建筑幕墻設計和施工中存在的常見問題探討

張曉波 （合肥市建筑工程施工圖審查中心，安徽 合肥 230000）

0 前言

幕墻是現代建筑常用的外維護結構和裝飾結構。我國建筑幕墻從1978年開始起步，進入21世紀初，中國已經發展為世界第一幕墻生產大國和使用大國[1]。近年來，建筑幕墻繼續迅猛發展，合肥地區大量建筑物使用了玻璃幕墻、石材幕墻、金屬及人造板材幕墻。幕墻形式已經涵蓋構件式、單元式、點支撐、全玻璃以及雙層幕墻。目前，合肥市正在安裝世界使用高度最大的索結構幕墻。及時總結幕墻設計、施工、施工圖審查工作中的經驗，探討存在的問題，提出解決問題的方案具有重要的現實意義。

1 建筑幕墻對鋁合金材料的規定

建筑幕墻的支承結構主要使用鋼材、鋁合金、不銹鋼等材料，其中鋁合金材料屬于幕墻特有的材料種類。民用建筑設計、施工、審圖人員對鋁合金材料性能熟悉程度不夠，有必要詳細闡述。

1.1 鋁合金材料必須是鍛造鋁合金，不允許使用鋁合金鑄造件

國家標準《鋁合金結構設計規范》（GB50429）中明確規定：“用于承重結構的鋁合金應采用軋制板、冷軋帶、拉制管、擠壓管、擠壓型材、棒材等鍛造鋁合金”。就是結構用鋁合金材料必須是經過“軋、拉、擠、壓”等鍛造工藝處理后的鋁合金。因為鍛造鋁合金不僅強度較高，還有一定的延伸率，而鑄造鋁合金是脆性材料，抗拉強度低、延性很差，所以鑄造鋁合金不能作為結構件材料使用。

1.2 鋁合金材料應同時注明牌號和狀態號

和鋼材不同，鋁合金材料有牌號和狀態號2個參數，必須同時注明。鋁合金牌號的第一位表示鋁的主要合金元素。例如6xxx，表示以鎂和硅為主要合金元素的鋁合金；3xxx表示以錳為主要合金元素；5xxx表示以鎂為主要合金元素。不同牌號的鋁合金強度差異很大。

狀態號表示鋁合金加工的狀態。常用的T狀態具體含義如下：T4固溶熱處理+自然時效；T5高溫成型+人工時效；T6固溶熱處理+人工時效。通過表1可見，同一牌號、不同狀態號的鋁合金強度也不相同，因此設計、施工文件必須注明鋁合金的牌號和狀態號。實際幕墻工程中就出現過設計方選用6063-T6鋁合金，施工方采用6063-T5的情況，導致幕墻尚未竣工就需要加固處理。

幕墻常用鋁合金的力學性能 表1

2 鋼化玻璃自爆是鋼化玻璃的固有特性

幕墻鋼化玻璃自爆后，玻璃渣墜落傷人的情況時有發生，社會影響很大。某些工程師誤認為采用均質鋼化玻璃、超白玻璃可以完全避免鋼化玻璃自爆發生，這是誤解。

均質鋼化玻璃、超白玻璃只能大大減少玻璃的自爆率。玻璃自爆的原因是玻璃中含有微小的硫化鎳晶體結核，硫化鎳晶體分為高溫下穩定的高密度α相和室溫下穩定的低密度β相。玻璃鋼化過程中的高溫將硫化鎳晶體轉化成高溫穩定的高密度的α相，由于鋼化后玻璃冷卻很快，導致硫化鎳晶體α相沒有足夠的時間都轉化為室溫下穩定的低密度β相。在玻璃鋼化冷卻后的使用過程中，硫化鎳晶體隨著時間的推移會發生晶態變化，即由高溫穩定α相晶體無預兆轉化為室溫穩定的β相晶體。此時，由于硫化鎳晶體的密度減小，其體積膨脹4%，膨脹應力可以使玻璃破裂，且破裂時間無法預測，可能發生在鋼化玻璃生產出來幾個月或幾十年后[1]。為了減少這種自爆，宜對鋼化玻璃進行二次熱處理，通常稱為引爆處理或均質處理。但是，由于硫化鎳存在于玻璃原料中，目前無法完全清除，因此處理后的玻璃只能降低自爆率，不能完全避免玻璃自爆。避免玻璃自爆碎裂后脫落傷人的常用方法是對鋼化玻璃采用夾膠、貼膜等方法處理，可以做到玻璃碎而不落，避免安全事故的發生。

3 玻璃幕墻鋁型材與螺釘之間有匹配要求

隱框、半隱框玻璃幕墻的面板玻璃與鋁合金副框在工廠完成粘接后，需要用螺釘將副框連同玻璃一起固定到立柱和橫梁上。螺釘與鋁合金立柱及鋁合金橫梁之間有匹配要求，設計單位經常忽視?！恫Ａ粔こ碳夹g規范》（JGJ102）以強制性條文的形式規定：“…型材孔壁與螺釘之間直接采用螺紋受力連接時，其局部截面厚度不應小于螺釘的公稱直徑”。這是為了保證受力螺紋連接的可靠性。因為連接螺釘過粗時，單個螺釘受力大，容易引起螺釘拉脫破壞。正確的做法應該是控制螺釘直徑與鋁合金龍骨的厚度相匹配，減小螺釘間距。就是通過增加緊固螺釘的數量來保證連接的可靠性。

