采用防火巖棉時(shí),由水平托板支承,巖棉的厚度不應(yīng)小于100mm。防煙封堵的巖棉要求充填密實(shí),不讓煙霧穿過。有工程理解為要防火巖棉充填整個(gè)窗下墻后的空間,這是不正確的,可能是將窗下面板后面豎向布置的玻璃棉保溫材料誤認(rèn)為是防煙巖棉了。實(shí)際上防煙巖棉封堵是水平布置的,厚度為100mm的那一部分。面板背后豎向分布、作為保溫材料的玻璃棉并不具備防火性能,不能作為防煙封堵使用,更不能據(jù)此提出“防煙巖棉必須填滿整個(gè)窗下墻”的不合理要求。
即使需要在玻璃面板后面設(shè)置保溫層,也要離開玻璃面板,形成較大的空間,絕不能“填充密實(shí)”,否則會(huì)因陽光透射積累熱量使玻璃溫度升高而開裂。
3.1.3實(shí)體墻面上的防煙封堵
連續(xù)多層的實(shí)體墻面本身不透煙,因此不要求層間必須布置水平防煙封堵。不設(shè)水平的層間煙堵時(shí),門窗洞口的邊緣四周應(yīng)進(jìn)行防煙封堵,防止煙霧從門窗四周側(cè)面竄入室內(nèi)。封堵常采用巖棉,封堵厚度不宜小于100mm。
3.2 安全玻璃的選用
安全玻璃指的是鋼化玻璃和夾層玻璃。現(xiàn)在有些地方標(biāo)準(zhǔn)和文件籠統(tǒng)規(guī)定“玻璃幕墻必須采用安全玻璃”,并不妥當(dāng),不分場合一刀切,使用安全玻璃并不一定安全,有些時(shí)候反而是安全隱患。正確的做法是具體情況具體分析,根據(jù)使用條件選用能最大限度保障安全的玻璃品種,也就是“玻璃幕墻選用玻璃應(yīng)最大限度保證使用安全”。
3.2.1容易受撞擊部位的玻璃
落地玻璃墻距地面900mm以下的部位、玻璃欄桿、玻璃樓梯板、玻璃地面板等部位,采用單片鋼化玻璃并不安全。因?yàn)殇摶Aщm然也算安全玻璃,但有自爆現(xiàn)象,在沖擊下也容易飛散,一旦破壞就會(huì)產(chǎn)生人員墜落的危險(xiǎn)。這些部位,宜采用夾層玻璃。
3.2.2玻璃肋
玻璃肋是全玻幕墻和玻璃肋采光頂?shù)闹饕С薪Y(jié)構(gòu),不應(yīng)采用單片鋼化玻璃。鋼化玻璃即使無外力沖擊,也可能自爆飛散,使整個(gè)結(jié)構(gòu)突然破壞,后果嚴(yán)重,所以宜采用夾層玻璃或夾層鋼化玻璃。
高度大于8m的全玻幕墻玻璃肋,如果夾膠有困難,不得已寧愿采用普通浮法玻璃。浮法玻璃不會(huì)自行爆裂飛散,即使開裂后仍可保留在原位,可以進(jìn)行更換而不至于整片墻垮坍。
點(diǎn)支承玻璃幕墻中的玻璃肋,應(yīng)采用夾層鋼化玻璃。如果長度受鋼化、夾膠工藝限制,可用不銹鋼板分段接駁。
·??幕墻設(shè)計(jì)中的問題及分析(三)
3.2.3?夾層玻璃幕墻?
有些工程在“幕墻設(shè)計(jì)應(yīng)采用安全玻璃”的導(dǎo)引下,整片墻面全部采用夾層玻璃,表面看來是安全了,其實(shí)埋下了重大安全隱患。一旦發(fā)生火災(zāi),消防人員無法擊碎玻璃,射水、救人都難以進(jìn)行;室內(nèi)人員無法打開玻璃逃生,勢必葬身火海。因此,幕墻大面不能全部采用夾層玻璃,必須留出單片玻璃或中空玻璃的逃生口,并作出明顯標(biāo)記。?
