胡向群

【摘 要】在地震的影響下，社會大眾對建筑的抗震性能要求也越來越嚴(yán)格，幕墻作為提高抗震能力的關(guān)鍵，如何進行有效設(shè)計，使其抗震能力得到提升有了更為積極的要求。本文對抗震構(gòu)造設(shè)計的相關(guān)要求進行了簡單分析，并對如何進行抗震設(shè)計提出了幾點看法，旨在為建筑幕墻抗震構(gòu)造設(shè)計提供更加可靠的理論依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】幕墻；抗震構(gòu)造；設(shè)計

1幕墻抗震構(gòu)造措施

對于豎直的建筑幕墻，風(fēng)荷載是主要的外作用力，而建筑幕墻自重較輕，即使按最大地震作用系數(shù)，也不過是0.1～0.3kN/㎡，遠小于風(fēng)力。但是，地震是動力作用，對連接部位會產(chǎn)生較大的影響，若是變形大的話會導(dǎo)致幕墻脫落，倒塌。所以，在幕墻設(shè)計中除計算地震力外，構(gòu)造上應(yīng)充分考慮抗震要素。

抗震設(shè)計的一般原則：

1.）幕墻作為建筑的外圍護結(jié)構(gòu)，不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)的荷載和地震作用。

2.）幕墻及其連接件應(yīng)有足夠的相對于主體結(jié)構(gòu)的位移能力，避免在地震作用下產(chǎn)生過大的變形和破壞。

3.）抗震設(shè)防采用三個水準(zhǔn)，一是在常遇地震作用下（比設(shè)防烈度低1.5度）玻璃不應(yīng)產(chǎn)生破損，幕墻應(yīng)保持完好。二是在在中震作用下（相當(dāng)于設(shè)防烈度），幕墻不應(yīng)有嚴(yán)重破損，一般只允許部分玻璃破碎，經(jīng)修理后幕墻仍可使用。三是在罕遇地震作用下（相當(dāng)于比設(shè)防烈度高1.0度），幕墻必然會嚴(yán)重破壞，玻璃破碎，但幕墻骨架不應(yīng)脫落，倒塌。

進行抗震構(gòu)造設(shè)計時，若選擇玻璃幕墻，就需要對幕墻所依附的建筑物主框架以及本身設(shè)防等方面進行綜合考慮。幕墻應(yīng)依據(jù)所依附的建筑物主框架在幕墻平面內(nèi)的變形確定幕墻的變形承載能力加以限制。幕墻本身設(shè)防則主要是對設(shè)防烈度地震作用，以及在該組合荷載的影響下，幕墻構(gòu)件不會出現(xiàn)殘余變形以及面板不會出現(xiàn)破損現(xiàn)象。在進行抗震構(gòu)造設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)通過二個階段以及三個水準(zhǔn)來進行設(shè)計，并且第二水準(zhǔn)的烈度地震作用應(yīng)當(dāng)是第一水準(zhǔn)地震烈度的3倍以上。在對第二水準(zhǔn)彈塑性位移進行設(shè)計時，可結(jié)合眾值烈度地震作用，運用彈性防范對樓層層高以及層間位移之間的對比來進行折算，這就能夠獲得幕墻平面內(nèi)變形臨界值的對應(yīng)值。通過上述分析表明，針對幕墻平面內(nèi)變形性能的建筑結(jié)構(gòu)與要求均有著非常緊密的聯(lián)系，也就是說，在對進行幕墻抗震構(gòu)造設(shè)計中，需要結(jié)合結(jié)構(gòu)類型的不同，來進行幕墻的綜合設(shè)計，使其能夠更加貼合實際需要。

樓層層間最大位移與層高之比的限值可參照下表

層間彈塑性位移角限值

注：①表格中△u/h所表示的是彈性層間位移角，其中△u主要是指最大彈性層間位移量，而h則表示層高。②線性插值系數(shù)主要是對高度在15m-250m之間的建筑物，其層間位移角度能夠達到1/500以及1/800（1/1000）的線性插值。在罕遇地震作用下，混凝土結(jié)構(gòu)的層間彈塑性位移應(yīng)滿足以下條件：△u/h≤[θp]。

