玻璃幕墻結(jié)構(gòu)性安全評審要點

葉早明（上海美特幕墻有限公司， 上海 201700）

2012 年 2 月 1 日起施行的《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》（市府令第 77 號）明確了禁止采用玻璃幕墻的范圍、采用夾膠安全玻璃范圍、玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性論證和光反射環(huán)境影響論證。隨后，《上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通委員會關(guān)于實施建筑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性論證的通知》（滬建交〔2012〕100 號）進一步貫徹落實市政府 77 號令，實施建筑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性論證。建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范 DJG 08-56—2012《上海市建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)程》也于同年出版發(fā)行，作為玻璃幕墻安評主要依據(jù)。

本文從幕墻設(shè)計角度分享建筑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性論證中專家們關(guān)注的要點。其也是玻璃幕墻設(shè)計時應(yīng)考慮的安全方面的幾個要點。

1 常規(guī)幕墻系統(tǒng)

1.1 玻璃面板

玻璃作為一種建筑材料，有其自身特性和物理性能。建筑幕墻選擇玻璃此材質(zhì)定有很多因素，如通透、采光、美觀等。玻璃幕墻設(shè)計時玻璃材料的缺點才是關(guān)注重點，如脆性、易碎、概率自爆等。設(shè)計中如何避免玻璃碎裂灑落傷人是安全采用玻璃的核心問題。主要從以下幾個方面考慮。

（1）禁止采用全隱框玻璃幕墻系統(tǒng)。全隱框系統(tǒng)整個玻璃面板由結(jié)構(gòu)膠承受風荷載，結(jié)構(gòu)膠失效會導致玻璃面板脫落。禁止全隱框系統(tǒng)建議采用半隱框或者全明框系統(tǒng)，玻璃面板與龍骨有效機械連接，防止玻璃整塊脫落。

（2）要求采用夾膠安全玻璃。夾膠玻璃最大的特點就是玻璃即使碎了也不灑落，不僅提升了玻璃強度還大幅提高了安全性。

（3）控制玻璃最大允許使用面積，例如鋼化玻璃控制在 4.5 m2以內(nèi)，夾層玻璃控制在 9.0 m2以內(nèi)等一些控制玻璃尺寸的規(guī)范條文要求。

（4）對玻璃生產(chǎn)加工工藝的一些要求，如對玻璃原片進行均質(zhì)處理減少自爆率，采用超白玻璃原片減少自爆率等。不同種類玻璃的安全性能如表1 所示。

表1 不同種類的玻璃及其安全性能表

（5）要引起注意的是建筑玻璃幕墻中的消防救援窗。應(yīng)急擊碎玻璃需要消防救援人員能擊碎入戶救援，所以規(guī)范對其有特別要求。玻璃采用 ≤ 8 mm 鋼化玻璃，凈寬凈高 ≥ 1 m，最大面積 ≤3 m2。所以，立面采用較大玻璃面板的需在救援窗位置增加分格來滿足規(guī)范要求。

1.2 幕墻防火

幕墻防火封堵要求嚴格，是專家安全評審和審圖單位審圖必審核的重點內(nèi)容之一，主要有以下幾點。

（1）DG/TJ 08-56—2019《建筑幕墻工程技術(shù)標準》對層間防火封堵明確了上下 2 道厚度 ≥ 200 mm，對幕墻構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)間隙尺寸較大的防火封堵應(yīng)設(shè)置支承加固措施，確保防火封堵滿足耐火時限要求。

（2）GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018年版）黑體字條文要求室內(nèi)設(shè)置有自動噴水滅火系統(tǒng)時邊梁實體墻高度 ≥ 800 mm。幕墻設(shè)計應(yīng)確保主體建筑設(shè)計單位圖紙邊梁滿足 800 mm 高度要求，才能通過后續(xù)安評審圖。

（3） 建筑防火分區(qū)對幕墻設(shè)計影響，有的建筑一個平面樓層內(nèi)非一個防火分區(qū)，有的樓層涉及挑空層等。此類情況下玻璃幕墻可能就涉及跨越防火分區(qū)，幕墻跨越防火分區(qū)應(yīng)根據(jù)建筑要求，若為乙級防火窗，應(yīng)采用特殊防火隔熱玻璃幕墻系統(tǒng)。也可以讓建筑設(shè)置防火實體墻或卷簾等，幕墻只做封堵，需要根據(jù)情況溝通解決。