3.2.4?透光屋面的玻璃?
透光屋面(采光頂)目前尚未頒布規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),所以采用鋼化玻璃還是采用夾層玻璃還有不同的看法。
鋼化玻璃破碎后成粒狀,不容易發(fā)生重大傷人事故。但飛散的顆粒形同玻璃冰雹,也有可能劃傷或擊傷下面的人員。如果采用,高度不宜大于5m。?
夾層玻璃不會(huì)飛散,但破碎下垂后有可能從支承處拔出,整體下落,形同“蓋帽”,有可能產(chǎn)生重大傷亡事故。但相對于單片鋼化玻璃自爆率頗高而言,發(fā)生夾層玻璃整體“蓋帽”扣下的可能性是極其罕見的。因此目前多數(shù)工程傾向于室內(nèi)側(cè)采用夾層玻璃。為減少“蓋帽”的危險(xiǎn),采光頂?shù)膴A層玻璃尺寸不宜過大,邊長宜在2m以內(nèi);玻璃伸入框內(nèi)的嵌入深度不宜小于25mm,大塊玻璃還要適當(dāng)加深;盡量采用浮法夾層玻璃或半鋼化夾層玻璃,因?yàn)樗鼈兤屏押蠓殖纱髩K,裂縫延伸至板邊被膠粘或邊框夾持,不會(huì)明顯下垂,減少整體拔出脫落的危險(xiǎn)。?
3.3?石材面板的選用?
3.3.1?石材面板的質(zhì)量?
選用石材面板不能只考慮美觀、新穎和個(gè)性,首先還是要確保安全。建筑師在選用石材時(shí),要滿足以下的安全要求:?
1.?石材要有足夠的強(qiáng)度,花崗石類型的面板(GXXXX)其彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)平均值不應(yīng)小于10N/mm2,最小值不應(yīng)小于8N/mm2;大理石類型(MXXXX)和板石類型(SXXXX)的面板,其彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)值不應(yīng)小于5N/mm2,最小值不應(yīng)小于4N/mm2。?
2.?石材面板不應(yīng)夾有軟弱夾層或軟弱礦脈;有層狀紋理的面板,不應(yīng)有粗粒、疏松、多孔的條紋。?
3.?洞石的孔洞不宜過于密集,孔洞直徑不宜大于5mm。孔洞不宜過深,更不應(yīng)穿透石板。?
3.3.2?石材面板的連接方式?
石板幕墻的面板,宜采用以下幾類連接方式:?
1.?在石板邊緣開槽口,用金屬掛件連接;?
2.?在石材面板背后,開孔或開槽,用背栓、背槽或背卡連接;?
3.?在面板的邊緣打結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)鋁型材附框,通過附框與橫梁、立柱連結(jié),附框應(yīng)帶掛鉤固定石材面板。?
3.3.3?石材面板背面的復(fù)合層?
石板是脆性材料,自重也較大,為防止石材面板破碎后墜落造成人員和財(cái)產(chǎn)損失,可在面板背面粘貼玻璃纖維布或附加玻璃纖維加強(qiáng)樹脂層??箯潖?qiáng)度試驗(yàn)平均值低于8?N/mm2的石板、松散軟弱和多孔的石材面板,應(yīng)設(shè)背面復(fù)合層。?
3.3.4?優(yōu)先采注膠式板縫?
硅酮耐候密封膠注膠式板縫可以作為第二道防線,有效地防止石材面板破碎后墜落傷人,應(yīng)優(yōu)先采用。強(qiáng)度低,質(zhì)地疏松和多孔的石材面板,應(yīng)采用注膠式板縫。?
4.?結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則?
4.1?設(shè)計(jì)使用年限?
目前,主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限一般工程為50年,特殊工程為100年。幕墻是維護(hù)結(jié)構(gòu),是可以拆換的結(jié)構(gòu),所以幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限不低于25年。就是說,在25年內(nèi),面板、支承結(jié)構(gòu)、連接部件都不應(yīng)產(chǎn)生安全問題。?
