幕墙预埋件设计

1、建筑幕墙埋件2012年7月30日前言前言 建筑幕墙依据不同的面板材料分为玻璃幕墙、金属幕墙和石材幕墙三大类，无论哪类幕墙，其承载结构体系与建筑主体结构的连接，通常都是通过预埋件或后加锚固件来实现的。幕墙除了承受自重荷载外，还要承受风力、地震等荷载的影响，因此预埋件与建筑主体结构的连接是否可靠耐久，直接关系到幕墙的结构安全与使用寿命。 预埋件或补埋件预埋件或补埋件 面板面板 主体结构主体结构 连接件连接件立柱立柱 横梁横梁一、埋设件的分类及构成一、埋设件的分类及构成 埋设件按其形成时序分为预埋件和后置埋件，其中预埋件分为爪式埋件和槽型埋件。 1.1预埋件 预埋件是预先安置(埋藏)在结构内的构件.

2、即在结构浇注时留设在结构中的由钢板和锚固筋的构件。 1.1.1 普通爪式埋件 锚筋,锚板通过焊接而成锚筋可制成直形,弯形,弯钩型。 1.1.2 埋板带预留槽式埋件 此种埋件在普通爪式预埋件基础上增加了预留槽，连接起来非常方便，及时在埋件位置误差较大的情况下，也可像普通埋件一样焊接处理，灵活性较大。 1.1.3 爪形埋件 (AF为几种常见类型，如图所示)。 1.1.4 槽型埋件 金属槽可由钢板折弯,铸件,锻件制成。锚筋与金属槽可制成一体,或焊接而成。这种形式的预埋件具有体积小施工方便的优点，目前已经国产化，且已形成系列。施工中常用到槽型埋件长度为300mm，锚筋长度为100mm或60mm。 槽型

3、埋件与平板预埋件的优缺点对比 槽型埋件为幕墙施工中常用的一种形式，由于其与平板式预埋件相比有较多的优点，因此槽型预埋件在幕墙工程中的应用逐渐增多。（一）槽型预埋件与平板预埋件比较的优点1、从生产加工角度比较 槽型预埋件加工工艺简单，质量检验方便，一般加工一个槽型预埋件的功效是加工一个平板预埋件功效的3倍。2、从经济性角度比较 槽型预埋件价格便宜，节省工程造价。一个槽式埋件的重量约为2公斤左右，外加两个T型螺栓，一套槽型埋件的价格大概为25元左右。而一个平板埋件的重量大约为6公斤左右，价格约为60元左右，槽型埋件的价格约为平板埋件的一半以上。 3.从施工的难易角度比较 槽型埋件体积小，施工非常方

4、便。槽型预埋件的锚筋只有一排，而且槽型预埋件的槽钢体积较小，不容易与主体结构的钢筋发生干涉，施工周期短，大大提高施工进度。而平板预埋件所占的体积大，锚筋一般为两排两列布置，非常容易与主体结构的主筋发生干涉，由于施工工人不是非常清楚主筋的重要性，偶尔为了埋设平板预埋件而把主体结构的主筋锯断，这样就会对建筑埋下安全隐患。另外，由于槽型预埋件的体积小，当主体结构为一较薄的板式结构时，只能采用槽型预埋件而不能采用平板式预埋件。 4.从是否方便幕墙龙骨的安装角度比较 槽型预埋件与幕墙龙骨的转接件采用T型螺栓连接，现场不需要焊接，安装非常方便。槽型预埋件是通过在其槽口内能够自由水平滑动的T型螺栓与幕墙龙骨

5、转接件相连接，转接件与T型螺栓连接处在竖直方向上开长型孔，转接件与幕墙龙骨连接处在垂直于幕墙面方向上开长型孔，这样就实现了幕墙龙骨安装的三维调整，安装十分方便。如图所示。平板预埋件也能实现三维调整，但是调整完之后需要焊接来固定，一方面给现场施工增加了难度，另一方面也增大了发生火灾的可能性。 （二）槽型预埋件与平板预埋件相比的缺点 槽型预埋件与平板预埋件相比，最为明显的缺点就是槽型预埋件的承载能力要比平板预埋件小很多，槽型预埋件的抗拉承载力设计值为32KN，抗剪承载力设计值为23KN，而平板预埋件的抗拉承载力设计值为140KN，抗剪承载力设计值为55KN左右，因此，当幕墙的跨度较大时，或者幕墙面