1.3 玻璃雨棚

雨棚一般都為懸挑構(gòu)件，且雨棚都在建筑的主出入口位置，其重要性不言而喻，主要有以下幾點需要注意。

（1）玻璃雨棚支承結(jié)構(gòu)體系安全可靠。一般懸挑雨棚的龍骨都為碳鋼，碳鋼處在室外環(huán)境中，表面應(yīng)做氟碳噴涂防腐處理。懸挑尺寸 ＞ 4.2 m 的雨棚需設(shè)置拉桿或壓桿。無拉桿或壓桿雨棚生根在幕墻預(yù)埋件上的懸挑 ≤ 2.8 m，生根在后置埋件上懸挑 ≤ 1.5 m，生根在幕墻鋼結(jié)構(gòu)上懸挑長度 ≤ 2.0 m，生根在鋁合金龍骨上懸挑長度 ≤ 1.2 m。另外，支承結(jié)構(gòu)需根據(jù)情況設(shè)置水平橫桿等構(gòu)造措施保證其整體穩(wěn)定性。

（2）與主體結(jié)構(gòu)連接部位應(yīng)構(gòu)造合理，一般根部連接均為現(xiàn)場角焊縫。考慮到懸挑構(gòu)件根部應(yīng)力較大，且施工現(xiàn)場焊接質(zhì)量局限于現(xiàn)場施工條件等，所以在根部連接設(shè)計時除了對連接焊縫進行理論計算復(fù)核外，還應(yīng)該采用構(gòu)造加強措施，設(shè)置耳板增加焊縫長度，加強連接。

（3）玻璃面板尺寸及其連接符合規(guī)范要求，單塊玻璃板塊面積 ≤3 m2，單邊邊長 ≤ 2 m。采用點式玻璃雨棚需注意玻璃邊緣懸挑長度 ≤ 150 mm，玻璃 PVB （Polyvinyl Butyral, 聚乙烯醇縮丁醛）膠片外露防護處理。采用全隱框玻璃雨棚注意排水方向結(jié)構(gòu)膠承受剪力，應(yīng)設(shè)置承重托條。

2 幾種特殊情況

2.1 大跨度玻璃幕墻

一般建筑師會在首層大堂、主入口部位設(shè)計大挑空層，樓板挑空或者層高遠遠大于標準層高。建筑師構(gòu)思的是高端大氣的入口大堂，提升建筑檔次和格調(diào)。對于大跨度玻璃幕墻主要注意以下幾點。

（1）龍骨的布置及其受力體系應(yīng)清晰，龍骨截面尺寸應(yīng)符合受力及變形要求。一般入口位置涉及門廳、雨棚、店招等，其構(gòu)造較為復(fù)雜。因此，圖紙須清晰表述龍骨布置、傳力路徑等，整個骨架受力體系應(yīng)安全可靠，復(fù)雜構(gòu)架應(yīng)通過有限元軟件建模分析，復(fù)核其整體性力學性能。

（2）與主體結(jié)構(gòu)連接部位構(gòu)造設(shè)計與結(jié)構(gòu)計算校核，大跨度龍骨與主體結(jié)構(gòu)宜采用上部鉸接下部套芯連接。考慮層間位移以及加工、施工誤差等，龍骨與主體結(jié)構(gòu)之間縫隙應(yīng)滿足要求。轉(zhuǎn)接件、連接件、焊縫等應(yīng)經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算校核，連接應(yīng)構(gòu)造加強。

（3）玻璃面板及其連接對變形的適應(yīng)。對于大跨度玻璃幕墻，其變形相對較大，應(yīng)復(fù)核玻璃面板縫隙對變形適應(yīng)性能，防止玻璃在變形較大的情況下硬碰硬。

2.2 出屋面懸挑支承玻璃幕墻

很多項目屋頂部位，沒有主體結(jié)構(gòu)梁、柱、樓板，幕墻需要完成獨立支承體系。如外立面幕墻標高 100 m，主體結(jié)構(gòu)最大標高 96 m，這 4 m 懸挑就需要幕墻單位完成獨立支承體系。原則上建議主體建筑設(shè)計單位設(shè)計樓板、梁、柱等提供支承構(gòu)件，減少幕墻懸挑尺寸。實際項目情況多種多樣，遇到這樣懸挑較大出屋面幕墻需注意以下幾點。

（1） 根據(jù)懸挑高度不同選擇不同支承體系。≤ 2.5 m 可采用單柱形式，2.5～4.5 m 采用單柱加支撐形式，＞ 4.5 m 采用桁架形式。

（2）出屋面幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計算校核時，體型系數(shù)正負風壓取值應(yīng) ≥ 2.0，懸挑鋼架應(yīng)復(fù)核幕墻系統(tǒng)對支承結(jié)構(gòu)變形適應(yīng)性。

3 其他需要關(guān)注的點

3.1 采光頂

采光頂一般涉及大跨度鋼結(jié)構(gòu)支承體系，其主次梁布置以及與主體結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)安全可靠合理。注意雨水導排，防止積水引起的局部荷載發(fā)生變化，影響結(jié)構(gòu)安全。單塊玻璃板塊面積 ≤ 3 m2，單邊邊長 ≤ 2 m ，與雨棚要求一致。

