5.6.1 硅酮结构密封胶承受荷载和作用产生的应力大小,关系到幕墙构件的安全,对结构胶必须进行承载力验算,而且保证最小的粘结宽度和厚度。
    隐框幕墙玻璃板材的结构胶粘结宽度一般应大于其厚度;全玻幕墙结构胶的粘结厚度由计算确定,有可能大于其宽度。当满足结构计算要求时,允许在全玻幕墙的板缝中填入合格的发泡垫杆等材料后再进行前、后两面的打胶。

5.6.2 硅酮结构密封胶缝应进行受拉和受剪承载能力极限状态验算,习惯上采用应力表达式。计算应力设计值时,应根据受力状态,考虑作用效应的基本组合。具体的计算方法应符合本规范有关条文的规定。
    现行国家标准《建筑用硅酮结构密封胶》GB 16776中,规定了硅酮结构密封胶的拉伸强度值不低于0.6N/m。在风荷载或地震作用下,硅酮结构密封胶的总安全系数取不小于4,套用概率极限状态设计方法,风荷载分项系数取1.4,地震作用分项系数取1.3,则其强度设计值f1约为0.21-0.195N/m,本规范取为0.2N/m2,此时材料分项系数约为3.0。在永久荷载(重力荷载)作用下,硅酮结构密封胶的强度设计值f2取为风荷载作用下强度设计值的1/20,即0.01N/m2

5.6.3 幕墙玻璃在风荷载作用下的受力状态相当于承受均布荷载的双向板(图5.2),在支承边缘的最大线均布拉力为αω/2,由结构胶的粘结力承受,即:

    在重力荷载设计值作用下,竖向玻璃幕墙的硅酮结构胶缝承受长期剪应力,平均剪应力τ可表示为:

    剪应力τ不应超过结构胶在永久荷载作用下的强度设计值f2

5.6.4 倒挂玻璃的风吸力和自重均使胶缝处于受拉工作状态,但是风荷载为可变荷载,自重为永久荷载。因此,结构胶粘接宽度应分别采用其在风荷载和永久荷载作用下的强度设计值分别计算,并叠加。

5.6.5 结构胶的粘结厚度ts由承受的相对位移us决定(图5.3)。在发生相对位移时,结构胶和双面胶带的尺寸ts变为t’s,伸长了(t’s-ts)。这一长度应在硅酮结构密封胶和双面胶带延伸率允许的范围之内。结构胶的变位承受能力占δ=(t’s-ts)/ts,取对应于其受拉应力为0.14N/m时的伸长率,不同牌号胶的取值会稍有不同,应由结构胶生产厂家提供。

    楼层弹性层间位移角的限值,见本规范第4.2.6条的条文说明。

5.6.6 硅酮结构密封胶承受永久荷载的能力很低,不仅强度设计值f2仅为0.01N/mm,而且有明显的变形,所以长期受力部位应设金属件支承。竖向幕墙玻璃应在玻璃底端设支托;倒挂玻璃顶应设金属安全件。

5.5.1 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,防止偶然因素产生突然破坏。连接件与主体结构的锚固承载力应大于连接件本身的承载力,任何情况不允许发生锚固破坏。
    安装幕墙的主体结构必须具备承受幕墙传递的各种作用的能力,主体结构设计时应充分加以考虑。
    主体结构为混凝土结构时,其混凝土强度等级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,对混凝土的最低强度等级也应加以要求。为了保证与主体结构的连接可靠性,连接部位主体结构混凝土强度等级不应低于C20。

5.5.2 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》GB 50017对上述连接均作了规定,应参照执行。同时受拉、受剪的螺栓应进行螺栓的抗拉、抗剪设计;螺纹连接的公差配合及构造,应符合有关标准的规定。
    为防止偶然因素的影响而使连接破坏,每个连接部位的受力螺栓、铆钉等,至少需要布置2个。

5.5.3 框支承幕墙立柱截面较小,处于受压工作状态时受力不利,因此宜将其设计成轴心受拉或偏心受拉构件。立柱宜采用圆孔铰接接点在上端悬挂,采用长圆孔或椭圆孔与下端连接,形成吊挂受力状态。

5.5.4 幕墙构件与混凝土结构的连接,多数情况应通过预埋件实现,预埋件的锚固钢筋是锚固作用的主要来源,混凝土对锚固钢筋的粘结力是决定性的。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。目前实际工程中,往往由于未采取有效措施来固定预埋件,混凝土浇注时使预埋件偏离设计位置,影响与立柱的准确连接,甚至无法使用。因此,幕墙预埋件的设计和施工应引起足够的重视。