6、离结构面较远时，槽式预埋件就不合适了，只能选择平板预埋件。 1.2 后补埋件 后补埋件即平板埋件，通过普通膨胀螺栓、化学锚栓或穿透螺栓（双头螺柱）以及焊接封闭钢板等方式实现埋件的固定。 1.2.1 后补埋件的几种施工方法 普通膨胀螺栓固定 化学锚栓固定 穿透螺栓（双头螺柱）固定 包箍钢板焊接（通常用于柱或梁） 后补做土建结构同时埋设预埋式埋件。 以上几种形式的复合形式。 1.3 埋件的埋设方式 埋件按其在主体结构上的位置划分，可分为上埋式、侧埋式和下埋式，其中下埋式受力较为不利，应谨慎使用。 后补式埋件只能通过膨胀螺栓和化学锚栓和主体结构进行连接。由于后补式埋件的安装质量受现场施工的条件和人员

7、的影响非常大，不容易控制，经常达不到设计指标，尤其是国家已明文规定受拉部位不允许使用膨胀螺栓，所以尽量不采用后补式埋件。膨胀螺栓化学锚栓二、埋件设计二、埋件设计1.埋件与主体的连接强度直接决定了整个幕墙的安全，必须严格控制。在埋件设计时应注意以下几点：(1).预埋式埋件锚筋与埋板的尺寸和位置在设 计时应严格依据玻璃幕墙工程规范 (JGJ102-2003)及混凝土结构设计规范 (GB50010-2002)进行设计。 (2).注意锚筋的长度不要超过结构尺寸（如梁厚 度），避免锚筋露出结构外。 (3). 爪形埋件中A、B两型锚筋宜采用螺纹钢。C、D 型的锚筋在设计时应考虑锚筋间的干涉及锚筋 在安装时

8、与结构配筋之间的干涉问题。E、F型 埋件适合于需要进行防雷的部位。(4).埋板的大小在设计时应考虑幕墙的结构形式的需 要。 2.重视埋件的技术要求 （1）预埋件技术要求是建设方必须重视的幕墙专项设计内容，根据其受力情况（拉、剪、弯）计算确定锚板规格、锚筋直径、长度以及焊缝厚度等，其中锚板的最小厚度和锚筋的间距，锚筋到锚板边缘距离，预埋件其承载力以及连接件与主体结构的锚固承载力必须通过计算或实物试验予以确认，符合规范要求，但是建设方常常对埋件专项设计不够重视，甚至忽略规范要求，草草的安排土建施工预埋，这种缺乏科学的设计以及盲目预埋，既造成大量预埋件报费，又增加了幕墙安全隐患。 （2）后置埋件技术

9、要求除考虑各类螺栓本身性能差异外，还要考虑基材性状、锚固连接的受力性质、被连接 结构的类型、胡无抗震设防要求等因素。膨胀型螺栓、扩孔型螺栓不得用于受拉和边缘受剪（边距C10hcf锚件有效锚固深度），拉剪复合受力的结构构件及生命线工程的非结构构件的后锚连接。化学植筋及螺杆，在满足锚固深度的化学植筋和螺杆可应用于抗震设防烈度不大于8级的受拉、边缘受剪、拉剪复合受力之的结构构件和非结构构件的后锚固连接等待。 3.埋设件的构造规定 旧规范JGJ102-96玻璃幕墙工程技术规范原样照搬GBJ10-89 混凝土结构设计规范。新规范JGJ102-2003关于预埋件设计较旧规范在适应幕墙行业荷载较小等特点方面

10、有一定改进，如取消了锚板厚度与锚筋中心距之比1/8的规定；以及受拉锚筋长度降低到15d等。这些还是不能满足在较小截面混凝土构件上设置埋设件的需要，工程上经常要面对监理按规范检查锚筋长度不符合规范规定的尴尬。据了解，幕墙行业至今还没有发生过因埋设件抗力不够而导致幕墙损坏事故，这说明现行埋设件是安全的，同时也在某种程度上反映埋设件是保守的，尚有继续改进的空间。 41锚筋截面积 新规范对锚筋最小截面积进行了规定，提供了锚筋最小截面积计算公式。根据本人经验，由于作用于一般幕墙埋设件上的荷载较小，按构造确定的锚筋截面积均能满足规范要求，故在一般情况下，无须进行锚筋截面积验算。 42埋设件的材质 规范规定

