建筑幕墙和采光顶设计与施工要点上概要

1、 / 21(2 / 21613赵西安,1940年 7月生,中国建筑科学研究院 ,研究员,中国建筑金属结构协会铝 门窗幕墙专家组成员 ,100013,北京收稿日期 :2001-06-05建筑幕墙不仅是外装饰 ,而且更是结构的一部分 ,它直接承受荷载和地震作用 ,其 设计和施工关系到人们生命和财产安全 ,应予充分重视。我国 玻璃幕墙工程技术规 范 (JGJ 102-96已于 1996年施行, 金属与石材幕墙工程技术规范 (JGJ 133-2001也已 经颁布 ,这两本规范是幕墙工程设计与施工的技术依据。本文将规范中必须遵守的 强制性内容和工程中的关键技术同时列出 ,便于幕墙工程技术人员应用。 1

2、幕墙材料 1.1一般规定幕墙材料的质量与幕墙的功能、安全性紧密相关 ,所以幕墙和采光顶所采用的 材料 ,必须符合以下要求 :材料必须符合现行国家标准规定 ;材料必须有出厂合格证 ; 材料的物理力学性能、化学成分、耐候性能应符合设计要求。1.2 铝合金型材铝合金型材的要求在 玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ 102-96第 3.2.1条3.2.2条已 作规定。铝材应有化学成分检测报告、力学性能试验报告和出厂合格证。(1铝型材的壁厚 :横梁跨度不大于 1.2m 时,截面主要受力部分的厚度不应小于 2.5mm;横梁跨度大于 1.2m 时, 不应小于 3.0mm,立柱截面主要受力部分厚度不应小于 3mm

3、 。横梁和立柱在有螺纹 连接部位 ,局部壁厚不小于螺钉的直径。为此 ,尽量采用带螺帽的螺栓连接 ,避免采用 自攻螺钉连接。(2铝型材表面应做氧化镀膜层 ,一般情况下膜厚不小于 15 m;在海滨和污染严重 地区,膜厚为 20 m,不宜大于 25 m,否则容易脱落。 1.3钢型材(1碳素钢材应有力学性能试验报告和出厂合格证。钢型材厚度不应小于 3.5mm,在海滨、污染严重地区宜预 留腐蚀厚度。钢型材宜进行热镀锌处理 ,也可以涂船用防锈漆或富锌防锈漆。焊条 和焊接参数应符合 钢结构设计规范 (GBJ17-88 的要求。(2不锈钢型材的化学成分应符合国家标准 不锈钢棒 (GB/T 1220-92 的要

4、求,应有化学成分和力学性能检测报 告 ,有出厂合格证 ,焊接应采用不锈钢焊条 ,采用气体保护焊。(3耐候钢应符合国家标准 焊接结构用耐候钢 (GB/T 4172-84、 高耐候性结构钢 (GB/T 4171-84 的要求。耐 候钢应刷防腐涂层。 1.4 玻璃玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ 102-96第 3.3.13.3.7条对玻璃的性能要求已作出 明确规定。(1幕墙和采光顶应采用安全玻璃,防止玻璃开裂时伤人。安全玻璃通常指钢化玻璃和夹层玻璃。半钢化玻璃 不属于安全玻璃 ,但因破碎时具有放射形裂缝 ,不易脱落 ,所以仍允许使用。采光顶宜 采用夹层玻璃 ,采用钢化玻璃时 ,下面应设安全网 ;采用

5、夹层中空玻璃时 ,夹层玻璃应 放底面。厚度为 12mm 以上的全玻幕墙 ,允许采用浮法玻璃。点支幕墙应采用钢化 玻璃。镀膜反射玻璃的反射率宜控制在 15%25%,以免反光过强形成干扰。有保温要求时可采用低辐射 (LowE 玻璃。镀膜反射玻璃的质量标准应符合 玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ102-96第 3.3.2和 3.3.3条的规定。(3夹层玻璃应采用胶膜干法加工,竖法合片的夹层玻璃具有较好的平直度。夹层玻璃内外片宜厚度相近、品 种相近 ,不宜用钢化玻璃与普通玻璃合片 ,否则内外片承载力相差悬殊容易使较弱片 开裂。在气温高、阳光直射处采用有色胶片合片时 ,应考虑因热量聚集 ,容易产生玻璃开裂

