建筑幕墙可靠性各环节分析_技术热点_幕墙网

本文作者：张士翔 杨仕超 张作萍 谭上飞
　　1 引言
　　建筑幕墙可靠性是一个综合体系。对于可靠性概念，或有若干不同的观点。但至少应包括以下内容：
　　结构的安全性：结构的安全性是建筑幕墙可靠性的根本，也是检测的重心。
　　适度的耐久性：耐久性决定了建筑幕墙的寿命，一次寿命取决于各结构性材料寿命的最短者。幕墙毕竟是建筑的外围护结构，不必要求它与主体结构共始终。但耐久性的适度，绝不是以降低可靠性或牺牲安全为代价的。
　　可维持正常使用的基本功能：作为外围护结构，必须能挡风遮雨，这应是最低的功能要求。“遮雨”即雨水渗漏性能，“挡风”包括风压变形性能在内。
　　本文以结构、材料、工艺的线索来展开对可靠性的分析。
　　2 建筑幕墙可靠性各环节简述
　　2.1 结构
　　本文所说的“结构”，包含了建筑幕墙体系的诸环节。从建筑幕墙的“基础”（与建筑主体结构的连接）开始，依次为：与建筑主体结构的连接、板块支撑结构、板块构件固定（含可开部分（开启扇）的固定）、结构胶粘结、面板。
　　保证结构可靠性的众多因素须在设计、选材、加工、安装等阶段性工作中逐项、逐步落实。这也说明可靠性是一个有机的整体。
　　2.2 材料
　　建筑幕墙是由多种材料按一定结构组成的。必须准确掌握各主要材料和重要辅、配件的基本情况，尤其是事关结构安全和主要性能的情况。
　　2.3 工艺
　　生产与施工是设计方案的实施，工艺是联系设计方案与完成产品的桥梁。审核与验证设计方案和确定材料后，工艺便是决定建筑幕墙可靠性的关键因素。
　　3 建筑幕墙可靠性各环节的分析
　　3.1 结构
　　建筑幕墙的结构形式有若干种。但同作为建筑的外围护结构，其所处的位置和所起的作用决定了其结构上基本脉络的一致。
　　1 与建筑主体结构的连接
　　建筑幕墙的“基础”，幕墙结构体系的第一层。幕墙通过与主体结构有效连接，自身作为围护结构才能立足，才能承受各种荷载（如重力荷载、风荷载）与作用（如地震作用）。这就是行业内所说的“生根”。
　　幕墙与主体结构的连接有多种方式，规范的做法应在建筑主体结构施工前完成预埋件的设计，位置应准确。对预埋件必须进行进场检验。
与连接可靠性相关的另一因素是预埋件的质量。预埋件能否保证连接的可靠，关键之一是焊接力，这也是必检项目，目的在于得知断点位置是否在焊接处和发生断裂时的荷载峰值。
　　当没有条件采用预埋件时，应采用其他可靠的连接措施，如膨胀螺栓、化学锚栓等后锚固方式。无论哪种方式，均应以必要手段（包括检测）确定其可靠性。
　　2 板块支撑结构
　　此为幕墙的主干部分，为结构体系的第二层。一直以来幕墙的主要分类方式之一，就是按其结构区分的：
　　1）框支承（包括框架式、单元式）幕墙：
　　板块支撑结构重点在立柱与横梁。其可靠性的重点是刚度和强度。金属材料（铝合金或型钢）的强度一般不需担心，设计（包括选材）的重点在刚度的把握。
　　决定主受力杆（立柱与横梁）挠度的因素有：材质（决定弹性模量）、断面规格（决定惯性矩）、杆件两边分格（决定线荷载）、支承方式与跨度、荷载。
　　2）点支承（包括钢结构、张拉杆索）幕墙：
　　以钢结构为支承的点支承幕墙，结构重点在主受力杆，与框支承幕墙相同。
　　以张拉杆索体系为支承体系的点支承幕墙，张拉杆索体系应在两个正交方向都形成稳定结构，因为拉杆和拉索是只承受拉力、不能承受压力的。只有在施加预应力后，才能形成形状不变的受力体系，故必须注意两个关键：一是设计中计算满足体系结构要求的预应力，二是考虑建筑主体结构承受的附加作用力。
　　3）全玻（包括肋驳接、肋点支撑、吊挂式）幕墙：
　　全玻幕墙依靠玻璃肋、结构胶缝、爪点、上下槽型钢来支承玻璃板块，结构较脆弱，不宜取太大跨度。
　　除设计计算及审核外，风压变形测试或结构荷载变形测试也是必不可少的。
　　板块支撑结构中，包含“结构内连接”的要素。对于框架式幕墙即立柱与横梁的连接、开启扇框料与框架的连接，常见的有插接式与栓接式（例见图1），前者重点在材料接口的设计与加工，后者关键是连接用附件的规格与质量。
