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浅析建筑幕墙设计的一般原则

发表时间：2020/8/24 来源：《基层建设》2020年第10期作者：詹增国

[导读] 摘要：本文通过建筑幕墙设计的要点，论述了建筑幕墙设计的一般原则。

        金刚幕墙集团有限公司
        摘要：本文通过建筑幕墙设计的要点，论述了建筑幕墙设计的一般原则。
        关键词：：建筑幕墙幕墙设计规范
        1、设计的一般原则
        1.1 幕墙
        建筑幕墙是建筑外围护结构或装饰性结构，但它具有以下的特点：它由面板和支承结构体系组成，是完整的结构系统；它相对于主体结构有一定的位移能力；它只承受直接作用于其上的荷载和作用，不分担主体结构的荷载和作用。
        1.2 技术规范及其应用
        工程技术规范是已有成熟经验的总结，而不是对未来技术发展的展望。规范制定的原则是列入成熟的技术，成熟一条写一条。尚在发展中的新技术、试用中的新技术暂不列入。待应用较广泛＼积累较可靠的经验、确有依据之后，再行列入。因此，规范并不限制新技术的应用，规范未列入的内容，只要是规范未禁止采用的，一般可以在工程中应用，在应用中总结经验，使它成熟起来。
        1.3 建筑幕墙的高度规范的适用范围不等于该项技术的适应范围。由于规范是成熟技术的总结，只能是归纳总结量大面广、使用较多、技术成熟的经验，所以规范中有“本规范适用于……”的适用范围的规定。在规范适用范围内的工程，可以采用规范的相应规定进行设计、施工而无需其它专门的措施。反之，超出了适用范围时，除应遵守规范中的有关规定外，尚应采取其它更有效的技术措施，保证幕墙的结构安全和建筑功能满足要求。
        2、幕墙建筑设计
        2.1 幕墙的换气和通风在幕墙建筑设计中，过去强调以人工换气、通风为主，不主张开启或尽量少设开启扇，以降低能耗，防止启扇破损，也使立面较为美观。
        采用双层通风幕墙时，室内可以从热通道取得新风，外幕墙有进风口进风，可不必设开启扇，从而在保证自然通风的同时，使幕墙保持美观和安全。
        2.2 防火防烟设计
        （1）防火玻璃在幕墙中的应用，幕墙采用的防火玻璃应为单片防火玻璃及其制品（如中空玻璃），目前采用单片铯钾玻璃为多。防火玻璃可以在下列情况下采用：
        1）防火墙两侧的玻璃面板；
        2）楼层间水平隔烟层；日前采用单片铯钾玻璃为多。
        3）楼层结构高度小于800mm，未设实体窗下墙时，楼板上（下）的面板；
        4）楼层中的透明防火隔断（透明防火墙）。
        支承防火玻璃的金属骨架应采用钢结构。防火试验表明，铝型材在高温下迅速熔化，会使玻璃失去支承而坍落，使防火墙、防火带失效；而钢型材可以维持相当长的时间不会软化；工程实践中尽量避免采用防火玻璃，应说服建筑师尽可能采用防火墙等措施进行防火隔断。
        （2）双层通风幕墙的防火问题双层通风幕墙通过热通道中的气流调节热通道的温度，减少室内温度与外界的温差，达到节能的要求，宜采用多层风道的通风方式。但目前国内消防规范要求层间设置封闭隔烟层，因此热通道只能是一个层高。
        2.3 双层通风幕墙的选用双层通风幕墙可节能40％～60％，降噪可达35～40dB，表现了良好的建筑性能。全国会计师培训中心北京基地实测结果：其K值可达1.0（冬天）和1.1（夏天），降噪可达37dB，均提高性能等级l一2级。
        但是，双层通风幕墙造价高，技术复杂，占用建筑面积3％一5％，增大投资；外幕墙还降低了房间私密性和增大相互干扰。因此，双层通风幕墙应经过经济技术比较后，选择应用。