5.5.5 附录C对幕墙预埋件设计作了一般规定。对于预埋件的要求,主要是根据有关研究成果和现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010。
    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埋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状态,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筋以外,为方便和安全考虑,受弯力臂取外排锚筋中心线之间的距离,并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。这里,Vu0为预埋件单独承受剪力作用时的受剪承载力。
    6.当轴力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。
    承受法向拉力和弯矩的预埋件,其锚筋载面面积计算公式中拉力项的抗力均乘以系数0.8,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折减系数。
    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,作为弯折锚筋所承受的剪力,据此计算其截面面积:

    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研究表明,弯折锚筋的弯折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。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。
    这里规定的预埋件基本构造要求,是把满足常用的预埋件作为目标,计算公式也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fy。要使锚筋应力达到fy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,可按附录(C.0.5)式计算。有时由于la的数值过大,在幕墙预埋件中采用有困难,此时可采用低应力设计方法,即增加锚筋面积、降低锚筋实际应力,从而可减小锚固长度,但不应小于15倍钢筋直径。

5.5.7 当土建施工中未设预埋件、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进行连接。采用后锚固螺栓(机械膨胀螺栓或化学螺栓)时,应采取多种措施,保证连结的可靠性。

5.5.8 砌体结构平面外承载能力低,难以直接进行连接,所以宜增设混凝土结构或钢结构连接构件。轻质隔墙承载力和变形能力低,不应作为幕墙的支承结构考虑。

5.4.1-5.4.3 作用在幕墙上的风荷载、地震作用都是可变作用,同时达到最大值的可能性很小。因此,在进行效应组合时,第一个可变作用的效应应按100%考虑(组合值系数取1.0),第二个可变作用的效应可进行适当折减(乘以小于1.0的组合值系数)。
    在重力荷载、风荷载、地震作用下,幕墙构件产生的内力(应力)应按基本组合进行承载力极限状态设计,求得内力(应力)的设计值,以最不利的组合作为设计的依据。作用效应组合时的分项系数按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50011-2001和《建筑抗震设计规范》GB 50009-2001的规定采用。
    在现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001中规定,当地震作用与风荷载同时考虑时,风的组合值系数取为0.2。由于幕墙暴露在室外,受风荷载影响较为显著,风荷裁作用效应比地震作用效应大,应作为第一可变作用,其组合值系数一般取1.0。地震作用作为第二个可变荷载时,现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50011-2001和《建筑抗震设计规范》GB 50009-2001,都没有规定确切的组合值系数;考虑到幕墙工程中地震作用效应一般不起控制作用,同时考虑到幕墙结构设计的安全性,本规范规定其组合值系数取0.5。
    结构的自重是经常作用的永久荷载,所有的基本组合工况中部必须包括这一项。当永久荷载(重力荷载)的效应起控制作用时,其分项系数γG应取1.35,但参与组合的可变作用仅限于竖向荷载,且应考虑相应的组合值系数,对一般幕墙构件,当重力荷载的效应起控制作用时(γG取1.35),可不考虑风荷载和地震作用;对水平倒挂玻璃及其框架,风荷载是主要竖向可变荷载,此时,风荷载的组合值系数取0.6,与《建筑结构荷载规范》GB 50009-2001的规定一致。当永久荷载作用对结构设计有利时,其分项系数γG应取不大于1.0。
    我国是多地震国家,抗震设防烈度6度以上的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,风荷载和地震作用都应考虑。
    因为本规范仅考虑竖向幕墙和与水平面夹角大于75度、小于90度的斜玻璃幕墙,且抗震设防烈度不大于8度,所以,可不考虑竖向地震作用效应的计算和组合。对于大跨度的玻璃雨篷、通廊、采光顶等结构设计,应符合国家现行有关标准的规定或进行专门研究。
    按照以上说明,幕墙结构构件承载力设计中,理论上可考虑下列典型组合工况:
    1.1.2G+1.0×1.4W
    2.1.0G+1.0×1.4W
    3.1.2G+1.0×1.4W+0.5×1.3E
    4.1.0G+1.0×1.4W+0.5 × 1.3E
    5.1.35G+0.6×1.4W(风荷载向下)
    6.1.0G+1.0×1.4W(风荷载向上)
    7.1.35G
    以上组合工况中,G、W、E分别代表重力荷载、风荷载、地震作用标准值产生的应力或内力。对不同的幕墙构件应采用不同的组合工况,如第5、6项一般仅用于水平倒挂幕墙的设计。另外,作用效应组合时,应注意各种作用效应的方向性,不同方向的作用效应是不能进行组合的。

