，系統邊界元件，錨定在建築物主體鋼構構件，結合強度與可能的變位，都要加以檢視，力求穩固(圖9)。

圖7 結構分析模型

圖8 桁架接合細部

圖9 鋼索桁架錨定在主體鋼構牆面

設計演變

值得探討的是，垂直鋼管桁架系統設計過程演變，先有傳統H型桁架構想，再有梯型桁架構想，為求美觀，最後轉換成半月型桁架(圖10)。

專業顧問之設計圖說為梯型桁架，然而發包圖說為半月型桁架。實際製作半月型桁架吊裝玻璃時，無法完成大面積玻璃穩定密合，時有鬆動變形，最後是經過結構技師的努力，重新研判分析：第三層(EL.+7525)水平鋼索桁架尺度有問題，並指出關鍵桿件(圖 11、圓框所示)之長度需求(圖 12、圖 13)；改善方法為增加一小小桿件，才解決紛擾事件。

圖10 垂直鋼管桁架演變圖

圖11 關鍵桿件

圖12 不穩定之水平鋼索桁架

圖13 穩定之水平鋼索桁架

爪具檢驗與鋼索張力檢測

最後，爪具的精密度要求與強度要求，皆須經過實驗室檢驗，驗證符合設計需求。

鋼索應事先實施預拉力需求，預拉力大小為設計最大應力之80%，系統按裝完成，應經檢測張力，是否達到設計要求。

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