中华人民共和国行业标准金属与石材幕墙工程技术规范JGJ 133-2001条文说明 2
5.1.9 荷载和作用产生的效应(应力、内力、位移和挠度等)应按结构的设计条件和要求进行组合,以最不利的组合作为设计的依据。
结构的自重是重力荷载,是经常作用的不变荷载,因此必须考虑。所有的组合工况中都必须包括这一项。
幕墙考虑的可变荷载作用有三项,即风荷载、地震作用和温度作用。一般情况下风荷载产生的效应最大,起控制作用。三项可变值是否同时考虑,由设计人员根据幕墙的设计条件和要求决定(例如非抗震设计的幕墙可不考虑地震作用产生的效应等)。我国是多地震国家,6 度以上地区占中国国土面积70%以上,绝大多数的大、中城市都考虑抗震设防。对于有抗震要求的幕墙,三种可变值都应考虑。
由于三种可变效应都达到最大值的概率是很小的,所以当可变效应顺序不同时,应按顺序分别采用不同的组合值系数。设计中、风、地震、温度分别为第一顺序的情况都应考虑。即是说,可考虑以下的典型组合:
1.1.2G 十1.0×1.4W 十0.6×1.3E+0.2×1.2T
2.1.2G 十1.0×1.4W 十0.6×1.2T 十0.2×1.3E
3.1.2G 十1.0×1.3E 十0.6×1.4W 十0.2×1.2T
4.1.2G 十1.0×1.3E 十0.6×1.2T 十0.2×1.4W
5.1.2G 十1.0×1.2T 十0.6×1.4W 十0.2×1.3E
6.1.2G 十1.0×1.2T 十0.6×1.3E 十0.2×1.4W
式中:G、W、E、T 分别代表重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用产生的应力或内力。
当然,在有经验的情况下,能判断出起控制作用的组合时,可以不计算不起控制作用的组合;或者在组合中略去不起控制作用的因素,如只考虑风力或温度作用等。目前设计中常采用的组合参见表5.1。
5.2 荷载和作用
5.2.3 现行国家标准《建筑结构荷载规范》(GBJ 9)适用于主体结构设计,其附图《全国基本风压分布图》中的基本风压值是30年一遇,10min 平均风压值。进行幕墙设计时,应采用阵风最大风压。由气象部门统计,并根据国际上ISO的建议,10min平均风速转换为3s 的阵风风速,可采用变换系数1.5。风压与风速平方成正比,因此本规范的阵风系数βgz 值,取为1.52=2.25。
幕墙设计时采用的风荷载体型系数μs,应考虑风力在建筑物表面分布的不均匀性。由风洞试验表明:建筑物表面的最大风压和风吸系数可达±1.5。挑檐向上的风吸系数可达-2.0。建筑物垂直表面最大局部风压系数最大值μs=±1.5,主要分布在角部和近屋顶边缘,其宽度为建筑物宽度的0.1 倍,且不小于1.5m。大面上的体型系数可考虑为μs=±1.0。目前,多数幕墙按整个墙面μs=±1.5 进行设计是偏于安全的。
风力是随时间变动的荷载,对于这种脉动性变化的外力,可以通过两种方式之一来考虑:
1.通过风振系数βz 考虑,多用于周期较长、振动效应较大的主体结构设计;
2.通过最大瞬时风压考虑,对于刚度大、周期极短、变形很小的幕墙构件,采用这种方式较为合适。
不论采用何种方式,都是一个考虑多种因素影响的综合性调整系数,用来考虑变动风力对结构的不利影响。表达形式虽然不同,其目的是大体相同的。
在施工过程中,由于楼层尚未封闭,在幕墙的室内表面会产生风压力或风吸力;此外,在建成的建筑物中,也会由于窗户开启或玻璃破碎使室内压力变化,从而在幕墙室内侧产生附加风力。这风力的大小与开启面积大小有关,国外各规范的取值相差较大。
美国规范:
幕墙的开启率超过其墙面的10%以上,但不超过20%,室内内压系数为+0.75,-0.25;其他情况为+0.25,-0.25。
英国规范:
根据墙面开启情况内压系数为+0.6 至-0.9;一般情况可取+0.2,-0.3。
日本规范:
内压系数原则上按+0.2,-0.2 采用。
加拿大规范:
按开启情况内压系数为-0.3~-0.5,+0.7。
所以设计者应根据实际开启情况,酌情考虑室内表面的风力作用。一般情况下可考虑为±0.2。