至于建筑功能和幕墻外觀的使用年限,目前尚沒有一致的說法。?
作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的面板材料(玻璃、石材、金屬板)、支承結(jié)構(gòu)的鋁型材和鋼型材、鋼連接件預(yù)埋件的有效壽命至少超過25年,可以滿足設(shè)計(jì)使用年限要求。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的實(shí)際壽命也不止25年,過去廠家出具結(jié)構(gòu)膠10年保證書只是例行的商業(yè)操作。目前國內(nèi)主要硅酮膠廠家已可以出具25年保證書。因此,幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為不小于25年是適當(dāng)?shù)?,國?nèi)外幕墻工程的經(jīng)驗(yàn)證明也是可以辦得到的。?
至于某些業(yè)主要求幕墻保用50年甚至更長,目前尚無確切依據(jù)。尤其是建筑外觀和水密、氣密功能,能否維持50年以上,沒有太多的工程實(shí)踐。?
4.2?幕墻支承鋼結(jié)構(gòu)的焊接?
焊接是目前鋼結(jié)構(gòu)最可靠的連接方式之一。萬噸巨輪的船體是焊接的,可以抗擊狂風(fēng)巨浪;核反應(yīng)堆的外殼是焊接的,可以耐受高溫、高壓和幅射;百層以上的高樓大廈是焊接的,可以抵抗強(qiáng)烈地震和臺(tái)風(fēng)。因此,在幕墻鋼結(jié)構(gòu)上采用焊接,完全是可以的。?
正如本文1.1節(jié)中所述,幕墻有非常多的環(huán)節(jié)可以提供變形和位移的性能,部分環(huán)節(jié)采用焊接并不妨礙幕墻耐受大變形的能力。本文作者參與的十余項(xiàng)幕墻工程中,不少連接都采用焊接。深圳一些工程在強(qiáng)大臺(tái)風(fēng)吹襲下多次經(jīng)受了考驗(yàn);多個(gè)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明,部分連接采焊接的幕墻,在8、9度罕遇地震作用下,位移達(dá)1/60~1/50,也無一破損。大量實(shí)踐證明:不允許焊接是沒有道理的。?
至于現(xiàn)場焊接的質(zhì)量,那是施工管理的問題,管理不到位,什么連接都要出問題。北京多個(gè)奧運(yùn)工程、央視大廈、北京電視中心的大尺寸厚板鋼梁焊接都可以保證質(zhì)量,難道一般的幕墻焊接就無法保證質(zhì)量?所以保證質(zhì)量不是禁止焊接的理由。?
因此,JGJ102-2003和修訂中的JGJ133規(guī)范,刪除了這一不合理規(guī)定,代之以對焊接設(shè)計(jì)和施工的相應(yīng)規(guī)定。?
4.3?化學(xué)錨栓的受熱問題?
化學(xué)錨栓主要靠化學(xué)粘結(jié)劑完成連接,而一般化學(xué)粘結(jié)劑對溫度的耐受能力較弱,因此JGJ102-2003規(guī)范規(guī)定:在有可能導(dǎo)致化學(xué)錨栓溫度升高的熱影響區(qū)范圍內(nèi),不應(yīng)對鋼連接件進(jìn)行焊接作業(yè)。但是,如果不是進(jìn)行連接焊縫施焊,而僅僅是對螺帽下的墊板進(jìn)行間斷、快速的少量定位點(diǎn)焊,不至于使化學(xué)錨栓溫度升高過多,應(yīng)該是允許的。?
當(dāng)確實(shí)需要進(jìn)行連續(xù)焊接作業(yè)時(shí),應(yīng)采取相應(yīng)散熱措施,或采用耐熱化學(xué)錨栓。
4.4?后加錨栓的安全度?