11、“预埋件的锚板宜采用Q235级钢。锚筋应采用HPB235，HRB335或HRB400级热轧钢筋，严禁采用冷加工钢筋。” 根据幕墙设计情况，作如下说明： （1）规范对锚板材质只要求采用Q235级钢，并未明确规定A，B，C类中的哪一类。幕墙行业中流行一种就高不就底的倾向很不可取，只要能满足使用要求，越经济，越具有竞争力。 （2）锚筋可以采用常用的建筑钢筋之中的任意一种。采用HRB335级钢筋作锚筋最合适。HPB235钢筋为光面，端部必须做弯钩，制作和安装较变形钢筋难。而HRB400钢筋价格较贵，加工较难。 （3）钢筋按制作方式可分为热轧钢筋，热处理钢筋和冷拉钢筋。建筑工程大量使用的HPB235钢筋

12、和HRB335钢筋都是热轧钢筋。冷拉钢筋亦称冷加工钢筋，通过冷拉工序，提高了材料的屈服极限，增加了强度，缺点是降低了塑性，材质变脆，冷弯性能差，不适宜作冷弯材料，所以，规范规定锚筋严禁采用冷加工钢筋是正确的。热轧钢筋的冷加工，如冷弯，是允许的，并在施工中被大量应用。认为热轧钢筋不能进行冷加工，热轧钢筋锚筋不能弯折，是把“冷加工钢筋”与“钢筋冷加工”两种不同概念混淆了。 43锚筋的锚固长度规范所说的锚筋的锚固长度是指充分利用锚筋的抗拉强度时允许采用的最小构造长度。 （1） 当计算中充分利用锚筋的抗拉强度时，其锚固长度应按下式计算： 式中 光圆钢筋（如HPB235钢筋）：=0.16；带肋钢筋（如H

13、RB335钢筋）：=0.14。 钢筋设计强度：HPB235钢筋 =210N/mm ；HRB335钢筋 =300N/mm混凝土强度等级： C20 C25 C30 C35 C40 对应的混凝土抗拉强度 ( N/mm )： 1.10 1.27 1.43 1.57 1.71 d为钢筋直径 4.4锚板厚度锚板厚度应根据其受力情况通过计算确定。计算简图为点支平面板，锚筋支点之间的距离是确定板厚的主要因素，混凝土结构设计规范规定锚板厚度与锚筋中心距之比1/8的原因就在于此。根据幕墙特点，新规范没有采用这款规定，对锚板厚度限制较宽。当前设计锚板厚度较随意，有的锚板面积较大厚度较小，有的锚板面积较小厚度却较大。

14、我认为，一般情况下幕墙4锚筋埋设件，锚板边长250mm时，板厚8mm；250mm边长350mm时，板厚10mm；边长350mm时，板厚12mm为宜。 4.5锚筋锚板连接锚筋与锚板一般采用T型焊连接，当锚筋直径大于20mm时，宜采用穿孔塞焊，焊缝等级为三级。不同强度钢材连接时，采用强度较低钢材所适应的焊条。工程上，采用E43X（05）型焊条，焊缝高度 mm，可以满足一般幕墙埋件焊接要求。 4.6埋件的质量标准（1）预埋件的品种、类型、规格、尺寸、性能、板材的壁厚、表面处理应符合设计要求，且应有出厂合格证。（2）预埋件的焊接处理，必须检查钢筋钢板的品种是否符合设计要求及强制性标准规定， （3）预埋

15、件（平板、槽型）锚板采用Q235B级钢，锚筋采用HRB335或HRB400级（带肋）热轧钢筋。 （4）直锚筋与锚板采用T形焊，当锚筋直径小于20mm，采用压力弧焊；当锚筋直径大于20mm，采用穿孔塞焊；不允许把锚筋弯成L形与锚板焊接。 （5）当预埋件表面采用热浸镀锌防腐处理时，锌膜厚度应大于45微米。 （6）预埋件制作时，锚板、锚筋及锚筋与锚板面垂直度等允许偏差应按规范控制，其中锚筋长度不允许负偏差。三、建筑幕墙预埋件施工要求三、建筑幕墙预埋件施工要求 （一）标准JGJ1022003第5.5条款相关规定要求： 1主体结构或结构构件，应能够承受幕墙传递的荷载和作 用。连接件与主体结构的锚固承载力