对于高层建筑,风荷载是主要的外力作用,在建筑物的生存期内,幕墙不应由于风荷载而损坏。因此可采用50年一遇的最大风力。由于《荷载规范》中的风压值是30年一遇最大风力,转换为50年一遇的最大风力应乘以放大系数1.1。上述增大,由设计人员自行决定。为保证幕墙的抗风安全性,风荷载标准值至少取为1.0kN/m2。
近年来,由于城市景观和建筑艺术的要求,建筑的平面形状和竖向体型日趋复杂,墙面线条、凹凸、开洞也采用较多,风力在这种复杂多变的墙面上的分布,往往与一般墙面有较大差别。这种墙面的风荷载体型系数难以统一给定。当主体结构通过风洞试验决定体型系数时,幕墙亦采用该体型系数。
5.2.4 计算幕墙玻璃的温度应力时,要考虑幕墙的最大温度变化ΔT。决定ΔT 有两个因素。
1.当地每年的最大温差,夏天的最高温度与冬天最低温度之差。这由当地气象条件决定。一般在长江以南可取为40℃;长江以北可取为60℃。
2.幕墙的反射和吸热性质。这与幕墙本身材料性能有关。通常具有较强反射能力的浅色幕墙夏天表面温度低,相应冬季温度也低;反之,深色幕墙夏天表面温度高,但冬季表面温度也较高。浅色和深色幕墙温差差别不是很大。
我国部分城市的年极端温差见表5.2。
考虑到南方地区夏天幕墙表面温升较高(例如广州可以达到70℃以上),所以在本条中规定,一般情况下幕墙年温差可按80℃考虑。
某些气温变化较特殊的地区,可以根据实际情况对温度差适当调整。
5.2.5 按我国现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GBJ 11),在建筑物使用期间(大约50 年一遇)的常遇地震,其地震影响系数见表5.3。
由于玻璃、石板是不容易发展成塑性变形的脆性材料,为使设防烈度下不产生破损伤人,考虑了动力放大系数βE 取为5.0。这与目前习惯取值相近。经放大后的地震力,大体相当于在设防地震下的地震力。日本规范中(大体上相当于8 度设防),地震影响系数为0.5,与本规范接近。
5.3 幕墙材料力学性能
5.3.1 铝合金型材的强度设计值取决于其总安全系数K=1.8。
铝型材的fak,即强度标准值取为σp0.2,σp0.2指铝材有0.2%残余变形时,所对应的应力,即铝型材的条件屈服强度。σp0.2 按现行国家标准GB/T 5237 规定取用。
各国铝合金结构设计的安全系数有所不同,一般为1.6~1.8。
按意大利F.M.Mazzolani《铝合金结构》一书所载:
英国BSCP118 规范,许可应力为:
[σ]=0.44σp0.2+0.09σμ(轴向荷载)
[σ]=0.44σp0.2+0.14σμ(弯曲荷载)
若极限强度σμ=1.3σp0.2,则安全K 相当于1.6(受弯)~1.77(轴向力)。
德国规范DIN4113,对于主要荷载,安全系数为1.70~1.80。
美国铝业协会规范,对于建筑物的安全系数为1.65,对于桥梁为1.85。
鉴于幕墙构件以风荷载为主,变动较大,铝型材强度离散性也较大,所以取1.8是合适的。
5.3.2 铝板的总安全系数K 取为2.0。考虑到风荷载分项系数取为1.4,所以材料强度系数K2=2.0/1.4=1.428。本条表5.3.2 中的强度设计值是按我国现行国家标准《铝及铝合金轧制板材》(GB/T 3880)中的强度标准值除以1.428 后给出。
考虑到铝板在幕墙中受力较大,对变形和强度有较高要求,故表中最小、板厚取为2.5mm。常用单层铝板厚度为3.0mm。
5.3.3~ 5.3.4 目前铝塑复合板、蜂窝铝板的强度标准值数据不完整,表5.3.3 只给出了最常用的4mm 厚铝塑复合板的强度设计值;表5.3.4 只给出了20mm 厚蜂窝板的强度设计值。其他厚度的铝板,可根据厂家提供的强度试验平均值(目前暂作为标准值),除以1.428 后作为强度设计值。
5.3.5 钢材( 包括不锈钢材) 的总安全系数K 取为1.55 , 即材料强度系数K2=1.55/1.4=1.107。表5.3.6 是按不同组别不锈钢的σp0.2 屈服强度标准值除以1.107得到。抗剪强度取为抗拉强度的78%。
5.3.6 和5.3.8 钢板、钢棒、钢型材、连接的强度值,按现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ 17)。