在JGJ133-2001中未對錨栓安全度作出規(guī)定,JGJ102-2003中規(guī)定不具體。在JGJ133修訂中明確列出:后加錨栓承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按其極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以材料性能分項(xiàng)系數(shù)后采用。錨栓材料性能分項(xiàng)系數(shù),對可變荷載作用不應(yīng)小于2.15;對永久荷載作用不應(yīng)小于2.50。即是說,錨栓的總安全度對可變荷載作用約為3.0;對永久荷載作用大約為3.5。?
4.5?高強(qiáng)硅酮結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值?
國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》GB16776中,結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)抗拉強(qiáng)度定為0.6N/mm2,因此在風(fēng)荷載和地震作用下,其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f1取為0.2N/mm2;在永久荷載作用下,其強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f2取為0.01N/mm2。?
由于高性能硅酮結(jié)構(gòu)膠(如白云SS922)的粘結(jié)拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到1.2N/mm2,甚至1.5?N/mm2,再采用上述規(guī)定不盡合理,因此JGJ133修訂中規(guī)定,高性能硅酮結(jié)構(gòu)膠,f1可按其粘結(jié)拉伸強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)3.0后采用;f2可按其粘結(jié)拉伸強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)60.0后采用。?
相應(yīng)地,高性能膠的變位承受能力δ,取對應(yīng)于其受拉應(yīng)力為0.7?f1時(shí)的伸長率。
·??幕墻設(shè)計(jì)中的問題及分析(四)
5.面板設(shè)計(jì)??
5.1?背部連接的石材面板??
5.1.1?背栓、背槽和背卡??
背部連接件形式多樣,經(jīng)過檢驗(yàn)和論證后可以在工程中應(yīng)用。??
背栓應(yīng)采用擴(kuò)大端部、機(jī)械嵌固的切底螺栓,直徑不應(yīng)小于6mm,材質(zhì)應(yīng)采用316不銹鋼或更高性能的不銹鋼。??
背槽采用鋁合金型材為連接件,鋁合金型材的性能應(yīng)符合規(guī)范要求。背卡的材質(zhì)為0Cr17Ni12Mo2熱處理高彈性不銹鋼,厚度不小于0.5mm,長度不小35mm。?
5.1.2?背部連接石材面板的計(jì)算??
1.背部連接石材面板分別按四角支承面板或四點(diǎn)支承、周邊懸挑板計(jì)算。有較大懸挑而不考慮,只考慮中間部分計(jì)算的方法不一定安全。??
2.在風(fēng)力或地震力作用下,連接件抗拉壓計(jì)算應(yīng)考慮1.25的受力不均勻系數(shù);在自重作用下,應(yīng)根據(jù)其連接構(gòu)造確定承受重力荷載的連接件個(gè)數(shù),除考慮1.25的受力不均勻系數(shù)外,重力荷載分項(xiàng)系數(shù)γG應(yīng)取1.35。??
背部連接件的承載力設(shè)計(jì)值按其承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)2.15后采用,即其總安全系數(shù)約為3.0。??
5.1.3?背部連接試驗(yàn)??
背部連接件形式多樣,所連結(jié)的石材種類繁多,性能各異,故應(yīng)通過試驗(yàn)具體確定該工程設(shè)計(jì)中所采用的承載力大小。?
拉拔試驗(yàn)破壞形式應(yīng)為石材破壞或連接件破斷,不允許出現(xiàn)連接件整體從石材面板中拔出的試驗(yàn)結(jié)果。??
5.2?玻璃面板??
5.2.1?夾層中空玻璃??
JGJ102目前也正在進(jìn)行修訂,更明確了夾層中空玻璃的設(shè)計(jì)方法。規(guī)定:由夾層玻璃組成的中空玻璃,可首先按規(guī)定計(jì)算夾層玻璃的等效厚度te,將夾層玻璃視為等效厚度為te的單片玻璃,按中空玻璃的計(jì)算方法分配內(nèi)外片的荷載,將分配后的荷載分別作用于內(nèi)外片玻璃,再按夾層玻璃的計(jì)算方法在夾層玻璃內(nèi)部進(jìn)行二次荷載分配,最后分別計(jì)算各片單片玻璃。??
