背景 自1990年代初以來，建築行業開始將更多玻璃融入結構，提供了更大的設計自由度，將內外部環境更好地融合。這不僅僅是為了美觀，也讓玻璃承擔了結構和承重的新角色。布魯克林音樂學院的玻璃和鋼質天篷就是這一變化的象徵，它展示了點支撐玻璃（PSG）在建築中的結構作用。此外，玻璃不再僅僅作為窗戶和外牆的裝飾或透光材料，而是成為建築圍護結構的重要部分。在這一變革中扮演重要角色的，位於美國的 Stutzki Engineering 工程公司，由 Stutzki 創立的公司專門從事建築結構的設計與分析，擅長點支撐玻璃及相關結構玻璃系統的應用，展現出對創新建築材料技術的深入理解和應用。 面對挑戰 玻璃在結構中的新用途帶來了諸多挑戰，尤其是在安裝和長期性能的調整上。玻璃承受重量並與其所附著的材料相互作用時所產生的應力和應變必須被準確預測並適應每個季節和極端天氣條件。由於玻璃在壓力下不會屈服，而是會突然破裂，這增加了對結構安全性的預測和管理的難度。 圖1.玻璃精簡版中倒角孔周圍「玻璃補片」區域的 Abaqus FEA 影像。請注意孔中⼼周圍更緊密的網格，⽤於在應⼒最高的地⽅實現最⼤的預測精度。由於玻璃有輕微彎曲的傾向，因此開口上的應⼒分佈是水平的（而不是完全圓形）。 圖2.Abaqus FEA 對冠層中單一玻璃片的偏轉（左）和場應⼒（右）進⾏分析。這些分析被納⼊整個冠層的全尺⼨模型中，以確保結構完整性。 技術創新 為應對這些挑戰，Stutzki Engineering 採用了Abaqus FEA（有限元素分析）工具來進行結構和應力分析，確保玻璃結構的整體完整性。通過細化的模擬，如在玻璃孔的倒角邊緣周圍進行精密的FEA網格劃分，以及將物理測試結果與數位模型預測進行比較，工程團隊能夠更精確地定義和管理結構上的應力峰值。此外，利用 Python 腳本整合到 Abaqus 功能，可以自動執行多種負荷情況的分析，從而提高效率和精確性。 圖3.玻璃支架（左）的設計目的是在玻璃響應天篷結構中的負載時提供延展性。 Stutzki Engineering 使⽤ Abaqus FEA（右）分析頂篷中的鋼製零件以及玻璃零件。 未來展望 未來，Stutzki Engineering 將繼續擴展其技術和材料方面的專業知識，以系統化方式應用真實模擬，快速找到針對每項挑戰的最佳設計解決方案。這包括進一步的實際測試和模型精細化，以保證結構的安全性和功能性，並進一步整合結構與美學的要求，使得玻璃在現代建築設計中的作用更加重要和中心化。 關鍵字：SIMULIA Abaqus、玻璃、Stutzki Engineering 下載PDF