16、设计值应大于连接 件本身的承载力设计值； 2玻璃幕墙立柱与主体混凝土结构应通过预埋件连接,预埋 件应在主体结构混凝土施工时埋入，预埋件位置准确；当 没有条件采用预埋件连接件时，应采用可靠的措施，并通 过试验确定其承载力。 3由锚板和对称配置的锚固钢筋所组成的受力预埋件，可 按照本规范附录C的规定进行设计。 4槽式预埋件的预埋钢板及其它连接措施，应按照现行国 家标准钢结构设计规范GB 50017的有关规定进行设 计，并通过试验确定其承载力。 5玻璃幕墙构架与主体结构采用后加锚栓连接时,应符合下 列规定：（1）产品应有合格证；（有钢材化学成分和力学性能试验 报告，有设计方法资料和出厂合格证）。（2

17、）碳素钢锚栓需进行防腐处理；（3）后加螺栓必须在现场进行单体拉拔试验和节点(群体)拉拔 试验，试验所加荷载应达荷载设计值的1.5倍而无明显滑 移，必要时应在检测单位进行极限拉拔试验。（4）每个连接点后加螺栓不得少于2个，螺栓间距和螺栓到构 件边缘的距离不应小于70mm，宜设计成螺栓受剪的节 点；（5）螺栓直径应通过承载力计算确定,并不得小于l0mm；（6）不宜在与化学锚栓接触的连接件上进行焊接操作；（7）锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。 6幕墙与砌体结构连接时,宜在连接部位的主体结构上增设 钢筋混凝土或钢结构梁、柱。相连接的主体结构混凝土强 度等级不宜低于C30。幕墙不应连接在砖

18、石砌体上，更不 得与轻质墙连接。 （二）后锚固件的施工要求（二）后锚固件的施工要求 后锚固件在建筑幕墙施工中广泛使用，特别在旧楼改建、扩建的幕墙工程大量，甚至全部使用后锚固件。幕墙工程中大量、甚至全部采用后锚固件，加上施工质量未能得到很好的控制，会给幕墙使用带来安全隐患。 对于后锚固件的施工要求在规范混凝土结构后锚固技术规程JGJ 1452004，有明确的规定。 1. 后锚固件有膨胀型螺栓、扩孔型螺栓、化学植筋及其它类型螺栓。 后锚固件使用时，除考虑各类螺栓本身性能差异外，尚要考虑基材性状、锚固连接的受力性质、被连接 结构的类型、胡无抗震设防要求等因素。 膨胀型螺栓、扩孔型螺栓不得用于受拉和边

19、缘受剪（边距C10hcf锚件有效锚固深度），拉剪复合受力的结构构件及生命线工程的非结构构件的后锚连接。（建筑非结构构件包括：围护外墙、隔墙、幕墙、吊顶、广告牌等） 化学植筋及螺杆，在满足锚固深度的化学植筋和螺杆可应用于抗震设防烈度不大于8级的受拉、边缘受剪、拉剪复合受力之的结构构件和非结构构件的后锚固连接。 2. 注意锚固栓的施工质量。对于锚固栓的施工，在标准混凝土结构后锚固技术规程JGJ 1452004中规定： （1） 锚固栓钻孔要求： 见下表孔径直径允许偏差 孔深允许偏差 垂直度允许偏差 位置允许偏差 0.5mm 膨胀、扩孔型螺栓 0+10 mm化学植筋：0+20 mm 50 5mm 注：

20、A. 钻孔时应避开主受力筋，对于废孔应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水 泥砂浆填实； B. 钻孔后用压缩机或手动气筒，清除孔内的粉尘和碎渣，再用丙酮擦拭孔 道，并保持孔道干燥。 （2）锚固栓最小有效锚固深度hmin：hmin/d = 6，d为锚固栓直径。 若采用d为12mm的锚固栓，其最小有效锚固深度应72mm。（设防烈度为7级，混凝土C30），有效锚固的深度应不包含墙面的抹灰层和装饰层厚度。 （3）注意钻孔最小边距：膨胀螺栓Cmin 12d ，扩孔型锚栓Cmin 10d，化学植筋 Cmin 5d。（d为螺栓外径）。 （4）考虑到焊接高温对化学锚固剂的不良影响，应采取有效的降温措施。 四、预埋

