建筑幕墻抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)

王 寶 閉思廉

一、幕墻抗震構(gòu)造措施

玻璃幕墻的抗震設(shè)計(jì)需考慮對(duì)幕墻本身設(shè)防和對(duì)幕墻所依附的建筑物主框架的變形限制。幕墻本身設(shè)防要求采用在設(shè)防烈度地震作用及其組合荷載作用下的面板不破損和幕墻框格桿件無殘余變形。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?？拐鹪O(shè)防采用三個(gè)水準(zhǔn)與二階段設(shè)計(jì)，第二水準(zhǔn)烈度地震作用是第一水準(zhǔn)地震烈度的3倍。近似地，把在眾值烈度地震作用下采用彈性方法計(jì)算的樓層層間位移與層高之比折算成第二水準(zhǔn)彈塑性位移，就得到了與幕墻平面內(nèi)變形臨界值的對(duì)應(yīng)值。以上分析表明，對(duì)幕墻平面內(nèi)變形性能的要求與建筑結(jié)構(gòu)類型有關(guān)，即要根據(jù)結(jié)構(gòu)類型選用具有不同平面內(nèi)變形性能的幕墻。

幕墻自身其結(jié)構(gòu)上采用的各種位移、伸縮、變位能力的處理措施 （如幕墻立柱層間伸縮縫、立柱與橫粱間伸縮縫、板塊間縫隙控制填膠、玻璃的結(jié)構(gòu)膠粘接、玻璃卡槽內(nèi)間隙控制、膠墊軟接觸等等），使得幕墻構(gòu)件不承擔(dān)因地震使建筑主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變位而對(duì)它產(chǎn)生荷載 （各種彎曲、拉伸、擠壓等應(yīng)力），從而保持了幕墻自身結(jié)構(gòu)的完整和安全以及作為建筑外墻圍護(hù)可靠功能。

1.不同幕墻體系的構(gòu)造要求

（1）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。這樣就需要對(duì)鋁合金玻璃幕墻和幕墻所依附的建筑物兩個(gè)方面都提出具體設(shè)防要求，即當(dāng)鋁合金玻璃幕墻所依附的建筑物遭受低于本地區(qū)設(shè)防烈度的多遇地震影響時(shí)，普通型幕墻與幕墻平面平行和垂直兩個(gè)方向的主框架及隱框幕墻與幕墻平面垂直方向的主框架樓層內(nèi)最大彈性層間位移角控制值可按下表的規(guī)定執(zhí)行。

注：1）表中彈性層間位移角=Δ/h，Δ為最大彈性層間位移量，h為層高。

2）線性插值系指建筑高度在150m～250m間，層間位移角取1/800（1/1000）與1/500線性插值。

在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)薄弱層應(yīng)進(jìn)行彈塑變形驗(yàn)算。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，幕墻的抗震能力指標(biāo)值應(yīng)不小于主體結(jié)構(gòu)彈性層間位移角控制值的3倍。特別要注意的是建筑結(jié)構(gòu)為多、高層鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，幕墻的抗震能力是非鋼結(jié)構(gòu)建筑幕墻的2倍以上，以適應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的柔性變動(dòng)能力。

（2）明框、半隱框幕墻的玻璃邊緣至邊框槽底的間隙必須采用彈性材料填塞。

隱框、半隱框幕墻板塊間膠縫寬度應(yīng)適當(dāng)控制，應(yīng)不小于12mm，并以彈性材料填塞，即內(nèi)填泡沫棒外注硅酮耐候密封膠。

（3）石材幕墻，石材面板一般采用插件和掛件連接，為防止插件 （掛勾）從插槽 （掛槽）中脫出，GB/T21086《建筑幕墻》中石材面板掛裝系統(tǒng)安裝允許偏差對(duì)掛勾與掛槽搭接深度偏差、插件與插槽搭接深度偏差作了規(guī)定。

對(duì)于普通短槽掛件石材幕墻合理地使用掛件槽彈性類填膠，可實(shí)現(xiàn)良好的抗震性能。

對(duì)于背栓式石材 (采用雙切面背栓連接)具有良好抗震性能，但要嚴(yán)格控制孔徑偏差不超過0.5mm，且孔深要大于15mm。

（4）金屬幕墻，由于面板不屬于脆性材料，一般變形不會(huì)破壞。相對(duì)比玻璃幕墻有較好抗震性能。

（5）鋼結(jié)構(gòu)雨篷由于采用鋼龍骨，一般為獨(dú)立系統(tǒng)，計(jì)算單獨(dú)考慮地震作用，也具有較好的抗震能力。

（6）點(diǎn)支承玻璃幕墻，由于支承頭連接都能適應(yīng)玻璃面板在支承點(diǎn)處的轉(zhuǎn)動(dòng)變形；支承頭的鋼材與玻璃之間應(yīng)設(shè)置彈性材料的襯墊或襯套，襯墊和襯套的厚度不宜小于1mm，因此也具有較好抗震性能。