4 云石膠只能用于石材幕墻的臨時固定

石材幕墻石板與掛件的連接十分重要，直接關系到幕墻安全。另外，為防止掛件與面板之間剛性接觸而造成面板損壞，防止面板滑移，掛槽和掛件之間的空隙也要灌注具有一定的彈性且模量較高的結構膠粘劑固定。在實際工程中，由于云石膠凝固快，能在低溫下施工，價格低廉，有些石材幕墻被發現采用云石膠粘接。由于云石膠是一種不飽和聚酯類膠粘劑，而不飽和聚酯結構中存在過多的親水性較強的酯鍵，在潮濕的環境中樹脂會逐步水解，導致云石膠粘結強度急劇下降，甚至完全喪失，引起石板脫落。所以云石膠只能用于石板的快速定位，石材與掛件之間的粘接必須使用石材專用環氧樹脂結構膠。圖1是某工程石板脫落的現場圖片，可見云石膠與石材之間粘接破壞，石板已經脫落。

圖1

5 玻璃幕墻的室內防護

當前，建筑外立面整體設置玻璃幕墻的建筑物越來越多。由于外側有玻璃幕墻圍護，樓層是否需要另行設置防護欄桿是很受業主和設計單位關注的問題。相關規范有下列規定。

①《住宅設計規范》（GB50096-2011）5.8.1強制條文規定：“窗外沒有陽臺或平臺的外窗，窗臺距樓面、地面的凈高低于0.90m時，應設置防護設施?！?/p>

②《民用建筑設計通則》（GB50352-2005）6.10.3條注2：“低窗臺、凸窗等下部有上人站立的寬窗臺面時，貼窗護欄或固定窗的防護高度應從窗臺面起計算?！眹鴺藞D集《民用建筑設計通則》圖示06SJ813 6～30頁也與上述意見一致。

③按照《全國民用建筑工程設計技術措施 規劃·建筑·景觀》10.5.2條，“低于規定窗臺高度h的窗臺（以下簡稱低窗臺），應采取防護措施（如：采用護欄或在窗下部設置相當于欄桿高度的防護固定窗，且在防護高度設置橫檔窗框），其防護高度h應滿足本節第10.5.1條的規定，…”。

所以，外側是玻璃幕墻的建筑物，樓層內應有防護措施。防護措施的具體做法，按照《全國民用建筑工程設計技術措施 規劃·建筑·景觀》的說法是采用護欄或在窗下部設置相當于欄桿高度的防護固定窗，且在防護高度設置橫檔窗框。因此，具體防護形式可以由設計單位按相關規范和各地方的具體要求確定。如果采用防護固定窗，橫檔窗框應滿足陽臺欄桿的要求，其強度計算應與風荷載疊加計算。上海市《建筑幕墻工程技術規范》（DBJ08-56-2012）4.3.5有一些具體規定，具有一定的參考價值。同時，幕墻玻璃應設置醒目警示標志，幕墻內片玻璃應采用鋼化夾膠安全玻璃，并滿足《建筑玻璃應用技術規程》（JGJ113-2015）的要求。兼做防護的玻璃幕墻在施工完畢后應抽樣做靜載和撞擊試驗。撞擊實驗可以參照《建筑幕墻》（GB/T21068-2007）附錄F進行。耐撞擊性能按照《建筑幕墻》（GB/T21068-2007）第5.1.7.1條應由設計單位確定。

6 幕墻的日常保養和維護

建筑幕墻不是永久圍護結構，幕墻的安全使用有賴于及時的檢查維護。業主和施工單位對幕墻日常檢查維護重視不夠，是幕墻出現脫落等安全事故的重要原因。

《玻璃幕墻工程技術規范》和《金屬與石材幕墻工程技術規范》都用專門的章節對幕墻的保養和維修做了規定。例如《玻璃幕墻工程技術規范》規定：幕墻工程竣工驗收后一年時，應對幕墻工程進行一次全面檢查，此后每5年應檢查1次；幕墻使用10年后應對該工程不同部位的結構硅酮密封膠進行粘接性能抽樣檢查，此后每3年宜檢查1次；幕墻遇強風襲擊后，應及時全面檢查等。同時還規定：幕墻工程承包商在幕墻交付使用前應為業主培訓幕墻維修、維護人員。

因此，幕墻承包單位應切實履行規范規定的義務，規避法律風險。建議相關管理部門鼓勵業主委托專業幕墻單位對幕墻工程開展日常檢查、維護工作。

[1]張芹.幕墻工程百問[M].北京：中國建筑工業出版社，2010（1）.

[2]JGJ102-2003，玻璃幕墻工程技術規范[S].

[3]JGJ33-2001，金屬與石材幕墻工程技術規范[S].

[4]DGJ08-56-2012，建筑幕墻工程技術規范[S].

[5]GB50429-2007，鋁合金結構設計規范[S].