微信群或朋友圈常常看到，一些超大玻璃窗，在室内侧用手轻轻一推，玻璃出现剧烈晃动。那么这种现象如何发生？与玻璃尺寸有何关系？不妥之处敬请指正！
1、典型现象
微信群或朋友圈常常看到，一些超大玻璃窗，在室内侧用手轻轻一推，玻璃出现剧烈晃动。常见现象如下：
（视频来源于网络）
从力学上来讲，“手推”是给了玻璃一个集中力作用，而“晃动”则是集中力作用下玻璃的挠度变形过大，玻璃手推晃动可简单抽象为集中荷载作用下的变形问题。
玻璃变形过大主要是刚度不够、尺寸过大，刚度又与玻璃厚度密切相关。那么，玻璃手推晃动背后有什么真相呢？来看看有限元模拟分析的结果吧！
2、模拟条件
首先是玻璃尺寸。笔者设计了8种典型玻璃尺寸，见下表。
第1个尺寸1.2 m×1.8 m，算正常玻璃板块，面积为2.16 m2，符合我国建工行业标准JGJ 113-2015《建筑玻璃应用技术规程》中，6 mm厚钢化玻璃最大使用面积3 m2的要求。
其它玻璃板块高度均取为2m，考察高度不变、长度增加时的变形量。玻璃厚度分别取为6mm、8mm、10mm、12mm。
然后是荷载确定。
考虑人用手按压玻璃的工况，荷载为点式集中荷载；人体重按80 kg考虑，由于是站立在地面上，玻璃并不承受主要体重，暂时按体重一半40 kg取值，则该集中力取为400 N。荷载作用于玻璃中心，且仅考虑内侧玻璃，不考虑外侧玻璃的影响。
最后是结果取值。
由于是研究玻璃晃动问题，因此模拟计算仅考虑玻璃在集中力作用下的变形，不考虑应力破坏。
采用有限元软件，分别模拟不同厚度、不同尺寸玻璃面板在400 N集中力作用下的变形量，来解释超大玻璃手推晃动真相。
3、结果分析
首先模拟6mm厚，不同尺寸玻璃在集中力作用下的变形，有限元模型见下图。
模拟采用大挠度理论进行，结果见下图。
400 N集中力作用下，6 mm厚不同尺寸玻璃最大变形计算结果见下表。
可以看出，当玻璃高度2 m不变，宽度从2 m变大至12 m时，玻璃最大变形由9.02 mm升至12.17 mm。
由此可以得到结论，超大窗玻璃变形与玻璃的短边长度密切相关，长边长度影响有限。
这里我们取2 m×4 m和2 m×12 m，分别将厚度变为8 mm、10 mm和12 mm，来分析其变形量。
计算结果见下表。
可以看出，当玻璃厚度由6 mm分别变为8 mm、10 mm和12 mm时，玻璃的最大变形值明显降低。
由于第一块玻璃符合标准要求的面积和厚度，可认为其变形量在合理区间，因此我们将其变形量作为参照，即变形量约在5.5 mm以内可以接受。
从前面模拟可见，高度2 m、厚度6 mm时，宽度2 m至12 m时变形量均超标，这也侧面解释了JGJ 113-2015中6 mm厚玻璃许用面积为3 m2的原因。
4、玻璃厚度选用
不同厚度下玻璃最大使用面积多少？JGJ 113-2015给出了明确规定。
上表可以看出，对于不超过12 mm的非夹胶钢化(中空)玻璃，最大许用面积数值约为厚度数值的1/2。当玻璃厚度超过12 mm或玻璃面积超过6 m2时，建议进行计算分析。
工程门窗行业由于设计、检测和验收等环节把控，一般会遵守该规定；而家装门窗行业往往不了解标准，或缺乏有效监管而忽略此规定，导致因玻璃厚度不足而出现手推晃动的现象。
除了上述手推晃动的情况，超大门窗设计还应结合使用地区、建筑高度等计算风荷载作用下的应力、变形等。
门窗风荷载可采用小程序快速查询：
工程设计时，还需要计算风荷载标准值下的刚度(挠度)、风荷载设计值下的强度(应力)，挠度变形和应力均不超标才能满足工程要求。
5、结论
一些超大玻璃窗，在室内侧用手轻轻一推，玻璃出现剧烈晃动。那么这种现象如何发生？与玻璃尺寸有何关系？如何避免呢？
采用有限元软件，分别模拟不同厚度、不同尺寸玻璃面板在400 N集中力作用下的变形量，来解释超大玻璃手推晃动真相。
模拟显示，超大玻璃变形与玻璃短边长度密切相关，长边长度影响有限。按照JGJ 113-2015要求，对于非夹胶钢化(中空)玻璃，最大许用面积约为厚度的1/2。当玻璃厚度超过12 mm或玻璃面积超过6 m2时，建议计算分析确定许用面积或最小厚度。
工程设计时，需要计算风荷载标准值下的刚度(挠度)、风荷载设计值下的强度(应力)，挠度变形和应力均不超标才能满足工程要求。此外，还建议考虑计算某集中荷载下的变形量，降低手推晃动给用户带来的心理不安全感！
相关文章：
3. 公式法、有限元法和实测法，风压作用下中空玻璃挠度变化对比研究
9. PPT分享 | 万成龙：玻璃幕墙结构计算培训（2013年版）
门窗万语 | 门窗风荷载计算 | 空真空玻璃K值计算 | 建科万工 |