（7）全玻幕墻抗震性能較差，因此要求全玻璃幕墻的周邊收口槽壁與玻璃面板或玻璃肋的空隙均不宜小于8mm，而且板面不得與其他剛性材料直接接觸，板面與裝修面或結(jié)構(gòu)面的空隙不應(yīng)小于8mm，且應(yīng)采用密封膠密封。下端支承式全玻璃幕墻 (落地玻璃)易被主體結(jié)構(gòu)墻體變形擠壞，按規(guī)范要求玻璃高度超限的全玻幕墻應(yīng)懸掛在主體結(jié)構(gòu)上 (即吊掛玻璃)。

（8）單元式幕墻，一般為插接型，單元部件之間應(yīng)有一定的搭接長度，豎向搭接長度不應(yīng)小于10mm，橫向搭接長度不應(yīng)小于15mm。因此具有良好的抗震性能。

2.幕墻不同連接部位的構(gòu)造要求

（1）立柱與橫梁之間的連接

立柱與橫梁連接可通過角碼、螺釘或螺栓連接。角碼應(yīng)能承受橫粱的剪力，其厚度不應(yīng)小于3mm；角碼與立柱之間的連接螺釘或螺栓應(yīng)滿足抗剪和抗扭承載力要求。

立柱與橫梁之間應(yīng)有1～2mm的間隙，橫梁兩端應(yīng)涂密封膠或用柔性墊片隔離。

（2）立柱與立柱之間伸縮縫

上、下立柱之間應(yīng)留有不小于15mm的縫隙，閉口型材可采用長度不小于250mm的芯柱連接，套筒伸入鋁合金立柱內(nèi)不應(yīng)小于100mm；芯柱與立柱應(yīng)緊密配合，其配合間隙應(yīng)控制在0.5mm～1mm之間。芯柱與上柱或下柱之間應(yīng)采用機(jī)械連接方法加以固定。開口型材上柱與下柱之間可采用等強(qiáng)型材機(jī)械連接。

（3）與主體連接

幕墻主桿件一般采用懸掛形式，與主體必須連接牢固，一般采用螺栓連接。立柱與主體結(jié)構(gòu)之間每個(gè)受力連接部位的連接螺栓不應(yīng)少于2個(gè)，且連接螺栓直徑不宜小于10mm。加工鋁合金立柱與結(jié)構(gòu)連接的螺栓孔時(shí)，立柱孔直徑要比螺栓直徑大1mm。

立柱與連接件之間應(yīng)采用墊片隔離。鋁合金立柱與結(jié)構(gòu)連接角鋼之間必須采用彈性墊片 (如尼龍等)且墊片厚度≥2mm。

玻璃幕墻構(gòu)架與主體結(jié)構(gòu)采用后加固錨栓連接時(shí)，對(duì)于后補(bǔ)錨栓應(yīng)符合下列規(guī)定：

①產(chǎn)品應(yīng)有出廠合格證；②碳素鋼錨栓應(yīng)經(jīng)過防腐處理；③應(yīng)進(jìn)行承載力現(xiàn)場試驗(yàn)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行極限拉拔試驗(yàn)；④每個(gè)連接點(diǎn)不應(yīng)少于2個(gè)錨栓；⑤錨栓直徑應(yīng)通過承載力計(jì)算確定，并不應(yīng)小于10MM；⑥不宜在與化學(xué)錨栓接觸的連接件上進(jìn)行焊接操作；⑦錨栓承載力設(shè)計(jì)值不應(yīng)大于其極限承載力的50%。

另外，后補(bǔ)錨栓采用后切式膨脹螺栓，抗震性能也較好。

（4）變形縫處理

地震時(shí)建筑物主框架變形縫處主框架變位是必然的 （主框架變形縫大小由主體結(jié)構(gòu)決定），對(duì)于幕墻要正確處理主框架變形縫部位幕墻的構(gòu)造。在建筑物主框架變形縫處的幕墻采用可伸縮構(gòu)造（如采用風(fēng)琴板構(gòu)造等），使變形縫處兩側(cè)面板分屬不同兩個(gè)獨(dú)立的單元。

變形縫抗震作用大，門窗幕墻應(yīng)重視變形縫節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。按照建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求，設(shè)計(jì)變形縫時(shí)起碼龍骨間的距離要和土建變形縫大小一致，滿足第三水準(zhǔn)要求；易擠壓破碎掉落的面板間距離可以根據(jù)第二水準(zhǔn)計(jì)算確定；中間過渡材料可采用彈性材料 (比如橡膠)或采用較薄的金屬板材，最好可以水平滑動(dòng)。

3.幕墻龍骨系統(tǒng)對(duì)抗震性能的影響

一般鋼結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)抗震性能較好。

二、結(jié)束語

面對(duì)近年頻發(fā)的地震災(zāi)害，建筑結(jié)構(gòu)安全越發(fā)引起高度重視，幕墻作為建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其安全性更不容忽視，我們一定要貫徹國家抗震規(guī)范，做好幕墻抗震設(shè)計(jì)，確保其完整和安全的使用功能。

[1]《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011一2001(2008年版)

[2]《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》GB50223一2008

[3]《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ l02一2003）