3.2 幕墻開啟窗

幾乎所有的幕墻工程都涉及開啟窗，而很多設(shè)計圖紙中往往不太重視開啟窗深化設(shè)計。對于開啟窗，主要有以下幾個問題需要注意。

（1）建議使用上懸窗、內(nèi)開窗，禁止使用外平開窗。

（2）開啟窗窗的開啟面積 ≤ 1.8 m2，開啟距離 ≤ 30°，開啟距離 ≤ 300 mm。

（3）采用全隱框玻璃面板應(yīng)設(shè)置有效防脫落構(gòu)造，即使結(jié)構(gòu)膠失效的情況下此構(gòu)造措施也能有效支承玻璃面板不脫落。

（4）開啟窗玻璃承重托條設(shè)置和連接應(yīng)安全可靠，避免結(jié)構(gòu)膠受剪力（規(guī)范強制條文禁止結(jié)構(gòu)膠受到剪力）防止玻璃脫落。

（5）開啟窗五金配置應(yīng)完善。配置合理的五金件，包括合頁、滑撐、風撐、執(zhí)手、鎖點等，并須經(jīng)過結(jié)構(gòu)計算復(fù)核。

3.3 主體結(jié)構(gòu)形式與支座反力

主體結(jié)構(gòu)形式直接關(guān)系到幕墻設(shè)計方案，常見的主體結(jié)構(gòu)形式有框架混凝土、鋼框架、鋼框架核心筒結(jié)構(gòu)體系等。其中，最需要引起重視的是主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)的情況。當主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)時，根據(jù)主體設(shè)計單位提供主體層間位移變形數(shù)據(jù)，幕墻的平面內(nèi)變形等級可能達到 5 級，幕墻層間位移角 γ≥ 1/100。因為變形大，所以應(yīng)對幕墻系統(tǒng)縫隙尺寸、玻璃進槽深度、搭接長度等進行結(jié)構(gòu)計算復(fù)核，確認其適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形。

幕墻受力較大部位，其對主體結(jié)構(gòu)的支座反力應(yīng)提交主體建筑設(shè)計單位復(fù)核。主體建筑設(shè)計單位復(fù)核后為幕墻設(shè)計單位提供變形數(shù)據(jù)，幕墻設(shè)計單位再根據(jù)主體反饋提供的數(shù)據(jù)復(fù)核系統(tǒng)適應(yīng)性。尤其是索網(wǎng)幕墻、大跨度幕墻、大懸挑等受力較大、結(jié)構(gòu)形式特殊的部位，均應(yīng)提供支座反力給主體建筑設(shè)計單位復(fù)核確認，出具滿足要求的變形數(shù)據(jù)文件和計算過程文件，供安評專家組審核。

3.4 細部連接構(gòu)造

幕墻系統(tǒng)細部連接構(gòu)造設(shè)計常常有以下幾個問題易被忽視。

（1）自攻釘不能作為主要受力構(gòu)件連接構(gòu)件，應(yīng)采用機制螺釘，其連接部位型材壁厚應(yīng)不小于螺釘公稱直徑。

（2）室外鋁合金裝飾條尺寸較大時其連接應(yīng)加強，結(jié)構(gòu)計算應(yīng)計算其側(cè)向抗風性能，龍骨結(jié)構(gòu)計算時應(yīng)考慮裝飾條側(cè)向鳳荷載對其的不利影響。

（3） 室外鋁合金扣蓋、扣條應(yīng)采用機械連接，均要求打螺釘，保證其不會脫落。

（4）玻璃欄板根部連接，一般欄桿采用 10 mm 或者 12 mm 不銹鋼板作為其立柱。不銹鋼立柱根部與碳鋼預(yù)埋件建議采用鉸接的連接方式，不宜直接焊接。

（5）斷橋不能作為主要受力、傳力構(gòu)件，斷橋料作為熱工性能保證，幕墻系統(tǒng)必不可少。但其不能作為主要受力構(gòu)件，也不能作為主要傳力構(gòu)件，一般通過螺栓穿過斷橋連接，斷橋作為隔熱墊塊使用。

4 結(jié) 語

玻璃幕墻由眾多幕墻材料組合而成（玻璃、型材、鋼材、結(jié)構(gòu)膠等）。每一種材料都有其材料特性，有優(yōu)點、有缺點，只有了解材料性能，合理使用幕墻材料，規(guī)避其缺點，發(fā)揮其優(yōu)點，才能保證玻璃幕墻安全可靠。通過大量過往工程實踐、試驗，總結(jié)經(jīng)驗教訓，了解幕墻風險點、控制風險點、規(guī)避風險點，才能讓玻璃幕墻可持續(xù)發(fā)展下去。