5.4.4 根据幕墙构件的受力和变形特征,正常使用状态下,其构件的变形或挠度验算时,一般不考虑不同作用效应的组合。因地震作用效应相对风荷载作用效应较小,一般不必单独进行地震作用下结构的变形验算。在风荷载或永久荷载作用下,幕墙构件的挠度应符合挠度限值要求,且计算挠度时,作用分项系数应取1.0。

5.3.2 风荷载计算采用现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定。对于主要承重结构,风荷载标准值的表达可有两种形式,其一为平均风压加上由脉动风引起的结构风振等效风压;另一种为平均风压乘以风振系数。由于结构的风振动计算中,往往是受力方向基本振型起主要作用,因而我国与大多数国家相同,采用后一种表达形式,即采用风振系数βz。风振系数综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应,其中包括风速随时间、空间的变异性和结构自身的动力特性等。
    基本风压ω0是根据全国各气象台站历年来的最大风速记录,统一换算为离地10m高、10min平均年最大风速(m/s),根据该风速数据统计分析确定重现期为50年的最大风速,作为当地的基本风速ν0,再按贝努利公式确定基本风压。
    现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009将基本风压的重现期由以往的30年改为50年,在标准上与国外大部分国家取得一致。经修改后,各地的基本风压并不全是在原有的基础上提高10%,而是根据风速观测数据,进行统计分析后重新确定的。为了能适应不同的设计条件,风荷载计算时可采用与基本风压不同的重现期。
    风荷载随高度的变化由风压高度变化系数描述,其值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009采用。对原规范的A、B两类,其有关参数保持不变;C类系指有密集建筑群的城市市区,其粗糙度指数系数由0.2提高到0.22,梯度风高度仍取400m;新增加的D类系指有密集建筑群且有大量高层建筑的大城市市区,其粗糙度指数系数取0.3,梯度风高度取450m。
    风荷载体型系数是指风荷载作用在幕墙表面上所引起的实际压力(或吸力)与来流风的速度压的比值,它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下静态压力的分布规律,主要与建筑物的体型和尺度有关,也与周围环境和地面粗糙度有关。由于它涉及的是关于固体与流体相互作用的流体动力学问题,对于不规则形状的固体,问题尤为复杂,无法给出理论上的结果,一般均应由试验确定。鉴于原型实测的方法对一般下程设计的不现实,目前只能采用相似原理,在边界层风洞内对拟建的建筑物模型进行测试。
    风荷载在建筑物表面分布是不均匀的,在檐口附近、边角部位较大,根据风洞试验结果和国外的有关资料,在上述区域风吸力系数可取-1.8,其余墙面可考虑-1.0。由于围护结构有开启的可能,所以还应考虑室内压-0.2。所以,幕墙风荷载体型系数可分别按-2.0和-1.2采用。 
    阵风系数βgz是瞬时风压峰值与10min平均风压(基本风压ω0)的比值,取决于场地粗糙度类别和建筑物高度。在计算幕墙面板、横粱、立柱的承载力和变形时应考虑阵风系数βgz,以保证幕墙构件的安全。对于跨度较大的支承结构,其承载面积较大,阵风的瞬时作用影响相对较小;但由于跨度大、刚度小、自振周期相对较长,风力振动的影响成为主要因素,可通过风振系数βz加以考虑。风振动的影响一般随跨度加大而加大。最近国内对支承钢结构的风振系数βz进行了分析和试验研究,提出拉杆和拉索结构的风振系数βz为1.8~2.2。也有些研究建议,当索杆体系跨度为15m至40m时,风振系数取2.0~2.7。
    阵风影响和风振影响在幕墙结构中是同时存在的。一般来说,幕墙面板及其横粱和立柱由于跨度较小,阵风的影响比较大;而对张拉杆索体系和大跨度支承钢结构,风振动的影响较为敏感。由于目前的研究工作和实践经验还不多,对风荷载的动力作用尚不能给出确切的表达方法。因此,本规范仍然采用阵风系数的表达方式。阵风系数βgz的取值,除D类地面粗糙度、40m以下的情况外,多在1.4~2.0之间,大体上与目前大跨度钢结构风振系数的研究成果相接近,不会过大或过小地估计风荷载的动力作用影响。
    当有风洞试验数据或其他可靠的技术依据时,风荷载的动力影响可据此确定。

