劉嘉慧 何 鑫

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014)

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幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中若干問(wèn)題的探討

劉嘉慧 何 鑫

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014)

結(jié)合工程實(shí)際，分析了幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些不明確、易混淆的問(wèn)題，從規(guī)范規(guī)定、概念設(shè)計(jì)、力學(xué)計(jì)算等方面進(jìn)行了探討，找到了解決問(wèn)題的方法思路，達(dá)到幕墻設(shè)計(jì)安全、經(jīng)濟(jì)、適用的效果。

幕墻結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載效應(yīng)，后補(bǔ)錨栓，錨固承載力

隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)，建筑幕墻因具有自重較輕、裝飾性強(qiáng)、性能優(yōu)良、施工周期短、便于安裝施工等特點(diǎn)，在城市建筑設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，并相繼建設(shè)完成了一批規(guī)模大、難度高、技術(shù)領(lǐng)先的幕墻工程。在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一些看似簡(jiǎn)單的問(wèn)題，卻關(guān)系著整個(gè)幕墻體系的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)適用性。只有充分地理解、分析、解決這些問(wèn)題，繼而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，建筑幕墻才會(huì)產(chǎn)生預(yù)期的效果與效益。

1 風(fēng)荷載效應(yīng)的計(jì)算

對(duì)于常見(jiàn)的垂直玻璃幕墻和斜玻璃幕墻，在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)計(jì)算中，風(fēng)荷載一般在荷載組合中起到控制作用，因此風(fēng)荷載效應(yīng)的計(jì)算就顯得尤為重要。風(fēng)荷載效應(yīng)的計(jì)算，將直接影響到面板、橫梁、立柱乃至埋件的計(jì)算及選型。對(duì)于風(fēng)荷載比較敏感的高層建筑(一般情況下，指房屋高度大于60 m的高層建筑)，主體結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按基本風(fēng)壓的1.1倍采用；而幕墻作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其重要性與主體結(jié)構(gòu)相比要低些，可仍取50年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓，不需按基本風(fēng)壓的1.1倍采用，也不需采用100年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓。對(duì)于重要的大型鐵路站房、會(huì)展建筑，也可適當(dāng)提高幕墻設(shè)計(jì)的基本風(fēng)壓以保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的安全度統(tǒng)一。《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，玻璃幕墻的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值除按公式計(jì)算外，并且不應(yīng)小于1 kN/m2。對(duì)于位于室內(nèi)的受風(fēng)荷載作用很小的幕墻，按風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值不小于1 kN/m2設(shè)計(jì)有時(shí)會(huì)顯得保守而造成不必要的浪費(fèi)，此時(shí)如無(wú)特殊要求可按實(shí)際情況選用。

2 上、下立柱的連接

上、下立柱之間應(yīng)留有不小于15 mm的縫隙，且應(yīng)滿(mǎn)足立柱溫度變形以及安裝施工的需要，可按以下公式計(jì)算：

d=αΔtL+d1+d2。

其中，d為上、下立柱之間伸縮縫的計(jì)算值；α為立柱材料的線膨脹系數(shù)；Δt為溫度變化值；L為立柱跨度；d1為施工誤差，取3 mm；d2為考慮其他作用的預(yù)留量，取2 mm。

閉口鋁合金型材可采用長(zhǎng)度不小于250 mm的芯柱連接，芯柱與立柱應(yīng)緊密配合；用于鋼型材立柱連接的芯柱總長(zhǎng)度不應(yīng)小于400 mm，芯柱與立柱應(yīng)緊密接觸，芯柱與下柱之間應(yīng)采用不銹鋼螺栓固定。因型鋼規(guī)格固定，若挑選熱軋型鋼表中現(xiàn)有類(lèi)型作為芯柱，則芯柱與立柱空隙較大無(wú)法有效傳遞剪力，此時(shí)芯柱需采用焊接型鋼才能保證兩者緊密接觸。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也可用型鋼或鋼板作為上、下立柱連接件，連接件與下立柱焊接或標(biāo)準(zhǔn)圓孔螺栓連接，連接件與上立柱長(zhǎng)圓孔螺栓連接。