        3、荷载和地震作用
        3.1 风荷载计算
        1）风荷载计算应按GB50009—2012进行。采用50年一遇的基本风压。体型复杂、高度超过200m的幕墙，宜进行风洞试验。
        2）采光顶的体型系数可参照荷载规范采用，形状复杂、周围有高大建筑的采光顶，宜进行风洞试验确定其体型系数。
        3）荷载规范没有明确列出水平采光顶、雨棚应考虑正风压。
        4）双层幕墙的风荷载问题相当复杂，还没有明确的定论。建议外幕墙按荷载规范计算，内幕墙的风荷载可按外幕墙的风荷载适当折减。
        3.2 地震作用按修订后的抗震规范，作用于幕墙平面垂直方向的地震作用扩大系数取为5.00除石材幕墙外，地震作用力一般较小，不起主要作用。地震作用参与组合时，组合值系数取为0.5.采光顶、大面积雨棚宜考虑竖向地震作用，8度抗震设计时，竖向地震力可按恒载加活载的10％考虑（上、下两个方向）。
        3.3 振动台试验虽然幕墙上作用的地震力较小，不起主要控制作用，但是地震是动力作用，对幕墙的节点和连结构造形成大的冲击，甚至损坏、失效。对节点和连接构造的可靠性，可以通过振动台试验予以验证。
        3.4 直接吹风试验采用飞机螺旋桨对幕墙进行直接吹风试验（飞机头试验）在国内已经进行。
        4、结构设计的一般问题
        4.1 幕墙设计的一般要求，目前建筑幕墙类型繁多，构造型式多变，无法对其连接构造作出太具体的规定。因此在设计原则上要求建筑幕墙应有足够的承载力、刚度、稳定性和相对于主体结构的位移能力。
        4.2 钢铝型材的混合使用在跨度较大情况下，采用钢型材与铝型材混合构件在原则上是允许的，但在实际操作上存在一些难点：
        1）为保证两者共同受力，必须保证两者受力后变形（挠度）相同，这就要求钢型材紧密插入铝型材中，或者两者用密排螺栓、铆钉连接，两种方法在施工时都较困难。
        2）型钢与铝型材之间电化学绝缘困难。
        因此，更方便的方法是采用钢型材，外包装饰铝板。
        3）结构的稳定性问题现在幕墙支承的跨度越来越大，受压和受弯构件的稳定性问题逐渐突出，考虑不周就容易产生稳定性破坏，这种破坏很突出，危险性很大。
        全玻幕墙的玻璃肋很薄，在风力作用下容易产生受弯梁的平外屈曲。曾有一个工程玻璃肋高16m，自由边缘全无平面外支承，存在安全隐患。因此，8m以上的玻璃肋应考虑稳定性问题，必要时采取防止平面外失稳的措施。
        5、框支承玻璃幕墙
        5.1 玻璃面板计算弹性薄板应力和挠度计算公式只有在玻璃板挠度不大于板厚的—半时才是正确的。在玻璃实用范围内，挠度远大于板厚之半，计算出的应力与挠度偏大，不能正确反映实际情况，因此要采用折减系数n予以调整。
        5.2 横梁和立柱的最小厚度横梁和立柱截面的受力部分（参加计算的部分），截面最小厚度应考虑下面的因素1…）宽厚比的限制；
        5.3 挠度的限值四边支承的玻璃面板：短边的l／60；铝型利：跨度的l／180；钢型利：跨度的l／250，具体详见下表；在实际工程中跨度较大的横梁和立柱，应合理选取挠度的控制值。

        结束语：
        任何事物都有它的发展规律，建筑幕墙也不例外，只要我们掌握了它的原则规律，那么设计起建筑幕墙时就会得心应手，并创造出佳作。
        参考文献：
        ［1］《建筑结构荷载规范》（GB 5009-2012）中国建筑工业出版社，2012.
        ［2］《建筑幕墙》（GB/T 21086-2007）中国标准出版社，2007.