5.3.7 花岗岩板是天然材料,材性不均匀,强度较分散,又是脆性材料。所以一般情况下总安全系数按K=3.0 考虑,相应材料强度系数K2=3.0/1.4=2.15。
用于幕墙的花岗岩板材,均应经过材性试验,按其弯曲强度试验的平均值(暂作为标准值)来决定其强度的设计值。石材剪切强度取为弯曲强度的50%。
当石材幕墙特别重要时,总安全度K 提高至3.5,所以相应地5.3.7 条的数据应乘以折减系数0.85。
5.4 金属板设计
5.4.1 铝塑复合板和蜂窝铝板刻槽折过后,只剩下0.5mm 或1mm 厚的单层面板,角部形成薄弱点,影响强度和耐久性。如果刻槽时伤及此层面板,后果更为严重。因此必须采用机械刻槽,而且严格控制刻槽深度,不得损伤面板。
5.4.3 目前采用的簿板计算公式:
是在小挠度情况下推导出来的,它假定板只受到弯曲,只有弯曲应力而面内薄膜应力则忽略不计。因此它的适用范围是:
u≤t,t 为板厚。
当板的挠度u 大于板厚以后,这个公式计算就产生显著的误差,即计算得到的应力σ和挠度u 比实际大,而且随着挠度与板厚之比加大,计算出来的应力和挠度偏大到不可接受,失去了计算的意义。由于计算出来的应力σ和挠度u 比实际大得多,计算结果不代表实际数值(图5.1)。
按此计算结果设计板材,不仅会使材料用量大大增多,而且应力控制和挠度控制条件也失去了意义。
通常玻璃板和铝板的挠度都允许到边长的1/100,对于边长为1000mm 的玻璃板,挠度允许值可达10mm,已为厚度6mm 的1.6 倍;对于边长为500mm 的铝板,挠度允许值5mm 也达到板厚的1.6 倍,此时应力、挠度的计算值会比实际值大30%~50%。用计算挠度u 小于边长的1/100 与预期的控制值偏严太多,强度条件也偏严太多。
为此,对玻璃板和铝板计算,应对现行小挠度应力和挠度计算公式,考虑一个系数η 予以修正(表5.4)。
大挠度板的计算是非常复杂的非线性弹性力学问题,难以用简单公式计算,而要用到专门的计算方法和专门的软件,对具体问题进行具体计算,显然这对于幕墙设计是不适用的。
英国B.Aalami 和D.G.Williams 对不同边界的矩形板进行了系统计算,发表于《Thin Plate Design For Transverse Loading》一书中,根据其大量计算结果,适当简化、归并以利于实际应用,选择了与挠度直接相关的参量θ 为主要参数,编制了表5.4.3。参数θ 的量纲就是挠度与厚度之比:
按原计算结果,η数值随θ下降很快,即按小挠度公式计算的应力和挠度可以折减很多,为安全稳妥,在编制表5.4.3 时,取了较厚计算结果偏大的数值,留有充分的余地。按表5.4.3η取值对小挠度公式应力计算结果进行折减,不仅是合理地减小了板材厚度,也节省了材料,而且还有较大的安全余地。同样在计算板的挠度u时,也宜考虑此折减系数η(表5.5)。
由于板的应力与挠度计算中,泊松比υ的影响很有限,这一系数η原则上也适用于玻璃板的应力与挠度计算。
5.4.4 铝板如果未加中肋,则四周边肋支承。由于边肋可因板面挠曲而转动(扭转),因而边肋支承按简支边考虑。中肋两侧均为铝板,在荷载下基本不发生转动,可认为是固定边。因此附录B 表B.0.1 按三种边界条件给出板的弯矩系数m。
板的应力计算公式(5.4.3-1)、(5.4.3-2)为弹性薄板的小挠度公式,适用于挠度u≤t 的情况,但通常铝板在风力作用下已远超此范围,宜按5.4.3 条规定对计算结果予以折减。
5.5 石板设计
5.5.1 考虑到石板强度较低,钻孔、开槽后如果剩余部分太薄,对受力不利,钢销式连接开孔直径为7~8mm;槽式连接槽宽为7~8mm,所以常用厚度为25~30mm,但最小厚度不应小于25mm。
5.5.2 钢销式为薄弱连接,一方面钢销直径仅为5mm 或6mm(目前常用的4mm 钢销不应再用),截面面积很小;另一方面钢销将荷载集中传递到孔洞边缘的石材上,受力很不利,对这种连接方式的应用范围应加以限制。控制应用的范围是7 度及7度以下,20m 高度以下,因此裙房部分仍可以采用。
5.5.3 钢销式连接是四点支承,目前计算用表只限于支承点在角上,而钢销支承点距边缘有一定距离a1、b1 与角点支承有一定差别。因此本条规定了计算时的板边长度a、b 的取值方法。