3 預(yù)埋件錨筋的錨固長(zhǎng)度

《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》C.0.5.3規(guī)定，當(dāng)錨筋的拉應(yīng)力設(shè)計(jì)值小于鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy時(shí)，其錨固長(zhǎng)度可適當(dāng)減小，但不應(yīng)小于15倍錨固鋼筋直徑。因錨筋的實(shí)際設(shè)計(jì)配筋量總大于計(jì)算值，一些設(shè)計(jì)人看到規(guī)范此條款，不假思索地把預(yù)埋件錨筋長(zhǎng)度定為15d(d為錨固鋼筋直徑)，有時(shí)就會(huì)留下不安全的隱患?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》要求幕墻的預(yù)埋件、錨固件，應(yīng)采取加強(qiáng)措施，以承受建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳給主體結(jié)構(gòu)的地震作用。為安全計(jì)，此時(shí)修正系數(shù)可取錨筋設(shè)計(jì)計(jì)算面積與實(shí)際配筋面積的比值。當(dāng)設(shè)計(jì)配筋量略大于計(jì)算值時(shí)，修正系數(shù)可取1.0。若梁寬較小不能實(shí)現(xiàn)錨筋直錨，可將錨筋彎折錨入混凝土梁內(nèi)。

4 后補(bǔ)錨栓的選用

幕墻立柱與主體混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)通過(guò)預(yù)埋件連接，預(yù)埋件應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)混凝土施工時(shí)埋入，預(yù)埋件應(yīng)定位準(zhǔn)確。在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，預(yù)埋件多存在以下問(wèn)題：1)施工進(jìn)度較快，有些工程沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行預(yù)埋件埋設(shè)；2)預(yù)埋件埋設(shè)不牢靠，施工時(shí)鋼筋綁扎及混凝土澆搗造成預(yù)埋件位移、偏斜；3)后期因幕墻設(shè)計(jì)分格的改變，造成已留置的預(yù)埋件不能使用。因此，幕墻預(yù)埋件的設(shè)計(jì)和施工應(yīng)引起足夠的重視，切實(shí)做到設(shè)計(jì)精準(zhǔn)、施工準(zhǔn)確，才能發(fā)揮預(yù)埋件造價(jià)成本低和安全可靠性高的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)土建施工中預(yù)埋件漏放、預(yù)埋件偏離設(shè)計(jì)位置太遠(yuǎn)、設(shè)計(jì)變更、舊建筑加裝幕墻時(shí)，可采用后補(bǔ)錨栓，并通過(guò)試驗(yàn)確定其承載力。后補(bǔ)錨栓分為化學(xué)錨栓和機(jī)械錨栓。其中，化學(xué)錨栓分為特殊倒錐形膠粘型錨栓(又稱(chēng)為定型化學(xué)錨栓)和普通化學(xué)錨栓；機(jī)械錨栓，分為后擴(kuò)底錨栓和膨脹錨栓。用于主體結(jié)構(gòu)加固時(shí)，錨栓需選用特殊倒錐形膠粘型錨栓或后擴(kuò)底錨栓,并采用開(kāi)裂混凝土的假定；用于幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，參考《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》，可選用普通化學(xué)錨栓或扭矩控制式膨脹錨栓,并采用開(kāi)裂混凝土的假定。

由于混凝土構(gòu)件多為帶裂縫工作狀態(tài)，在后補(bǔ)錨栓的產(chǎn)品報(bào)告中應(yīng)已標(biāo)明可用于開(kāi)裂混凝土，同時(shí)在后補(bǔ)錨栓的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用開(kāi)裂混凝土的假定。不宜在與化學(xué)錨栓接觸的連接件上進(jìn)行焊接操作，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。

后補(bǔ)滿(mǎn)栓的選用，尚應(yīng)符合地方技術(shù)要求，如浙江省《建筑幕墻安全技術(shù)要求》規(guī)定：“建筑幕墻的后置埋件應(yīng)當(dāng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用后切(擴(kuò))底機(jī)械錨栓和定型化學(xué)錨栓等性能可靠的錨栓，不得使用普通化學(xué)錨栓。當(dāng)采用定型化學(xué)錨栓時(shí)，供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)提供化學(xué)錨栓的耐高溫測(cè)試報(bào)告”。