5.2.2?玻璃肋設(shè)計(jì)??
玻璃肋是全玻幕墻、透光屋面中面玻璃的支承結(jié)構(gòu),它的可靠工作關(guān)系到安全問題。??
玻璃肋下不宜采用單片鋼化玻璃,因?yàn)閱纹摶Aб坏┳员w散,后果十分嚴(yán)重。玻璃肋宜采用夾層玻璃,當(dāng)玻璃肋跨度過大而無法采用夾層玻璃時(shí),寧愿采用浮法玻璃,因?yàn)楦》úAч_裂后不會(huì)立即飛散,有時(shí)間予以更換。點(diǎn)支承玻璃肋應(yīng)采用鋼化夾層玻璃,長度不夠時(shí)可采用金屬板連接。??
玻璃肋位于室外時(shí),宜采用夾層玻璃,并且要進(jìn)行垂直于玻璃肋平面的風(fēng)荷載承載力計(jì)算。??
5.2.3?全玻幕墻的膠縫厚度??
全玻幕墻面板和玻璃肋之間的膠縫,當(dāng)高度較大時(shí)會(huì)計(jì)算出很大的厚度,很不合理。實(shí)際上高度很大時(shí),肋玻璃和面玻璃都吊掛在頂部,整個(gè)幕墻可以通過吊具吸收主結(jié)構(gòu)的位移,無須膠縫獨(dú)自承受這一位移。所以JGJ102-2003規(guī)范中第7.4.2條第3款關(guān)于膠縫厚度的規(guī)定在修訂中將予以取消。??
5.2.4?玻璃板后面的襯板??
許多玻璃幕墻采用透明玻璃,為遮擋層間梁板或保溫材料,層間的玻璃后面往往設(shè)置襯板。由于陽光通過透明玻璃射入會(huì)使玻璃與襯板之間空間的溫度上升,造成玻璃開裂。所以應(yīng)保持襯板與玻璃間有較大的距離,或設(shè)置通風(fēng)孔洞,使熱量可以迅速排出。??
5.2.5?橫框豎隱的半隱框玻璃??
橫框豎隱的半隱框玻璃幕墻,當(dāng)玻璃自重完全由橫梁承受時(shí),只要承托構(gòu)造符合明框幕墻設(shè)計(jì)的規(guī)定,面板的豎向結(jié)構(gòu)膠縫可以不進(jìn)行自重作用下的應(yīng)力計(jì)算。??
5.3?開放式板縫??
現(xiàn)在許多工程要求采用開放式板縫。開放式板縫應(yīng)符合以下要求:??
1.?背部空間應(yīng)防止積水,要采取措施使之能順暢排水;??
2.?面板背部的保溫材料應(yīng)有防水措施,可采用金屬防水襯板;??
3.?背部空間應(yīng)保持通風(fēng),使水汽可以排出;?
4.?支承結(jié)構(gòu)和連接件應(yīng)采取更有效的防腐措施;?
5.?石板要背面貼防墜落的玻璃纖維織物或設(shè)置粘膠層;??
6.?石板宜采取六面防水處理;??
7.?背面襯板應(yīng)能承受相應(yīng)的風(fēng)荷載。?
復(fù)合鋁板采用開放式板縫時(shí),要防止芯材直接暴露于室外大氣中。??
6.支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)??
6.1?冷成型薄壁型鋼的應(yīng)用??
JGJ102-2003和JGJ133-2001規(guī)范中,均未對冷成型薄壁型鋼的應(yīng)用作出規(guī)定,修訂后的規(guī)范,將對冷成型薄壁型鋼作出專門的規(guī)定。??
冷成型薄壁型鋼的應(yīng)用,應(yīng)遵照國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼技術(shù)規(guī)范》GB50018的有關(guān)規(guī)定。且用于橫梁的冷成型薄壁型鋼截面有效部分的厚度不應(yīng)小于2.0mm;用于立柱,不宜小于2.5mm,不應(yīng)小于2.0mm。由于薄壁型鋼允許受力計(jì)算時(shí)考慮部分屈曲狀態(tài),所以其板件寬厚比限制較為寬松。?