6、的问题。(4中空玻璃质量应符合 玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ 102-96第 3.3.4条要求 ,采用双道密封。中空玻璃内外 片厚度差不宜超过 2mm,空气层厚度宜在 9mm 以上。(5幕墙和采光顶的玻璃边缘必须进行倒棱和磨边 ,第 3.3.7条!边缘处理 ? 一词 ,应理解为机械倒棱加上机械磨 边 ,不能仅仅用手工磨石倒棱。玻璃运输过程中要严防边棱碰损。工程经验表明:未经磨边及边棱缺损的玻璃往往是开裂的主要原因 ,不应安装到幕墙和采光顶上。 1.5 铝板 / 21 / 21幕墙铝板可采用蜂窝铝板、单层铝板和复合铝板。蜂窝铝板有良好的性能,但由于价格较高 ,所以目前较多采用单层铝板。复合铝板

7、由于价格低、易加工、平整 度好 ,应用也不少。(1单层铝板的性能、质量应符合国家标准 铝及铝合金轧制板材 GB/T 3880-1997 的要求。应有化学成分和力学 性能检测报告及出厂合格证 ,单层铝板厚度不应小于 2.5mm 。(2蜂窝铝板厚度不宜小于 9mm 。正面铝板和背面铝板厚度不应小于 1.0mm 。(3铝塑复合板应符合国家标准(GB/T 17748的要求,正背面板厚度不应小于 0.5mm,总厚度不应小于 4mm,剥离 强度标准值应大于 7N/mm 2。用于 18m 高度以上的复合铝板 ,其芯材必须采用不燃 性材料。普通聚乙烯芯材 (PE 在火灾时容易产生烟雾 ,不宜在高层采用。建筑技

8、术 Architecture Technolo gy第 32卷第 9期 Vol .32No.9建筑幕墙和采光顶设计与施工要点 (上赵西安DESIGN AND CONST RUCTION KNOW -HOW ON CURTAINWALL AND LIG HTING ROOFZHAO Xi a n建筑技术标准与实施第 32卷 614 建筑技术(4 铝板应进行表面氟碳树脂处理 ,喷涂或滚涂应在正规的喷涂厂或原生产厂进 行 ,原粉含量不应低于 75%,涂装厂应有原粉生产厂的授权证书。一般涂层厚度不小 于 25 m,在海滨和严重污染地区不小于 40 m。1.6 石板幕墙应采用耐久性较好的花岗岩板。板厚不

9、应小于 25mm。石板面积一般不大 于 1.5m2。花岗岩是脆性天然材料 ,性能十分分散 ,应进行材料性能试验。首先要进行抗折 强度试验 ,以确定其强度计算指标 ,任一试件的试验值小于 8N/mm2 时,该批石材不得 用于幕墙。石材吸水率不宜大于 1%;Fe2O3含量不宜大于 2%;SiO2 含量不宜小于 70%,以保证其耐久性能。石材的放射性关系到人身安全 ,应符合现行标准 天然石材产品放射防护分类控 制标准 (JC518-1993的规定。1.7硅酮结构密封胶结构胶性能必须符合国家标准 建筑用硅酮结构密封胶 (GB16776-1997 的要 求。结构胶的品牌应经过国家认定。结构胶的使用必须符