5 后補(bǔ)錨栓的計(jì)算

后補(bǔ)錨栓的計(jì)算，應(yīng)遵循《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定。但是前者明確給出了特殊倒錐形膠粘型錨栓和后擴(kuò)底錨栓的承載力驗(yàn)算公式；而后者給出了化學(xué)錨栓和機(jī)械錨栓的承載力驗(yàn)算公式，可用于普通化學(xué)錨栓和膨脹錨栓的計(jì)算。

在設(shè)計(jì)中容易發(fā)現(xiàn)，通常是由基材混凝土抗剪承載力控制后補(bǔ)錨栓的數(shù)量和布置，可采用如下方法解決：1)增大錨栓平行于剪力方向的邊距；2)由遠(yuǎn)離混凝土構(gòu)件邊緣的錨栓承受剪力，而靠近混凝土構(gòu)件邊緣的錨栓不承受剪力，為此可在錨板相應(yīng)位置沿剪力方向開(kāi)橢圓形孔(在靠近混凝土構(gòu)件邊緣錨栓處)。

對(duì)特殊倒錐形膠粘型錨栓和后擴(kuò)底錨栓的基材混凝土進(jìn)行承載力驗(yàn)算時(shí)，《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》并沒(méi)有給出混凝土剪撬破壞、混凝土劈裂破壞及特殊倒錐形膠粘錨栓的組合破壞，此時(shí)應(yīng)通過(guò)采取構(gòu)造措施予以防止?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整錨栓的邊距、間距及保證一定的基材厚度來(lái)避免此類(lèi)破壞，不能既不驗(yàn)算這些承載力破壞又不采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，不可在錨栓排布中過(guò)度縮小邊距、間距或利用很薄的基材。設(shè)計(jì)人應(yīng)首先根據(jù)構(gòu)件的重要性程度、受力特點(diǎn)和混凝土基材狀況等，確定具體的加固設(shè)計(jì)方案，并不是簡(jiǎn)單增加幾個(gè)后補(bǔ)錨栓就能解決所有問(wèn)題。

6 錨固承載力的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

錨固承載力的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)和后補(bǔ)錨栓類(lèi)型，按照《建筑結(jié)構(gòu)加固工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》和《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》提供的方法進(jìn)行，并應(yīng)注意兩本規(guī)范對(duì)荷載檢驗(yàn)值取值的不同。對(duì)承重結(jié)構(gòu)加固工程的錨固質(zhì)量檢驗(yàn)，必須按《建筑結(jié)構(gòu)加固工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定執(zhí)行。

現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)分為非破損檢驗(yàn)和破壞性檢驗(yàn)。非破損檢驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)拉拔值，應(yīng)由設(shè)計(jì)單位提供，檢測(cè)單位及其他單位均無(wú)權(quán)自行確定。非破損檢驗(yàn)的荷載檢驗(yàn)值，按《建筑結(jié)構(gòu)加固工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》，應(yīng)取1.5Nt作為檢驗(yàn)荷載；按《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》，應(yīng)取0.9fykAs和0.8NRk,*的較小值(NRk,*為非鋼材破壞承載力標(biāo)準(zhǔn)值)。

7 結(jié)語(yǔ)

選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖，正確分析計(jì)算結(jié)果，并采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，是幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的必需。恰當(dāng)正確地計(jì)算風(fēng)荷載效應(yīng)，選擇合適的埋件型式并進(jìn)行計(jì)算排布和驗(yàn)收檢驗(yàn)，才可確保幕墻結(jié)構(gòu)的安全與效益。

[1] JGJ 102—2003，玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[3] GB 50367—2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] JGJ 145—2013，混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程[S].

On some problems in curtain wall structural design

Liu Jiahui He Xin

(CITIC General Institute of Architectural Design and Research Co., Ltd, Wuhan 430014, China)

Combining with the engineering facts, the paper analyzes some indefinite and confusing problems in the curtain wall structural design, explores from the regulations, concept design, and dynamic calculation, and finds the methods for the solutions, so as to achieve the safe, economical and applicable effect of the curtain wall design.

curtain wall structure, wind loading effect， anchor bolt, anchor loading capacity

1009-6825(2016)12-0030-03

2016-02-16

劉嘉慧(1985- )，男，工程師，一級(jí)注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師； 何 鑫(1983- )，男，工程師

TU318

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