5.5.4 石板厚度很大(25~30mm),其挠度u 远小于板厚,所以可以直接采用四角支承板的计算公式和系数表。
5.5.5 钢销受到的剪力,当两端支承时,可平均分配到钢销上;当四侧支承时,短边按三角形荷载面积分配,长边按梯形荷载面积分配,此处只验算长边。
系数β是考虑各钢销受力不均匀,有些钢销的剪力可能超出理论数值而设的一个放大系数。
5.5.6 钢销的剪力作用于孔洞的石材,石材的受剪面有两个,每个的面积为(t-d)h/2,h 为孔深。
5.5.7 槽口的抗剪面为槽底长度s 乘以石材剩余厚度的一半s(t-d)/2。
5.5.9 对边通槽支承的石板如同对边简支板,可直接计算跨中最大弯曲应力。
5.5.13 隐框式结构装配石板,按四边简支板进行结构计算,其跨中最大弯矩系数按v=0.125 的情况给出。
5.6 横梁设计
5.6.1 受弯薄壁金属梁的截面存在局部稳定的问题,为防止产生压力区的局部屈曲,通常可用下列方法之一加以控制:
规定最小壁厚tmin 和规定最大宽厚比b/t;
对抗压强度设计值或允许应力予以降低。
幕墙横梁与立柱设计,采用前一种控制方法。
与稳定问题相关的主要参数为E/f,E 为材料的弹性模量,f 为材料的强度设计值。E/f 越高,其稳定性越高,失稳的机会越小,相应地对稳定问题的控制条件可以放松,碳素钢材E/f=2.1×105/235,而6063T5 铝型材E/f=0.72×105/110 两者比值相近,因此铝型材的一些规定可以参照钢型材的规定予以调整后采用。
1.最小壁厚
我国现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GBJ18)第3.3.1 条规定薄壁型钢受力构件壁厚不宜小于2mm。
我国现行国家标准《铝合金建筑型材》(GB/T5237)规定用于幕墙的铝型材最小壁厚为3mm。
因此本条规定小跨度的横梁(L 不大于1.2m)截面最小厚度为2.5mm,其余情况下截面受力部分厚度不小于3.0mm。
为了保证螺纹连接的可靠,防止自攻螺钉拉脱,在有螺纹连接的局部,厚度不应小于螺钉的公称直径。
钢材防腐蚀能力较低,型钢的壁厚不宜小于3.5mm。
2.最大宽厚比
我国现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)规定:I 形梁处挑翼缘的最大宽厚比为:
对于Q235 钢材(3 号钢)b/t 最大值分别为15 和40,如果按E/f 换算到6063T5 铝型材,则两种支承条件下的最大宽厚比b/t 分别为713 和34。
因此本条规定在一边支承一边自由条件下最大宽厚比为15,箱形截面腹板最大宽厚比为35。
5.6.3 横梁为双向受弯构件,竖向弯矩由面板自重和横梁自重产生;水平方向弯矩由风荷载和地震作用产生。由于横梁跨度小;刚度较大,整体稳定计算不必进行。
5.6.4 梁在受剪时,翼缘的剪应力很小,可以不考虑翼缘的抗剪作用;平行于剪力作用方向的腹板,剪应力为抛物线分布,最大剪应力可达平均剪应力的1.5 倍。
5.7 立柱设计
5.7.1 立柱截面主要受力部分厚度的最小值,主要是参照我国现行国家标准《铝合金建筑型材》(GB/T5237)中关于幕墙用型材最小厚度为3mm 的规定。
钢型材的耐腐蚀性较弱,最小壁厚取为3.5mm。
偏心受压的立柱很少,因其受力较为不利,一般不设计成受压构件,有时遇到这种构件,需考虑局部稳定的要求,对截面板件的宽厚比加以控制。
5.7.2 幕墙在平面内应有一定的活动能力,以适应主体结构的侧移。立柱每层设置活动接头,就可以使立柱上下有活动的可能,从而使幕墙在自身平面内能有变形能力。此外,活动接头的间隙,还要满足以下的要求:
立柱的温度变形;
立柱安装施工的误差;
主体结构柱子承受竖向荷载后的轴向压缩。
综合以上考虑,上、下柱接头空隙不宜小于15mm。
5.7.4 立柱自下而上是全长贯通,每层之间通过滑动接头连接,这一接头可以承受水平剪力,但只有当芯柱的惯性矩与外柱相同或较大且插入足够深度时,才能认为是连续的,否则应按铰接考虑。
因此大多数实际工程,应按铰接多跨梁来计算立柱的弯矩,现在已有专门的计算软件来计算,它可以考虑自下而上各层的层高、支承状况和水平荷载的不同数值,准确计算各截面的弯矩、剪力和挠度,作为选用铝型材的设计依据,比较准确,应推广应用。