平面內(nèi)變形性能分級指標(biāo)γ應(yīng)符合下表的要求

在罕遇地震作用下應(yīng)對結(jié)構(gòu)薄弱層進行彈塑變形驗算。在抗震設(shè)計時，幕墻的抗震能力指標(biāo)值應(yīng)當(dāng)在主體結(jié)構(gòu)彈性層間位移角控制值的三倍以上。需要注意的是，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)為多、高層鋼結(jié)構(gòu)時，幕墻的抗震能力是非鋼結(jié)構(gòu)建筑幕墻的2倍以上，以此更加適宜鋼結(jié)構(gòu)的柔性變動能力。

在幕墻處理中，可通過伸縮、位移、變位等能力來進行處理，例如：橫梁與立柱之間的伸縮縫、玻璃的結(jié)構(gòu)膠粘接、膠墊軟接觸等，使得幕墻構(gòu)建不會受到來自地震的影響，故能夠更好的保證幕墻自身結(jié)構(gòu)，促使建筑的安全性和完整性得到最大程度的提升。

2不同幕墻體系的構(gòu)造要求

2.1鋁合金玻璃幕墻

鋁合金玻璃幕墻的抗震能力主要取決于它所依附的建筑主框架的抗震能力和自身的抗震構(gòu)造。鋁合金玻璃幕墻一般有兩種主要的幕墻體系：一是單元式幕墻，幕墻板塊在工廠組裝好，以單元的形式運到工地可直接安裝。另一類是框架式幕墻，所有構(gòu)件都在工地安裝。

單元式幕墻采用對插接縫，使幕墻對外界因素的變形適應(yīng)能力更好。每個單元板塊與其相鄰的上下板塊，左右板塊之間都留有足夠間距的伸縮縫，在地震作用下，建筑物產(chǎn)生層間變位時，有一定空間可以讓上板塊向下運動，這樣能防止板塊因擠壓而變形。又因為上下板塊的橫梁有一定的搭接長度，上板塊也不會脫出原來的位置。同樣，結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向變形時，左右板塊之間的伸縮縫也可以避免板塊之間相互擠壓而變形。單元式幕墻平面內(nèi)變位帶有隨機性，板塊之間的留縫大小是抗震的關(guān)鍵所在。縫太大，板塊容易脫出幕墻平面，縫太小，板塊就會相互擠壓，所以，在做單元式的幕墻設(shè)計時一定要計算垂直縫與水平縫的大小。

規(guī)范規(guī)定，立柱的搭接長度應(yīng)不小于10mm，以適應(yīng)溫度及地震作用下的位移。頂、底橫梁的搭接長度應(yīng)不小于15mm，以適應(yīng)溫度及地震作用下的位移。建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范DGJ08-56-2012中給出了搭接長度的計算公式，但是以10mm與15mm作為設(shè)計的最小值。對插構(gòu)件間的有效間隙應(yīng)大于搭接長度，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)的柱距較大時，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)梁在活荷載下的后續(xù)變形，對超高層建筑，還應(yīng)把主體結(jié)構(gòu)的層間壓縮量計入上下板塊的有效間隙內(nèi)。下圖1和圖2是實際工程中的板塊拼縫處的橫豎剖節(jié)點，充分滿足了對插接縫的要求。

圖1單元式幕墻橫縫節(jié)點

圖2單元式幕墻豎縫節(jié)點

框架式幕墻一般是幕墻立柱上端懸掛在結(jié)構(gòu)主體上，上下板塊的立柱的連接應(yīng)結(jié)合緊密，立柱之間留有一定間距的伸縮縫，縫寬應(yīng)不小于15mm，下板塊的上端固定一插芯，用來定位上板塊以及做側(cè)向和垂直外力的抵抗。而且下層幕墻的玻璃板塊應(yīng)與上橫框之間留有足夠的間隙。也就是說，當(dāng)主結(jié)構(gòu)有變形時，幕墻上板塊可以有向下位移的空間。下圖3是實際工程中的框架式幕墻板塊拼縫處的豎剖節(jié)點，設(shè)計時充分考慮了抗震因素，讓板塊有足夠的位移空間。

圖3

目前上海的規(guī)范不允許大面積運用全隱框幕墻。對于半隱框和全明框幕墻的設(shè)計，可運用彈性材料來對玻璃邊緣以及邊框槽底的間隙進行填塞。玻璃與槽底的間距可根據(jù)板塊厚度作不同的要求，玻璃與槽邊口的間距也有要求，并用柔性材料密封。在地震作用下玻璃受到擠壓，或在溫度變化時發(fā)生膨脹，這些間距都能釋放它的變形而不至于受到破損。