5.3.3 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,风荷载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,幕墙计算亦可采用该体型系数。
    对高度大于200m或体形、风荷载环境比较复杂的幕墙工程,风荷载取值宜更加准确,因此在没有可靠参照依据时,宜采用风洞试验确定其风荷载取值。高度200m的要求与现行行业标准《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002的要求一致。

5.3.4-5.3.5 常遇地震(大约50年一遇)作用下,幕墙的地震作用采用简化的等效静力方法计算,地震影响系数最大值按照现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001的规定采用。
    由于玻璃面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,考虑动力放大系数βE。按照《建筑抗震设计规范》GB 50011的有关非结构构件的地震作用计算规定,玻璃幕墙结构的地震作用动力放大系数可表示为:

    按照(5.2)式计算,幕墙结构地震作用动力放大系数βE约为5.0。

5.3.6 幕墙的支承结构,如横梁、立柱、桁架、张拉索杆等,其自身重力荷载产生的地震作用标准值,可参照本规范第5.3.4条和5.3.5条的原则进行计算。

5.2.1 目前,国内有关玻璃强度试验的工作不多,强度取值的方法也不统一。玻璃是最有代表性的脆性材料,其破坏特征是:几乎所有的玻璃都是由于拉应力产生表面裂缝而破碎。一直到破坏为止,玻璃的应力、应变都几乎呈线性关系,其弹性模量约为7.2×104N/mm2。但是,其破坏强度有非常大的离散性。
    如图5.1(a)所示,同一批、同尺寸玻璃受弯试件测得的弯曲抗拉强度,其范围为70~160N/mm2,十分分散。实测的强度值与构件尺寸、试验方法、玻璃的热处理和化学处理方式、测试条件(加载速度、持荷时间、周围环境等)都有关系,而且变化很大。图5.1(b)为尺寸改变时玻璃强度的变化情况。

    因此,玻璃的实际强度设计值一般由生产厂家根据试验资料提供给设计人员,作为幕墙玻璃的设计依据。
    日本建筑学会提供的实用设计方法中,给出了玻璃的强度(相当于标准值),如表5.1。日本是按容许应力方法设计的,荷载、强度均采用标准值,设计安全系数K=2.5~3.0。在国内缺乏足够试验数据的情况下,可参考日本的玻璃强度取值为基本数据,再根据国内的安全度要求和多系数表达方法予以调整。
    在日本的玻璃承载力设计方法中,总安全系数K=K1K2,见表5.2。其中,K1为作用分项安全系数,取1.2~1.3;K2为玻璃材料分项系数,可由总安全系数进行换算。

    由此可见,玻璃的安全系数K在2.5~3.0之间。结合我国国情,玻璃的安全系数K取2.5,由于起主要控制作用的风荷载分项系数采用1.4,经换算可得出玻璃材料分项系数K2=1.785。
    因此,本规范中,玻璃的强度设计值fg取为标准值fgk除以K2,即玻璃大面上的强度设计值。
    玻璃的侧面经过切割、打磨打工,产生应力集中,强度有所降低。一般情况下,侧面强度可按大面强度的70%取用。侧面强度对玻璃受弯不起控制作用。在验算玻璃局部强度、连接强度以及玻璃肋的承载力时,会用到侧面强度设计值。
    玻璃大部分是平面外受弯控制其承载力设计,受剪起控制作用的机会较少,因此目前没有再区分玻璃的抗拉、抗剪强度。

5.2.2 铝合金型材的强度设计值取决于其总安全系数,一般取为K=1.8。若K1=1.4,则K2=1.286。所以,相应的强度设计值为:

    铝型材的强度标准值fak,一般取为σp0.2。σp0.2指铝材有0.2%残余变形时所对应的应力值,即铝型材的条件屈服强度。σp0.2可按现行国家标准《铝合金建筑型材》GB/T 5237的规定取用。
    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D.M.Mazzolani《铝合金结构》一书所载:
    英国BSCP118规范,容许应力为:

    德国规范DIN4113,对于主要荷载,安全系数为1.70~1.80。
    美国铝业协会规定建筑物的安全系数为1.65,对于桥梁为1.85。
    鉴于幕墙构件以承受风荷载为主,铝型材强度离散性也较大,所以总安全系数取1.8是合适的。