对于多数幕墙承包商来说,目前设计主要还是采用手算方式,精确进行多跨梁计算有困难,这时可按结构设计手册查找弯矩和挠度系数。
每层两个支承点时,宜按铰接多跨梁计算而求得较准确的内力和挠度。但按铰接多跨梁计算需要相应的计算机软件,所以,手算时可以近似按双跨梁进行计算。
5.7.6 立柱按偏心受拉柱进行截面设计,采用现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)中相应的计算公式。因此在连接设计时,应使柱的上端挂在主体结构上,一般情况下,不宜设计成偏心受压的立柱。
5.7.7 考虑到在某些情况下可能有偏心受压立柱,因此本条给出偏心受压柱的承载力验算公式。本公式来自现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)第5.2.3 条:
其中,βmx 为等效弯矩系数,βmx≤1.0,最不利情况为1.0,为简化计算,本条公式5.7.7 取为1.0,NEx 为欧拉临界荷载,由于立柱支承点间距较小,轴力N 仅由幕墙自重产生,N 远小于NEx,所以本条公式5.7.7 予以简化。需准确计算时,可参照现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)第5.2.3 条进行。
钢型材的ψ值按现行国家标准《钢结构设计规范》(GBJ17)采用。铝型材的ψ值国内未见系统的研究报告,因此参照国外强度接近的铝型材ψ值取用(表5.6)。
5.8 幕墙与主体结构连接
5.8.1 幕墙的连接与锚固必须可靠,其承载力必须通过计算或实物试验予以确认,并要留有余地。为防止偶然因素产生突然破坏,连接用的螺栓、铆钉等主要部件,至少需布置2 个。
5.8.3 主体结构的混凝土强度等级也直接关系到锚固件的可靠工作,除加强混凝土施工的工程质量管理外,对混凝土的最低的强度等级也相应作出规定。采用幕墙的建筑一般要求较高,多数是较大规模的建筑,混凝土强度等级宜不低于C30。
5.8.5 通常幕墙的立柱应直接与主体结构连接,以保持幕墙的承载力和侧向稳定性。有时由于主体结构平面的复杂性,使某些立柱与主体结构有较大的距离,难以直接在其上连接,这时,要在幕墙立柱和主体结构之间设置连接桁架或钢伸臂(图5.2)。
当幕墙的立柱是铝合金时,铝合金与钢材的热胀系数不同,温度变形有差异。铝合金立柱与钢桁架、钢伸臂连接后会产生温度应力。设计中应考虑温度应力的影响,或者使连接有相对位移能力,减少温度应力。
5.8.6 幕墙横梁与立柱的连接,立柱与锚固件或主体结构钢梁、钢材的连接,通常通过螺栓、焊缝或铆钉实现。现行国家标准《钢结构设计规范》对上述连接均作了详细的规定,可参照上述规定进行连接设计。
5.8.7 幕墙构件与混凝土结构的连接一般是通过预埋件实现的,预埋件的锚固钢筋是锚固作用的主要来源。因此混凝土对锚固钢筋的黏结力是决定性的。因此预埋件必须在混凝土浇灌前埋入,施工时混凝土必须密实振捣。目前实际施工中,往往由于放入预埋件时,未采取有效措施来固定预埋件,混凝土浇铸时往往使预埋件大大偏离设计位置,影响立柱的连接,甚至无法使用。因此应将预埋件可靠地固定在模板上或钢筋上。
当施工未设预埋件、预埋件漏放、预埋件偏离设计位置太远、设计变更、旧建筑加装幕墙时,往往要使用后锚固螺栓。采用后锚固螺栓(膨胀螺栓或化学螺栓)时,应注意满足下列要求:
1.采用质量可靠的品牌,有检验证书、出厂合格证和质量保证书。
2.用于立柱与主体结构连接的后加螺栓,每处不少于2 个,直径不小于10mm,长度不小于110mm。螺栓应采用不锈钢或热镀锌碳素钢。
3.必须进行现场拉拔试验,有试验合格报告书。
4.优先设计成螺栓受剪的节点形式。
5.螺栓承载力不得超过厂家规定的承载力。并按厂家规定的方法进行计算。
5.8.8 附录C 为幕墙的预埋件设计,对于预埋件的要求,主要是根据有关研究成果和冶金部《预埋件设计规程》(YS11-79)。
1.承受剪力的预埋件,其受剪承载力与混凝土强度等级、锚固面积、直径等有关。