　　对于单元式幕墙则为单元板块之间的插接（例见图2），包括横向与纵向的插接，其可靠性建立在板块构件的设计、加工精度与正常的安装操作上。
　　对于点支承玻璃幕墙，涉及爪件与结构（钢结构或张拉杆索体系）的连接，以及支撑杆与拉索、拉杆之间的连接。
　　3 板块构件固定(结构体系第三层)
　　不同结构形式的幕墙，板块构件固定方式也各有特点。
　　1）单元式幕墙从制作过程说，是将面板和金属框架（横梁、立柱）在工厂组装为幕墙单元，以幕墙单元形式在现场完成安装施工的框支承幕墙。其重点在设计与构件加工阶段。在安装阶段，单元板块经过拼接而形成支撑框，拼接过程既是板块支撑结构的形成，也是板块构件固定的程序。技术关键是构件设计、加工与插装操作。
　　2）框架式幕墙的板块构件依靠先一步形成的框架来支撑，可用间断的压（勾）块，可取连续的勾连方式，也可以镶嵌法安装。
　　隐框、半隐框幕墙常用间断的压（勾）块方式来固定板块构件，以这种方式固定的板块在分别承受正、负风荷载时的受力状况是不同的：承受正风荷载时可视为面受力，承受负风荷载时近似于点受力，显然承受负风荷载时更为不利。则固定件的强度、连接与间距即成为影响板块固定的关键因素。
　　明框幕墙板块的固定多用镶嵌法，板块在框架中足够的嵌入量是固定可靠性的保障。
　　石材幕墙的板块则以挂件、背栓等五金件与框架连接，五金件的种类、强度、刚度以及与石材的连接情况决定着板块固定的可靠性。
　　3）点支承幕墙的板块顾名思义是以“点”来支承板块构件，这个“点”或为爪点，或为夹具，一般为不锈钢制品。
　　4）全玻幕墙的面板玻璃号称为四边支承，实际上一般上下边为U型槽镶嵌式（例见图3），两竖边（至少有一竖边）是靠结构胶胶缝与肋玻璃连接（例见图4），即荷载靠胶缝传递。吊挂式安装采用顶部吊夹。
　　5）板块构件固定有一种特殊情况：可开部分（开启扇）的固定。可开部分应具备正常开启关闭的性能，应承担必要时通风和必要时遮风挡雨的功能。
　　由于其特殊的对立统一性，可开部分的可靠性把握起来较为困难。
　　可开部分结构包括窗框、窗扇。窗框与框架固定连接，窗扇再与窗框连接。必须设计窗框，否则窗扇无所依托。
　　从安装方式来看，可开部分的窗扇与窗框可采用挂钩或滑撑连接，应采用可控、可活动锁点来从室内侧启闭。锁点的种类、位置、数量关乎可开部分可靠性，应根据可开部分的分格（大小）、幕墙工程的风荷载设计值来确定。应计算平均每个锁点所分担的荷载，并据此确定锁点的种类、位置、数量，必要时应选用单控多点联动锁。锁点包括两点、四点、十一点等，启闭方式分机械和电动，性能优良，但在构件加工时必须控制好锁点的定位精度和固定质量。
　　采用挂钩或滑撑固定的上悬开启窗，为开启后便于定位，一般在窗扇左右侧下方装有限位滑撑与窗框连接，也称副撑。它在可开部分正常关闭时并不承担荷载，但当窗扇在负风压下脱开时可凭其定位作用避免更大的破坏，所以也称风撑。
　　4 结构胶粘结
　　对于使用结构胶粘结的幕墙板块，板材完全依靠结构胶的粘结作用来固定；对于肋驳接全玻幕墙，面板玻璃与肋玻璃的连接也是依靠驳接缝的结构胶。结构胶由此成为可靠性的关键一环。同时也是薄弱一环。
　　在设计上，必须依据规范和实际工程情况计算出必须达到的结构胶注胶宽度与厚度，这两项参数体现了结构胶承受荷载的能力。
　　在材料进场检验中，必须包括结构胶与相接触材料的粘结性（与基材）和相容性（与附件），板块在正常使用中是否会脱离结构取决于这两项性能。
　　在注胶施工时，必须力争达到“洁净、通风、环境温湿度适宜”等条件，必须确保注胶质量（饱满、密实）。这是为了尽量排除对结构胶粘结质量的干扰。
　　5 面板
　　面板是组成建筑幕墙的主要构件，幕墙的外围护功能主要由面板所体现。建筑幕墙也常以面板类型来分类。
　　面板首先承受来自自然界的外部水平荷载，并将其传递给支承结构体系，因此面板的强度和变形能力直接影响建筑幕墙的使用功能。面板的设计、选择和安装是完成幕墙既定功能的关键环节。
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