5.2.3 幕墙中钢材主要用于连接件(如钢板、螺栓等)和支承钢结构,其计算和设计要求应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定进行。

5.2.4 不锈钢材料(管材、棒材、型材)主要用于幕墙的连接件和支承结构,其强度设计值比照钢结构的安全度略有增大,总安全系数约为1.6。

5.2.5 点支承玻璃幕墙所用的张拉杆、索截面尺寸较小,对各种作用比较敏感,宜具有较高的安全度。按照目前国内工程的经验,张拉杆的安全系数可取为2.0,拉索的安全系数可取为2.5。本条的强度设计值换算系数就是按照这一要求得出的。

5.2.8 本条高强钢丝和高强钢绞线的弹性模量按《混凝土结构设计规范》GB 50010取用。钢绞线和钢丝绳是由钢丝加工而成的,其弹性模量与普通钢丝相比会发生一定变化(实际上为等效变形模量),实际工程中宜通过具体试验确定。

5.1.1 幕墙是建筑物的外围护结构,主要承受自重以及直接作用于其上的风荷载、地震作用、温度作用等,不分担主体结构承受的荷载或地震作用。幕墙的支承结构、玻璃与框架之间,须有一定变形能力,以适应主体结构的位移;当主体结构在外荷载作用下产生位移时,不应使幕墙构件产生过大内力和不能承受的变形。 
    幕墙结构的安全系数k与作用的取值和材料强度的取值有关。因此,采用某一规范进行设计时,必须按该规范的规定计算各种作用,同时采用该规范的计算方法和材料强度指标。不允许荷载按某一规范计算,强度又采用另一规范的方法,以免产生设计安全度过低或过高的情况。

5.1.2 玻璃幕墙由面板和金属框架等组成,其变形能力是较小的。在水平地震或风荷载作用下,结构将会产生侧移。由于幕墙构件不能承受过大的位移,只能通过弹性连接件来避免主体结构过大侧移的影响。例如当层高为3.5m,若弹塑性层间位移角限值△up/h为1/70,则层间最大位移可达50mm。显然,如果幕墙构件本身承受这样的大的剪切变形,则幕墙构件可能会破坏。
    幕墙构件与立柱、横梁的连接要能可靠地传递风荷载作用、地震作用,能承受幕墙构件的自重。为防止主体结构水平位移使幕墙构件损坏,连接必须具有一定的适应位移能力,使幕墙构件与立柱、横粱之间有活动的余地。

5.1.3 幕墙设计应区分是否抗震。对非抗震设防的地区,只需考虑风荷载、重力荷载以及温度作用;对抗震设防的地区,尚应考虑地震作用。
    经验表明,对于竖直的建筑幕墙,风荷载是主要的作用,其数值可达2.0~5.0kN/m。因为建筑幕墙自重较轻,即使按最大地震作用系数考虑,一般电只有0.1~0.8kN/m,远小于风荷载作用。因此,对幕墙构件本身而言,抗风设计是主要的考虑因素。但是,地震是动力作用,对连接节点会产生较大的影响,使连接发生震害甚至使建筑幕墙脱落、倒坍。所以,除计算地震作用外,还必须加强构造措施。
    在幕墙工程中,温度变化引起的对玻璃面板、胶缝和支承结构的作用效应是存在的,问题是如何计算或考虑其作用效应。幕墙设计中,温度作用的影响一般通过建筑或结构构造措施解决,而不一一进行计算,实践证明是简单、可行的办法。理论计算上,过去一般仅考虑对玻璃面板的影响,如原规范JGJ 102-96第5.4.3和5.4.4条,分别考虑了年温度变化下的玻璃挤压应力计算和玻璃边缘与中央温度差引起的应力计算。
    当温度升高时,玻璃膨胀、尺寸增大,与金属边框的间隙减小。当膨胀变形大于预留间隙时,玻璃受到挤压,产生温度挤压应力。实际工程中,玻璃与铝合金框之间必须留有一定的空隙(本规范第9章第9.5.2条及第9.5.3条已规定),因此玻璃因温度变化膨胀后一般不会与金属边框发生挤压。例如对边长为3000mm的玻璃面板,在80℃的年温差下,其膨胀量为:

△b=1.0 × 10-5 × 80 × 3000=2.4mm

而玻璃与边框的两侧空隙量之和一般不小于10mm。由此可知:挤压温度应力的计算往往无实际意义,这在原规范JGJ 102-96的应用中已得到普遍反映。因此这次规范修订,不再列入有关挤压温度应力的计算内容。
    另外,大面积玻璃在温度变化时,中央部分与边缘部分存在温度差,从而使玻璃产生温度应力,当玻璃中央部分与边缘部分温度差比较大时,有可能因温度应力超过玻璃的强度设计值而造成幕墙玻璃碎裂。原规范JGJ 102-96第5.4.4条关于温差应力的计算公式如下:

    因此,按照原规范JGJ 102-96的计算方法,当温差不超过15℃时,温度作用不起控制作用。鉴于以上原因,本规范取消了温差应力的计算。
    对于温度变化剧烈的玻璃幕墙工程,应在设计计算和构造处理上采取必要的措施,避免因温度应力造成玻璃幕墙破坏。

5.1.4 目前,结构抗震设计的标准是小震下保持弹性,基本不产生损坏。在这种情况下,幕墙也应基本处于弹性工作状态。因此,本规范中有关内力和变形计算均可采用弹性方法进行。对变形较大的场合(如索结构),宜考虑几何非线性的影响。

5.1. 6 玻璃幕墙承受永久荷载(自重荷载)、风荷载、地震作用和温度作用,会产生多种内力(应力)和变形,情况比较复杂。本规范要求分别进行永久荷载、风荷载、地震作用效应计算;温度作用的影响.通过构造设计考虑。承载能力极限状态设计时,应考虑作用效应的基本组合;正常使用极限状态设计时,作用的分项系数均取1.0。本条给出的承载力设计表达式具有通用意义,作用效应设计值S或SE可以是内力或应力,抗力设计值R可以是构件的承载力设计值或材料强度设计值。
    幕墙构件的结构重要性系数γ0,与设计使用年限和安全等级有关。除预埋件之外,其余幕墙构件的安全等级一般不会超过二级,设计使用年限一般可考虑为不低于25年。同时,幕墙大多用于大型公共建筑,正常使用中不允许发生破坏。因此,结构重要性系数γ0取不小于1.0。
    幕墙结构计算中,地震效应相对风荷载效应是比较小的,通常不会超过风荷载效应的20%,如果采用小于1.0的系数γRE对构件抗力设计值予以放大,对幕墙结构设计是偏于不安全的。所以,幕墙构件承载力抗震调整系数γRE取1.0。
    幕墙面板玻璃及金属构件(如横梁、立柱)不便于采用内力设计表达式,在本规范的相关条文中直接采用与钢结构相似的应力表达形式;预埋件设计时,则采用内力表达形式。采用应力设计表达式时,计算应力所采用的内力设计值(如弯矩、轴力、剪力等),应采用作用效应的基本组合。

5.1.7 当玻璃面板偏离横梁截面形心时,面板的重力偏心会使横梁产生扭转变形。当采用中空玻璃、夹层玻璃等自重较大的面板和偏心距较大时,要考虑其不利影响,必要时进行横梁的抗扭承载力验算。

4.4.1 框支承玻璃幕墙包括明框和隐框两种形式,是目前玻璃幕墙工程中应用最多的,本条规定是为了幕墙玻璃在安装和使用中的安全。安全玻璃一般指钢化玻璃和夹层玻璃。
    斜玻璃幕墙是指和水平面的交角小于90度、大于75度的幕墙,其玻璃破碎容易造成比一般垂直幕墙更严重的后果。即使采用钢化玻璃,其破碎后的颗粒也会影响安全。夹层玻璃是不飞散玻璃,可对人流等起到保护作用,宜优先采用。

4.4.2 点支承玻璃幕墙的面板玻璃应采用钢化玻璃及其制品,否则会因打孔部位应力集中而致使强度达不到要求。

4.4.3 采用玻璃肋支承的点支承玻璃幕墙,其肋玻璃属支承结构,打孔处应力集中明显,强度要求较高;另一方面,如果玻璃肋破碎,则整片幕墙会塌落。所以,应采用钢化夹层玻璃。

4.4.4 人员流动密度大、青少年或幼儿活动的公共场所的玻璃幕墙容易遭到挤压或撞击;其他建筑中,正常活动可能撞击到的幕墙部位亦容易造成玻璃破坏。为保证人员安全,这些情况下的玻璃幕墙应采用安全玻璃。对容易受到撞击的玻璃幕墙,还应设置明显的警示标志,以免因误撞造成危害。