在保证锚固长度和锚筋到构件边缘距离的前提下,根据试验提出了半理论、半经验的公式,并考虑锚筋排数、锚筋直径对受剪承载力的影响。
2.承受法向拉力的预埋件,钢板弯曲变形时,锚筋不仅单独承受拉力,还承受钢板弯曲变形引起的内剪力,使锚筋处于复合应力,参考冶规YS11-79 的规定,在计算公式中引入锚板弯曲变形的折减系数。
3.承受弯矩的预埋件,试验表明其受压区合力点往往超过受压区边排锚筋以外,为方便和安全考虑,受弯力臂取以外排锚筋中心线之间的距离为基础,在计算公式中引入锚筋排数对力臂的折减系数。
4.承受拉力和剪力或拉力和弯矩的预埋件,根据试验结果,其承载力均取线性相关关系。
5.承受剪力和弯矩的预埋件,根据试验结果,当V/Vu0>0.7 时,取剪弯承载力线性相关,当V/Vu0≤0.7 时,取受剪承载力与受弯承载力不相关。
6.承受剪力、压力和弯矩的预埋件,其承载力公式是参考冶规(YS11-79)和苏联84 年规范的方法以及国内的试验结果提出的,设计取值偏于安全。当N<0.5fcA 时,可近似取M-0.4NZ=0 作为受压剪承载力与受压弯剪承载力计算的界限条件。本规范公式(C.0.1-3)中系数0.3 是与压力有关的系数,与试验结果比较,其取值是偏于安全的。当M<0.4NZ 时,公式(C.0.1-3)即为冶规公式。当N=0 时,公式(C.0.1-1)与公式(C.0.1-3)相衔接。
在承受法向拉力和弯矩的公式中均乘以0.8,这是考虑到预埋件的重要性、受力复杂性而采取提高其安全储备的系数。
直锚筋和弯折锚筋同时作用时,取总剪力中扣除直锚筋所能承担的剪力,即为弯折锚筋承拉剪力的面积:
根据国外有关规范和国内对钢与混凝土组合结构中弯折锚筋的试验表明:弯折锚筋的角度对受剪承载力影响不大。同时,考虑构造等原因,控制弯折角度在15°~45°之间,此时锚筋强度可不折减。上述公式中的1.1 是考虑两种形式的钢筋同时受力时的不均匀系数0.9 的倒数。当不设置直锚筋或直锚筋仅按构造设置时,在计算中应不予以考虑,取As=0。
这里预埋件基本构造要求,应满足常用的预埋件作为目标,计算公式是根据这些基本构造要求建立的。
在进行锚筋面积As 计算时,假定锚筋充分发挥了作用,应力达到其强度设计值fs。要使锚筋应力达到fs 而不滑移、拔出,就要有足够的锚固长度,锚固长度La 与钢筋型式、混凝土强度、钢材品种有关,在现行国家标准《混凝土结构设计规范》(GBJ10)中有相应规定。由于La 的数值过大,在幕墙预埋件中采用有困难,所以可以采用低应力设计方法,增加锚筋面积,降低锚筋实际应力,从而减小锚固长度。当锚筋实用面积达到计算面积的1.4 倍时,可以将锚筋长度减小至180mm。
6 加工制作
6.1 一般规定
6.1.4 硅酮结构密封胶长期荷载承载力很低,不仅允许应力仅为0.007MPa,而且硅酮结构密封胶在重力作用下(特别是石材其使用厚度远大于玻璃)会产生明显的变形,使硅酮结构密封胶长期处于受力状态下工作,造成幕墙的安全隐患。所以,应在石材底部设置安全支托,使硅酮结构密封胶避免长期处于受力状态。
6.2 幕墙构件加工制作
加工精度的高低、准确程度,偏差的控制是影响幕墙质量的关键问题;在这一节中对杆件的长度公差、铣槽、铣豁、铣榫的公差都进行了规定。
如长度允许正负值,铣槽长和宽度只允许正偏差不允许负偏差,以防止出现装配时受阻,中心离边部可以正偏差也可以负偏差。铣豁时也是豁的长度宽度只允许正偏差不允许负偏差,铣榫时榫的长度和宽度允许负偏差不允许正偏差。因幕墙用的几何形状不是机加工成型的,是热加工或冷加工或冲压成型,配合尺寸难以十分准确的掌握,只能一个方面控制,以便配合安装。
6.3 石板加工制作
6.3.1 在石板的规格尺寸、形状都已符合设计要求的前提下,只是固定形式(长槽、短槽、针孔等)还没有加工,应先严格的检查。石板作为天然性材料,有时有内暗裂,不认真的挑选很难被发现,所以每块均应检查,另外对于缺角的大小,数量也进行了规定。如要修补其黏结强度不应小于石板的强度。
6.3.2 本条主要提出对钢销式固定的有关规定,如果石板短边尺寸太小,钢销的数量不能少于2 个,并且对于钢销的离石板边部距离应大于石板厚度的3 倍,中间距离应在石板厚度的3 倍以上,如上述条件不能满足时,是不能采用钢销安装,采取其他安装形式。