10、合 硅酮结构密封胶使用 管理暂行办法 (国经贸外经 2000583 号的规定。1.7.1结构胶的采购(1 采购硅酮结构密封胶 (以下简称结构胶 ,必须到国家认定的销售企业购买国家 认定产品 ,同时索取正规销售发票和认定证书复印件 ,进口产品还必须有进口商检合 格证明复印件。(2 在采购结构胶时 ,使用者要向销售企业提供工程项目名称、地址、幕墙面积 和需用结构胶数量 ,销售企业要登记存档。(3 采购结构胶时 ,包装上须有国家认定标识、中文说明、批号、出厂及使用有 效日期。采购的进口结构胶 ,包装上须有商检标志、国家认定标识、中文说明、批 号、出厂及使用有效日期。(4凡在城镇临街建筑物距地面 10

11、m以上安装玻璃幕墙前 ,建设单位 (或按合同约 定的其他相关单位必须将所用结构胶、双面胶条、泡沫棒、铝材、玻璃和相关材料 送国家指定的检测中心做相容性试验和粘结性能检测。相容性试验和粘结性能检测要符合国家标准 建筑用硅酮结构密封胶 (GB16776-1997;项目不全、试验日期与 施工日期不符、检测报告与检测中心存档报告不符者等均为无效报告。1.7.2结构胶的使用(1 使用结构胶的建设单位或施工单位必须取得合格的结构检测报告及国家认定产品的有关文件、证书复印件方可施工。 (2从事玻璃幕墙制作、施工安装 企业,必须具备相应的生产条件和技术 力量,并建立健全技术质量管理体系。 (3 制作玻璃幕墙单

12、元构件时 , 必须符合 建筑幕墙 (JG3035-1996 和 玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ102- 96的要求。(4 结构胶要在有效期内使用 , 过期结构胶不准销售和使用。(5 玻璃幕墙同一组单元构件 , 只准用同一牌号和同一批号的结构胶。1.7.3结构胶的技术档案管理(1 玻璃幕墙工程竣工验收时 , 玻璃幕墙施工安装企业必须提供下列 资料 ,并作为建筑档案长期保存。 国家经贸委结构胶工作领导小组 办公室出具的境内外结构胶生产企业、 产品的认定证书复印件 生产企业的结构胶产品合格证 ; 结构胶的购销合同原件 ; 国家指定的检测中心出具的合格 的结构胶相容性试验和粘结性能检测 报告;注胶记录

13、和工艺过程质量控制检 测记录。(2国家指定的结构胶检测中 心、生产及销售企业必须对用于玻璃幕 墙工程的结构胶进行相容性试验和粘 结性能检测 ,试验、检测结果和原始记 录应长期保存。1.8硅酮耐候密封胶 幕墙和采光顶应采用中性硅酮耐 候密封胶 ,其使用和管理要求参照硅酮 结构密封胶的要求。 石板是多孔质材料 ,硅酮密封胶含 有硅油 ,如果使用不当 ,打胶后石材会 有渗油现象 ,所以石材的密封胶必须采 用专门产品 ,并宜在使用前进行试验 , 观察是否出现石材表面油印。目前国 内采用较多的石材耐候密封胶是国产 白云 602胶和美国 DC791N 胶。 2幕墙和采光顶建筑功能、防火和 防雷2.1幕墙和

14、采光顶的建筑功能 幕墙和采光顶作为围护结构 ,应考 虑以下的建筑功能 :(1风压变形 ;(2 雨水渗漏;(3空气渗透;(4 平面内变 形能力;(5隔声;(6 保温隔热 ;(7抗 冲击。各项功能按其要求分为 #?(%等 45个等级,#级最高,? (% 级最低 ,详见国家标准 建筑幕墙物理 性能分级 (GB/T15225-94。等级的 选用由幕墙所处的自然条件、气候条 件、周边环境和使用要求决定 ,一般不应低于&级 面积较大、要求较高的幕墙 ;采用 新材料、新构造的幕墙 ;设计有重大变 更的幕墙应在国家认可的单位进行性 能试验 ,试验方法应符合国家标准 建 筑幕墙风压变形性能检测方法 (GB/T