4.4.7 虽然玻璃幕墙本身一般不具有防火性能,但是它作为建筑的外围护结构,是建筑整体中的一部分,在一些重要的部位应具有一定的耐火性,而且应与建筑的整体防火要求相适应。防火封堵是目前建筑设计中应用比较广泛的防火、隔烟方法,是通过在缝隙间填塞不燃或难燃材料或由此形成的系统,以达到防止火焰和高温烟气在建筑内部扩散的目的。
    防火封堵材料或封堵系统应经过国家认可的专业机构进行测试,合格后方可应用于实际幕墙工程。

4.4.8 耐久性,变形能力、稳定性是防火封堵材料或系统的基本要求,应根据缝隙的宽度、缝隙的性质(如是否发生伸缩变形等)、相邻构件材质、周边其他环境因素以及设计要求,综合考虑,合理选用。一般而言,缝隙大、伸缩率大、防火等级高,则对防火封堵材料或系统的要求越高。

4.4.9 玻璃幕墙的防火封堵构造系统有许多有效的做法,但无论何种方法,构成系统的材料都应具备设计规定的耐火性能。

4.4.10 本条文内容参照现行国家标准《高层建筑设计防火规范》GB 50045,增加了有关防火玻璃裙墙的内容。计算实体裙墙的高度时,可计入钢筋混凝土楼板厚度或边粱高度。

4.4.11 本条内容参照现行国家标准《高层建筑设计防火规范》GB 50045,增加了一些具体的构造做法。幕墙用防火玻璃主要包括单片防火玻璃,以及由单片防火玻璃加工成的中空玻璃、夹层玻璃等。

4.4.12 为了避免两个防火分区因玻璃破碎而相通,造成火势迅速蔓延,规定同一玻璃板块不宜跨越两个防火分区。

4.4.13 玻璃幕墙是附属于主体建筑的围护结构,幕墙的金属框架一般不单独作防雷接地,而是利用主体结构的防雷体系,与建筑本身的防雷设计相结合,因此要求应与主体结构的防雷体系可靠连接,并保持导电通畅。
    通常,玻璃幕墙的铝合金立柱,在不大于10m范围内宜有一根柱采用柔性导线上、下连通,铜质导线截面积不宜小于25mm,铝质导线截面积不宜小于30mm
    在主体建筑有水平均压环的楼层,对应导电通路立柱的预埋件或固定件应采用圆钢或扁钢与水平均压环焊接连通,形成防雷通路,焊缝和连线应涂防锈漆。扁钢截面不宜小于5mm×40mm,圆钢直径不宜小于12mm。
    兼有防雷功能的幕墙压顶板宜采用厚度不小于3mm的铝合金板制造,压顶板截面不宜小于70mm2(幕墙高度不小于150m时)或50mm(幕墙高度小于150m时)。幕墙压顶板体系与主体结构屋顶的防雷系统应有效的连通。

4.3.1 在安全、实用、美观的前提下,便于制作、安装、维修、保养及局部更换,是玻璃幕墙的构造设计应该满足的原则要求。

4.3.2 玻璃幕墙的水密性直接关系到幕墙的使用功能和耐久性。为提高玻璃幕墙的水密性能,要求其接缝部位尽可能按雨幕原理进行设计。由于缝隙腔内、外的气压差是雨水渗漏的主要动力,因此要求接缝空腔内的气压与室外气压相等,以防止内、外空气压力差将雨水压入腔内。

4.3.3 玻璃幕墙的墙面大、胶缝多,建筑室内装修对水密性和气密性要求较高,如果所用胶的质量不能保证,将产生严重后果,所以应采用密封性和耐久性都较好的硅酮建筑密封胶。同理,幕墙的开启缝隙亦应采用性能较好的橡胶密封条。
    对全玻幕墙等依靠胶缝传力的情况,胶缝应采用硅酮结构密封胶。

4.3.4 玻璃幕墙的立面有雨篷、压顶及突出墙面的建筑构造时,如果这些部位的水密性设计不当,将容易发生渗漏,所以应注意完善其结合部位的防、排水构造设计。

4.3.5 保温材料受潮后保温性能会明显降低,所以保温材料应具有防潮性能,否则应采取有效的防潮措施。

4.3.6 为了适应单元间的伸缩位移和便于拆卸, 目前单元式玻璃幕墙的单元间多采用对插式组合杆件,相邻单元板块纵横接缝处的十字形部位,容易出现内外直通的情况,所以应采用防渗漏封口构造措施。通常,对插构件的截面可设计成多腔形式,单元间的拼接缝隙采用橡胶密封条等封堵措施和必要的导排水措施。