6.3.3 本条对开通槽提出了2 条要求:一是对石板槽与支撑的不锈钢和铝型材提出相应要求,目的在于为石板黏结专用胶的厚度及石板的厚度在计算时供参考;二是对加工质量提出要求,否则就不能进行下一道工序。
6.3.4 本条对于槽的长度、离边部的距离及加工后的质量提出了具体要求,如不这样要求可能出现局部应力集中,对石板的安装造成不利影响,因此应进行核算后方可加工。
6.3.6 本条文对单元幕墙的防火安装形式和安装顺序提出了要求,因单元幕墙上下高度及预埋件形式比较多,不论哪种形式都必须做到层层防火,而且符合设计要求。另外单元幕墙的石板固定形式,可采用T 形或者L 形挂件,但对黏结材料应采用环氧树脂型的专用胶,对支撑板的厚度应通过计算确定。
6.3.7 由于石板的挂件要同石材专用胶黏结,必须相当的洁净,因此,石板经切豁或开槽等工序后,应将石屑用水冲干净,干燥后,方可黏结。
6.3.8 已加工好的石板应直立存放在通风良好的仓库内,其角度不应小于85°。石板的存放是十分重要的,一方面可保证石板安装后的色差变化不大,石板是多孔的材料,一但造成深层的污染,变色无法处理掉。另一方面存放角度是保证石板存放过程的安全,防止挤压破碎及变形。
.4 金属板加工制作
.4.3 1.这主要为了折弯处铝板的强度不受影响,铝板外表色泽一致;
.单层铝板固定加劲肋时,可以采用焊接种植螺栓的办法,但在焊接的部位正面不准出现焊接的痕迹,更不能发生变形、褪色等现象,并应焊接牢固;
3.单层铝板的固定耳子应符合设计要求,固定耳子可采用焊接、铆接、冲压成型;
4.构件的角部开口部位凡是没有焊接成型的必须用硅酮密封胶密封。
6.4.4 关于铝塑复合铝板加工中有3 个要求,首要的问题是外面层的0.5mm 铝板绝对不允许被碰伤,而且保证保留0.3mm 聚乙烯塑料,其次角部应用硅酮密封胶密封,保证水不能渗漏进聚乙烯塑料内。最后在加工过程中防止水淋湿板材,确保质量。
6.4.5 本条除对蜂窝铝板提出了4 条要求外,还应按照材料供应商提的要求进行加工。
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7 安装施工
7.1 一般规定
7.1.1 这主要是为了保证幕墙安装施工的质量,要求主体结构工程应满足幕墙安装的基本条件,特别是主体结构的垂直度和外表面平整度及结构的尺寸偏差,尤其外立面是很复杂的结构,必须同设计相符。必须达到有关钢结构、钢筋混凝土结构和砖混结构施工及验收规范的要求。否则,应采取适当的措施后,才能进行幕墙的安装施工。
7.1.2 幕墙安装时应对现场挂件、附件、金属板、石材、密封材料等,按质量要求、按材料图案颜色及保护层的好坏进行检查和验收。对幕墙施工环境和分项工程施工顺序要认真研究,对幕墙安装会造成严重污染的分项工程应安排在幕墙安装前施工,否则应采取可靠的保护措施后,才能进行幕墙安装施工。
7.1.3 幕墙的安装施工质量,是直接影响幕墙安装后能否满足幕墙的建筑物理及其他性能要求的关键之一,同时幕墙安装施工又是多工种的联合施工,和其他分项施工难免会有交叉和衔接的工序,因此,为了保证幕墙安装施工质量,要求安装施工承包单位单独编制幕墙施工组织设计方案。
7.2 安装施工准备
7.2.1~ 7.2.2 对于已加工好的金属板块和石材板块,在运输过程中、储存过程中,应高度注意防碰撞、防污染、防锈蚀、防潮湿,在室外储存时更要采取有效措施。
7.2.3 构件在安装前应检查合格,不合格的挂件应予以更换。幕墙构件在运输、堆放、吊装过程中有可能发生变形、损坏等,所以,幕墙安装施工承包商,应根据具体情况,对易损坏和丢失的挂件、配件、密封材料、垫材等,应有一定的更换、贮备数量,一般构配件贮备量应为总量的1%~5%。
特殊规格的石材,应有一定的贮备量,以确保安装的顺利进行。
7.2.4 为了保证幕墙与主体结构连接牢固的可靠性,幕墙与主体结构连接的预埋件应在主体结构施工时,按设计要求的位置和方法进行埋设;若幕墙承包商对幕墙的固定和连接件,有特殊要求或与本规定的偏差要求不同时,承包商应提出书面要求或提供埋件图、样品等,反馈给建筑师,并在主体结构施工图中注明要求。一定要保证三位调整,以确保幕墙的质量。
7.3 幕墙安装施工