15、15227-94、 建筑幕墙空气渗透性能 检测方法 (GB/T15226-94 建筑幕 墙雨水渗漏性能检测方法 (GB/T 15228-94的要求 ,其中(1(4项为 必测项目。 (1、(4 两项保证幕墙抗风 和抗震的安全 ;(2、(3 两项则维持幕 墙的正常使用功能。 体育馆、娱乐场所、托幼设施所采 用的玻璃幕墙 ,要求有足够的抗冲击能 力,以防在外力作用下玻璃破碎伤人。 2.2幕墙的防火要求 (1幕墙的材料应采用不燃烧材 料和难燃烧材料 ,而且在火灾中不应产 生大量烟雾和有毒气体。目前幕墙所采用的玻璃、石材、金属材料、防火保温 材料都是不可燃烧的 ,符合防火规范的 要求。采用普通聚乙烯芯的

16、铝塑复合 板在火灾时产生烟雾 ,只能在 18m 高 度以下采用 ;采用不燃性夹芯材料的铝 塑复合板可用于较高的幕墙。(2 幕墙防火设计必须符合国家标准 高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95、 建筑设计防火规范(GBJ16-87的规定。2001年第 9 期 6151窗间墙、窗槛墙的填充材料应采用不燃烧材料。当其外墙面为耐火极限不低于 1h 的不燃烧体时 , 其墙内填充材料可采用难燃烧材料。无窗槛墙的幕墙 ,应在每层楼板外檐设置耐火极限不低于 1h、高度不低于0.8m 的不燃烧实体裙墙 (楼面板和边梁的总高度可以计入不燃烧实体裙墙的高度。幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙 ,应采用不燃烧材料严

17、密填实。(3 在幕墙防火设计和施工时 ,应特别注意以下几点。幕墙的横梁应处于楼层标高附近的实体墙面 (楼面边梁和板范围内 ,以便设置层间防火措施。墙面划分不应出现一块玻璃跨越两个防火分区的情况 ,即玻璃和铝板划分应与 防火墙一致 ,与楼面标高一致。否则火灾时 ,一块板材的破坏就可能导致火焰由一个 防火分区向另一个防火分区蔓延。层间水平防火带用厚度不小于 50mm的防火棉充填密实 ;防火棉应由厚度不小 于 1.5mm 的薄钢板承托 , 薄钢板镀锌或涂防火漆。在大面积实体墙面上不便于设置层间水平防火带时 ,可以将门窗洞口四周边缘 的墙面缝隙用防火材料严密填塞 ,予以封闭 ,防止烟雾通过门窗洞口进入

18、室内。2.3防雷设计与施工(1 建筑幕墙和采光顶的防雷设计应符合国家标准 建筑防雷设计规范 (GB50057-94 的有关规定。幕墙和采光顶应形成自身的防雷体系 ,并与主体结构的防雷体系可 靠地连接。(2 建筑幕墙顶部女儿墙盖板可作为接闪器 ,接受雷电流并传送到主体结构防雷 网。金属盖板厚度不宜小于 3 mm,截面不宜小于 70mm2(当房屋高度 150m 以上和 50mm2(房屋高度小于 150m;每隔 10m 宜与主体结构均压环连接一次。屋顶采光棚、四角锥可用金属杆作为接闪器。(3 幕墙的横梁与立柱构成防侧击雷的防雷网 ,立柱有芯柱和螺栓连接,一般可以不作专门的上下柱连接措施。必要时也可以

19、隔 35m 将立柱的上下柱连通 ,连接可以在上下柱之间用螺栓固定一根铝排。有均压环的楼层 ,幕墙柱应通过预埋件、连接件与主体建筑均压环连接。与 均压环的连接导线可采用 5mm? 40mm 钢带 ,也可用直径 12mm以上的圆钢 ,连 线应焊接牢固可靠 ,涂刷防锈涂料。(4 在防雷设施施工过程中 ,应 随时用摇表检查幕墙与主体防雷网的 通路情况,保持接地电阻小于 5 (150 m以上高度的建筑物和 10 (150m 以下高度的建筑物。3 幕墙的结构设计3.1设计基本原则(1 幕墙应按维护结构设计 ,它 只承受直接作用于其上的风力、地震作 用、结构自重和温度作用。它不分担主 体结构承受的风力和地震