隱框幕墻板塊間的縫寬始終保持在12mm以上，并采用彈性材料來進行填塞，一般用泡沫棒來進行內(nèi)填，并在外部注入硅酮耐候使其能夠得到密封。

2.2石材幕墻，通常有短槽式、通槽式和背栓連接三種固定方式。早期采用的鋼銷式連接因為抗震能力差而不允許用到幕墻上。為了防止石材面板在外力作用下脫落，短槽式和通槽式對開槽深度和寬度都有明確的要求，為了避免插件（掛鉤）從插槽中脫落出來，槽口與掛鉤的搭接長度也需可靠到位。石材板塊安裝時，還要在槽內(nèi)注入具有高機械性抵抗能力的彈性類粘膠劑，實現(xiàn)其抗震能力的提升。

目前常用的背栓式石材連接方式因充分考慮了彈性設(shè)計思想，其抗震能力遠遠好于前面介紹的兩種。在主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大位移或因溫度變化等因素導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)變形情況下，不會在板材內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，所以特別適用于高層結(jié)構(gòu)及有抗震要求的地區(qū)。為了達到更好的抗震要求，規(guī)定植入背栓的開孔直徑偏差能夠控制在0.5mm的范圍內(nèi)，并且背栓切入的有效深度不得低于15mm。見下圖4的背栓連接節(jié)點。

2.3金屬幕墻，由于面板本身并不是脆性材料，通常板塊不會破損。但是，為了適應(yīng)地震作用下產(chǎn)生的位移，板塊之間的拼縫最小寬度不能小于10mm。

2.4點支承玻璃幕墻，因支承頭連接能夠較好的適應(yīng)玻璃面板在支撐點處的轉(zhuǎn)動變形；支承頭的玻璃與鋼材之間，應(yīng)當(dāng)安裝一個彈性材料的襯套或者襯墊，其厚度不能小于1mm，有著較好的抗震性能。

2.5全玻幕墻，抗震性能較差，不適合用于抗震要求高的地區(qū)。為了提高其抗震性能，對全玻璃面板與周邊收口槽壁或者玻璃肋之間的空隙均應(yīng)不小于8mm，板面和玻璃肋不能與其他剛性材料直接接觸，吊掛玻璃下端與下底槽墊塊之間的空隙應(yīng)能滿足玻璃伸長變形的要求，且不得小于10mm，玻璃入槽深度不小于15mm，并用硅酮密封膠做密封處理。下端支承式全玻璃幕墻非常容易因主體結(jié)構(gòu)受到影響而發(fā)生變形被擠壞，所以不建議采用。

3幕墻不同連接部位的構(gòu)造要求

3.1幕墻與主體連接

在對幕墻主受力構(gòu)件進行設(shè)計時，通常選擇懸掛式與主體結(jié)構(gòu)連接，立柱上端用螺栓固定在主結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)接件上，但是立柱下端不可以鎖死，必須有上下釋放的空間來滿足主結(jié)構(gòu)發(fā)生位移或變形。

當(dāng)玻璃幕墻與主體結(jié)構(gòu)采用后補錨栓連接時，通常用后切式膨脹螺栓，因為這能夠有效提升抗震能力。

3.2變形縫的處理

在建筑主框架變形縫處的幕墻采用可伸縮構(gòu)造，如運用風(fēng)琴板構(gòu)造，可開啟式構(gòu)造，確保變形縫處兩側(cè)面板能夠分開為兩個不同的獨立單元。

根據(jù)建筑抗震設(shè)計規(guī)范，在對變形縫進行設(shè)計時，必須注意控制龍骨之間的距離大于等于土建變形縫的寬度，并嚴(yán)格按照第三水準(zhǔn)要求來進行處理；針對非常容易被擠壓而出現(xiàn)破損掉落的面板，其間距則應(yīng)當(dāng)按照第二水準(zhǔn)的相關(guān)要求來對其進行計算明確，中間過渡材料可采用彈性材料，如橡膠條，柔性EPDM防水卷材或用較薄的金屬板材，最好能水平滑動。

4結(jié)論

隨著近幾年來，頻頻出現(xiàn)的地震災(zāi)害，建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力也隨之成為了其安全話題的重要內(nèi)容，作為建筑物的外圍護結(jié)構(gòu)，幕墻的抗震構(gòu)造設(shè)計成為了不可忽視的內(nèi)容。而進行設(shè)計的過程中，我們必須嚴(yán)格按照國家抗震規(guī)范的相關(guān)要求，加強幕墻抗震設(shè)計的處理，盡可能地提高幕墻的抗震性能，為建筑的安全提供有效保障。

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