7.3.1 幕墙的安装应与主体工程施工测量轴线配合,如主体结构轴线误差大于规定的允许偏差时,包括垂直偏差值,应在得到监理、设计人员的同意后,适当调整幕墙的轴线,使其符合幕墙的构造需要。
对于高层建筑物,由于建筑水平位移的关系,竖向轴线测设不易掌握,风力和风向均有较大的影响,从已施工的经验来看,在测量时应在仪器稳定的状态下进行测量。如果每日定时测量会有较好的效果,同时,也要与主体轴线相互校核,并对误差进行控制、分配、消化,不使其积累,以保证幕墙的垂直及立柱位置的正确。
7.3.3 立柱一般为竖向构件,立柱安装的准确和质量,影响整个幕墙的安装质量,是幕墙安装施工的关键之一。通过连接件,应使幕墙的平面轴线与建筑物的外平面轴线距离的允许偏差应控制在2mm 以内,特别是建筑平面呈弧形、圆形和四周封闭的幕墙,其内外轴线距离影响到幕墙的周长,应认真对待。
立柱一般根据施工及运输条件,可以是一层楼高为一根,也可用长度达7.5~10m左右一根,接头应有一定空隙,采用套筒连接法,这样可适应和消除建筑挠度变形的影响。
7.3.4 横梁一般为水平构件,是分段在立柱中嵌入连接,横梁两端与立柱连接尽量采用螺栓连接,连接处应用弹性橡胶垫,橡胶垫应有10%~20%的压缩性,以适应和消除横向温度变形的影响。
7.3.8 幕墙安装过程中,宜进行接缝部位渗漏检验,根据JG3035 有关规定,在一般情况下,在幕墙装两个层高,以20m 长度作为一个试验段,要在进行镶嵌密封后,并在接缝上按设计要求先进行防水处理后,再进行渗漏性检测。
喷射水头应垂直于墙面,沿接缝前后缓缓移动,每处喷射时间约5min(水压应根据条件而定),在实验时在幕墙内侧检查是否漏水。经渗漏检查无问题后方可砌筑内墙。
7.4 幕墙保护和清洗
幕墙的保护在幕墙安装施工过程中是一个十分值得注意而往往又易被忽视的问题,应采取必要的保护措施,使其不发生碰撞变形、变色、污染和排水管堵塞等现象。将加工过程中的标志、号码等有关标记,应全部清洗掉。施工中给幕墙及构件表面造成影响的黏附物,应及时清理干净,以免凝固后再清理时划伤表面的装饰层。
对于清洗剂应得到材料供应商的书面认可,还要保证不污染环境,否则不能应用,在清洗过程中也应再一次检查幕墙的质量,发现问题及时处理。
7.5 幕墙安装施工安全
幕墙安装施工应根据国家有关劳动安全、卫生法规和现行行业标准《建筑施工高处作业安全技术规范》(JGJ80),结合工程实际情况,制定详细的安全操作规程,并获得有关部门批准后方可施工。
8 工程验收
8.0.2 幕墙施工完毕后,不少节点与部位已被装饰材料遮封隐蔽,在工程验收时无法观察和检测,但这些节点和部位的施工质量至关重要,故强调对隐蔽工程验收文件进行认真的审核与验收。尤其是更改的设计资料、临时洽商的记录应整理归档。
由于幕墙为建筑物全部或部分外围护结构,凡设计幕墙的建筑一般对外观质量要求较高,个别的抽样检验并不能代表幕墙整体的外侧观感质量。因此对幕墙的验收检验应进行观感检验和抽样检验两部分。
当一栋建筑或一个大工程有一幅以上幕墙时,考虑到幕墙质量的重要性,要求以一幅幕墙作为独立检查单元,对每幅幕墙均要求进行检验验收。
9 保养与维修
9.0.1 为了使幕墙在使用过程达到和保持设计要求的功能,达到预期使用年限和确保不发生安全事故,本规范规定使用单位应及时制订幕墙的保养、维护计划与制度。
9.0.4 幕墙在正常使用时,除了正常的定期和不定期的检查和维修外,还应每隔几年进行一次全面检查,以确保幕墙的使用安全。对铝板、石材、密封条、硅酮结构密封胶进行检查。
关于全面检查时间问题,国外一般为8~10 年对幕墙的使用情况进行一次全面检查,特别是硅酮耐候密封胶和硅酮结构密封胶,要在不利的位置进行切片检查,观察耐候胶和结构胶有无变化,若没有变化或是在正常变化范围内,则可继续使用。
本规范规定为5 年全面检查一次。主要考虑两个方面:一方面考虑10 年时间太长,幕墙在正常使用情况下,质量问题应及时发现及时处理;另一方面幕墙在竣工交付使用时,施工单位对硅酮胶、金属板材、石材都提出10 年的质量保证书,通过两次的幕墙检查,对幕墙的安全使用,已有了足够的保证。另外凡是有条件的工程均应在楼顶处专门设有样板观察点,每种材料应超过5 块进行比较观察。