6.2?自攻螺釘在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用??
自攻螺釘用于鋁型材受拉連接時(shí),鋁型材要在截面連接處局部加厚,連接處局部壁厚不應(yīng)小于螺釘?shù)墓Q直徑。受拉自攻螺釘用于鋼型材時(shí),不要求局部加厚,但應(yīng)校核螺紋的承載能力,必要時(shí)可采用細(xì)牙螺紋。??
6.3?立柱的上、下柱連接??
6.3.1?一般樓層上、下柱連接??
JGJ133-2001中關(guān)于上、下柱連接閉口截面應(yīng)采取400mm芯柱連接的規(guī)定是針對鋁型材立柱而言的。因?yàn)樵撘?guī)范于1998~2000年期間編制,當(dāng)時(shí)幕墻絕大部分都是采用閉口截面鋁型材,基本上不用鋼型材。鋁型材采用高精級和超高精級,可以做到緊密滑動(dòng)配合。??
2001年以后,鋼型材在幕墻中應(yīng)用越來越多,鋼型材尺寸偏差大,閉口方鋼管內(nèi)置方鋼管芯柱難以做到滑動(dòng)緊密配合,因此JGJ102-2003改為可用芯柱連接??捎眯局?,也就意味著不一定采用芯柱。修訂中的JGJ133規(guī)范也作了相應(yīng)的修改。對于立柱,芯柱不再是唯一的連結(jié)方式,只要達(dá)到鉸節(jié)點(diǎn)處上下柱位移一致,能承受水平剪力就可以了。??
6.3.2?實(shí)體墻面上鋼立柱的上、下柱連結(jié)?
在實(shí)體墻面上鋼立柱上、下柱之間如作為鉸結(jié),也可采用型鋼、鋼板連接,只要上、下柱位移一致,連接件可以承受水平剪力。至于具體連接的形式可以多種多樣。在實(shí)體墻面上,支座可以加密,位置也可以靈活安排。因此也可以將橫梁、立柱分段設(shè)置,左右梁間、上下柱間留15mm空隙,支座布置在空隙旁邊,梁柱懸臂段很短,這時(shí)也可以留空而不加連接。留空不連接時(shí),各梁段、柱段獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算分析。??
6.4?造型鋼框架??
許多建筑立面設(shè)置外凸假柱子或其它建筑造型,有時(shí)外凸尺寸很大,這時(shí)石材面板、金屬面板的荷載要由造型鋼框架承受后,再傳給主體結(jié)構(gòu)樓面梁板或剪力墻上。這種造型鋼框架受力大,懸挑尺寸也大,所以往往由型鋼焊接成框架后,每層一個(gè)構(gòu)件再固定到主體結(jié)構(gòu)上去。這些框架允許采用焊縫連接,不要求每一個(gè)地方都采用螺栓。??
6.5?幕墻鋼結(jié)構(gòu)與主體鋼結(jié)構(gòu)連接??
幕墻鋼結(jié)構(gòu)與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)在主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)提出連接要求。焊轉(zhuǎn)接件,鉆螺栓孔等工序,均應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)加工時(shí)完成,現(xiàn)場不宜再主體結(jié)構(gòu)梁柱上焊接其它連接件。??
7.小結(jié)??
規(guī)范是工程實(shí)踐的總結(jié),總是要滯后于工程技術(shù)本身。加之規(guī)范的編制、修訂步驟很多,過程很長,不可能及時(shí)反映技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀。因此在幕墻設(shè)計(jì)、施工中會(huì)出現(xiàn)許多新事物、新問題,有些可能是現(xiàn)行規(guī)范未涉及的,也有些可能是規(guī)范的規(guī)定不合適的,這時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況,采取實(shí)事求是的態(tài)度,由有關(guān)各方協(xié)商解決。