21、件的施工的质量问题四、预埋件的施工的质量问题 （一）设计计算问题 部分幕墙工程，特别是中小幕墙项目，对幕墙专业设计重视不够，有的设计只有简单的几张设计图纸，没有预埋件的埋设位置图，没有结构力学计算书，有的虽有计算书，但没有预埋件的计算，也未进行复核。 （二）平板预埋件的焊接质量 1. 预埋件常见形式是由锚板上焊接锚筋所组成。（锚筋不得采用冷轧钢筋，当锚筋直径10mm时采用级变形钢筋，包括月牙纹及螺纹钢筋，见钢筋混凝土结构预埋件JSJT-203）早期的做法是把钢筋弯折后直接焊到锚板上，现在基本采用锚板上钻孔后塞焊的方式,后者比较可靠。锚板与锚筋的焊接质量是预埋件的质量关键。要保证焊接质量，电焊操

22、作工必须经培训持证上岗。预埋件的验收也是关键，不仅检查外观质量，防止出现虚焊、脱焊，还要按规定进行锚板与钢筋的焊缝强度检查。 2. 预埋件埋设多数偏离设计位置，造成不能使用。 造成原因有： （1）预埋件在土建施工时已埋设，后因幕墙设计分格的改变或变更造成不能使用。 （2）预埋件捆扎不牢，施工时混凝土浇灌、捣固时使预埋件位移、偏斜。 玻璃幕墙工程技术规范JGJ1022003 第10.2.3条款：玻璃幕墙与主体结构连接的预埋件，应在主体结构施工时按设计要求埋设，预埋件的位置偏差不应大于20mm。 3后置锚固件施工质量问题 （1）轻质墙体上安装后锚固件 有的工程楼层跨度较大，立柱的挠度计算或强度计算

23、未能通过，因此有的设计人员则在上下层梁之间增加一个支点，如 果这一支点是在钢筋混凝土(或钢结构)构造梁(柱)上是有效的。有的框架结构建筑物其砌体通常都选用轻质填充墙，若把增加的支点放在轻质填充墙上，即使是采用钢板加穿墙螺栓，也则无法起到有效的支承作用。所以规范规定：幕墙不应连接在砖石砌体上，更不得与轻质墙连接。 （2）锚固基体不实不可靠，如砼体基材强度不够，边距不够，都会导致砼基材崩裂造成锚固失效。 （3）后置锚固件偏位。钻孔经常遇到钢筋时产生偏位和偏斜，还有孔洞粉屑碎渣清除不净，造成锚固件使用时松动。 规范规定：后加螺栓必须在现场进行单体拉拔试验和节点（群体）拉拔试验，试验所加荷载应达荷载设

24、计值的1.5倍而无明显滑移，必要时应在检测单位进行极限拉拔试验。试验的结果应与设计计算进行校核，要求锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。 4. 化学锚栓质量不高 幕墙行业后置埋件普遍使用化学螺栓。九十年代化学螺栓产品从国外引进应用于建筑工程上，近年来，国内众多厂家纷纷跟进，大量生产，市场价格从十几元到二三元都有，可谓是品牌杂多、鱼目混珠、质量不一。化学螺栓的锚固胶起着粘结砼基材与锚筋的作用。目前市场上出现多种化学成份的化学锚固剂，比较常用的是改性环氧树脂、乙烯丙烯酸树脂和不饱和树脂三类。锚固胶的物理化学性能直接影响锚固效果，除几家进口知名品牌宣传资料有锚固胶的耐久、耐温、冻融性等测试

25、指标，大部分厂家产品介绍只有“抗酸碱、抗热防火、温度敏感度低”等模糊宣示。 尽管现场拉拨力测试满足设计要求，但由于由于锚固胶的耐久性目前只有通过实验室预测，而且电焊高温对锚固剂的影响，无人说得清楚，难怪业内人士对锚固胶的耐久性提出质疑，对某些低廉的产品大量使用表示担忧。 后置埋件不锈钢螺栓应提供合格证、材质力学性能报告并进行力学性能复验。 在全国建筑工程装饰奖（建筑幕墙类）复查中，发现受检的部分工程后置锚固件的施工和现场抗拉拔力测试还存在问题。 (1) 有的工程没有预埋件，采用多种规格的化学螺栓作为处理后置预理。在可观察到的部位，螺栓的外露长度不一，有的明显感到螺栓与砼基体的有效接触长度不够。 在旧楼改造时，墙面存在粉刷层（正常情况下为20mm）螺栓埋设有效深度还应考虑粉刷层厚度。如有一旧楼改造工 程，原墙面是贴面砖，为补偿结构构造的不垂直，采用增加墙面粉刷层厚度方法，使其厚度最大可到710mm，如果此工程采用化学螺栓作为后置埋件应非常谨慎，应采用