20、作用。 建筑幕墙在正常情况下应能维持 其建筑功能 ;在 50年一遇的大风作用 下幕墙不应破损。抗震设计的幕墙 ,在 设防烈度下会有轻微破坏 ,但经修理后 仍可使用 ;在罕遇地震作用下 (比设防 烈度高 1 1.5 度,幕墙不会整体掉 落,不会由此产生人员伤亡。(2 幕墙一般应悬挂在主体结构 上,斜幕墙有时允许在主体结构上支 承。主体结构在风力和地震作用下会 产生位移 ,幕墙要能在主体结构位移时 不破坏、不掉落 ,则必须能相对于主体 结构有一定的活动能力。 为便于施工时调整幕墙位置、保证 幕墙相对于主体结构有一定的位移能 力,立柱与主体结构之间应采用螺栓等 机械方式连接 ,不应采用受力焊缝将立

21、柱脚码与预埋钢板焊死。采用螺栓连 接时,脚码与预埋件表面间要有齿缝等 防滑措施 ,也可以用非受力的短焊缝做 位置固定。(3作用于幕墙上的外力和作用 有:自重、风荷载、地震作用和温度作用。设计时应考虑它们共同出现的可 能性,因而由上述四方面作用产生的内 力与位移 ,应以一定的方式进行组合。 幕墙自重是经常作用的恒载 ,所以 各种组合都予以考虑。风力是幕墙设 计的控制性因素 ,所以应全部参与组 合。温度作用产生的最大应力区在板 边,它错开了风和地震在板中央产生的 最大应力 ,所以可以不与其他荷载和作 用进行组合 ,单独予以考虑。进行组合 时要考虑组合的分项系数 :自重为力 1.2;风力为 1.4;

22、地震作用为 1.3（组合 系数取 0.6;温度作用为 1.2（单独组 合。分项系数是考虑荷载的作用变动 和第一个安全系数。（4幕墙和采光顶构件内力采用 弹性方法计算 ,截面最大应力设计值不 应超过材料强度的设计值 : (f 式中为截面最大应力设计值 ,由 各荷载和作用产生的应力值进行组合 后产生 玻璃幕墙工程技术规范 (JGJ 102-96第 5.1.8条 , 已包含了第一 个安全系数 K1;f 为材料强度设计值 , 由材料强度标准值 f k 除以第二个安全 系数 K2(K21 产生 ,即:K1k(f k/K2 总安全系数 :K=K1 K23.2 荷载和作用3.2.1恒荷载和活荷载 (1材料的

23、重力体积密度按实际 数值采用。(2 竖向和斜向 (与地面夹角大 于 75 幕墙不考虑活荷载作用。擦窗机 对幕墙产生较大压力时应考虑。(3 采光顶的活荷载考虑 :雪荷 载、积雨荷载和检修荷载。雪荷载按荷 载规范取用 ;积雨荷载按当地气象台站资料确定 ;检修荷载可按 1.5kN的集中荷载作用于玻璃中央计取。3.2.2风荷载(1 风荷载按下列公式计算 :w=!D s z w0(2基本风压 w0 应考虑 50年一遇的数值 ,按原 建筑结构荷载规范(GBJ9-87取用时 ,应乘以系数 1.1;按新修订的 建筑结构荷载规范 (GBJ50009-2001取用时 ,不必再乘系数 ,因新版本已改为按 50 年一

24、遇给出基本 风压。(3 高度系数 z 按荷载规范查取。 (GBJ50009-2001增加了地面粗糙度为D类的 z值。 D类指大城市中心 ,建筑幕墙和采光顶设计与施工要点 (上 第 32 卷616建筑技术注:* 为采用单一安全系数 K 的设计方法。新版 建筑施工总平面布置图软件? 继承以往版本优点 ,面向技术人员 ,参数化 ,图形标准、丰富 , 自动化程度高。例 如 :要绘制塔吊 ,只需给出位置及臂长、方向 ;要绘制某种堆场 ,只需选择对应的堆场 图标 ,然后指定位置和大小 ;要绘制水电等各种线路 ,也只需寥寥几键。可随时添加自 定义图元 +软件能分析图面内容 ,自动不重不漏地生成图例、图形和文

25、字。汉字录 入、排版灵活方便 ,支持扫描录入。新版 建筑施工网络计划软件? 添加、插入、删除、编辑、移动、复制、粘贴工序以及资源的分配 ,只需轻轻拖动鼠标 ,大量的自动感知技术。 ? 时标、农历、资源曲线、各种显 隐开关等让您有灵活的选择。 ? 根据网络图自动生成横道图、资源曲线、自定义报 表、斜率图和管理曲线等。表 1 不同材料的总安全度和材料强度系数材料钢材 1.51.071铝型材 1.8 1.2851.786玻璃 2.5铝板 1.429 石材 2.143（一般 2.500（重要3.0（一般 3.5（重要结构胶*5（短期荷载 100（长期荷载2.0 总安全度 K材料强度系数 K2建筑密集和

26、平均高度较高的地区。 (4体形系数 S 反映风荷载在建筑物表面分布的不均匀性 ,竖直幕墙在侧风面和背风面的两侧边竖条 ,近屋顶的水平条范围内 , S 可达正负 1.5;其余 大面上约为 1.0。水平悬挑构件负风压可达 - 2.0。采光顶的体形系数可参照荷载规 范的规定执行。(5阵风系数!D 反映了风力在时间上的不均性。基本风压 w 0是 10min 的平均风压 ,适用于主体结构的设计 ; 幕墙直接承受风力 ,应按 3s 的瞬时风压值考虑。 !D 通常取 2.25,新规范(GBJ 50009- 2001已修改为按高度查表。 3.2.3 地震作用地震作用对竖向幕墙影响很小 ,也可以在计算时不单独考

27、虑。但大跨度采光顶 则对竖向地震作用比较敏感。在计算时应加考虑。 7、8 度抗震设计时 ,可以分别将 采光顶的重力荷载附加 10%和 15%予以等效处理。3.2.4温度作用幕墙和采光顶在阳光照射下的温度远远高于当地气温 ,所以不能只按气象台站 的年温差考虑。国内几个机场的采光顶夹层玻璃曾经开裂 ,都直接与阳光照射有 关。年温差至少取 80,是合理的。由于玻璃本身温度分布不均匀而产生热裂应力 ,计 算时需考虑玻璃中央部分和边缘部分的温差 ? T ,可根据热工计算确定 ,一般不超过 30,。3.3 幕墙材料的强度设计值 3.3.1强度设计表达式如同在 3.1(4条所述,幕墙材料强度控制为 : (f

28、 ,式中 为截面最大应力设计值 ,为标 准值 k (不带安全系数乘以安全系数 K 1 产生 ;f 为材料强度设计值 ,为材料强度标准 值 f k (不带安全系数除以材料强度系数 K 2 得出:K 1 k (f k /K 2即总安全系数 K =K 1 K 2,K 1 基本上由风荷载的分项系数 #w = 1.4决定,所以 K 2=K /K 1=K /1.4 。3.3.2总安全度和材料强度系数幕墙材料的总安全度 K 是参照国内外有关规范和工程经验确定的 ,K 值确定后 , 相应 K 2 的数值也可以确定。具体数值如表 1 所示。用各种材料的 K 2 值除材料强度标准值 ,就得到 玻璃幕墙工程技术规范 （JGJ102-96中表 5.3.1、表 5.3.2 的强度设计值和 金属与石材幕墙工程技术规范 （JGJ 133-2001表 5.3.1表5.3.6的强度设计值。 3.4 面板设计 3.4.1面板最小厚度玻璃:6mm;单层铝板 :2.5mm;