4.3.7 为了适应热胀冷缩和防止产生噪声,构件式玻璃幕墙的立柱与横梁连接处应避免刚性接触;隐框幕墙采用挂钩式连接固定玻璃组件时,在挂钩接触面宜设置柔性垫片,以避免刚性接触产生噪声,并可利用垫片起弹性缓冲作用。

4.3.8 不同金属相互接触处,容易产生双金属腐蚀,所以要求设置绝缘垫片或采取其他防腐蚀措施。在正常使用条件下。不锈钢材料不易发生双金属腐蚀,—般可不要求设置绝缘垫片。

4.3.9 玻璃幕墙的拼接胶缝应有一定的宽度,以保证玻璃幕墙构件的正常变形要求。必要时玻璃幕墙的胶缝宽度可参照下式计算,但不宜小于本条规定的最小值。

4.3.10 玻璃幕墙表面与建筑物内、外装饰物之间是不允许直接接触的,否则由于玻璃变形和位移受阻,容易导致玻璃开裂。一般留缝宽度不宜小于5mm,并应采用柔性材料嵌缝。

4.3.11 明框幕墙玻璃下边缘与槽底间采用2块硬橡胶垫块承托,比全长承托效果好,但承托面积不能太少,否则压应力太大会使橡胶垫块失效。垫块也不能太薄,否则可被压缩的量太小,玻璃位移将受到限制,也可使玻璃开裂。

4.3.12 本条文主要参考日本建筑学会制订的《建筑工程标准 幕墙工程》(JASS-14)。
    利用公式(4.3.12)进行验算举例:
    假定明框幕墙层高为3000mm,每块玻璃高1000mm、宽1200mm;玻璃和铝框的配合间隙 c1和c2均为5mm,考虑到施工偏差,验算时c1和c2均取为3.5mm;考虑抗震设计。则公式(4.3.12)的左端为:

    计算表明,满足本条公式要求,幕墙玻璃不会被挤坏,可认为c1、c2取5mm是合适的。
    玻璃边缘至边框、槽底的间隙,除应符合本条要求外,尚应符合本规范第9.5.2条、9.5.3条的有关规定。

4.3.13 主体建筑在伸缩、沉降等变形缝两侧会发生相对位移,玻璃板块跨越变形缝时容易破坏,所以幕墙的玻璃板块不应跨越主体建筑的变形缝,而应采用与主体建筑的变形缝相适应的构造措施。

4.2.1 玻璃幕墙性能要求的高低和建筑物的性质、重要性等有关,故在本条中增加了建筑类别的提法。至于性能,应根据建筑物的高度、体型、建筑物所在地的地理、气候、环境等条件进行设计,与原标准JGJ 102-96相同。

4.2.2 玻璃幕墙的抗风压、气密、水密、保温、隔声性能分级,在现行同家标准《建筑幕墙物理性能分级》GB/T 15225中已有规定。平面内变形性能分级在修订后的GB/T 15225中将作规定。

4.2.3 玻璃幕墙的抗风压性能根据现行国家标准《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T 15227所规定的方法确定。幕墙的抗风压性能是指幕墙在与其相垂直的风荷载作用下,保持正常使用功能、不发生任何损坏的能力。幕墙抗风压性能的定级值是对应主要受力杆件或支承结构的相对挠度值达到规定值时的瞬时风压,即3秒钟瞬时风压。幕墙的抗风压性能应大于其所承受的风荷载标准值。

4.2.4 玻璃幕墙的气密性能,是根据现行国家标准《建筑幕墙空气渗透性能检测方法》GB/T 15226的规定确定的。幕墙的气密性能是指在风压作用下,其开启部分为关闭状况时,阻止空气透过幕墙的性能。在有采暖、通风、空气调节要求的情况下,由玻璃幕墙空气渗透所形成的能耗不容忽视,应尽可能作到气密。为了适应正在修改的分级标准的情况,本标准中规定的是等级,不是限值。

4.2.5 玻璃幕墙的水密性关系到幕墙的使用功能和寿命。水密性要求与建筑物的重要性、使用功能以及所在地的气候条件有关。原规范JGJ 102-96中水密性的风压取值为标准风荷载除以2.25。由于《建筑结构荷载规范》GB 50009规定的阵风系数与高度、地面粗糙度有关,不再是单一系数2.25,所以本规范中玻璃幕墙的水密性能设计也作了相应修改,但仍然不考虑阵风系数的影响,即水密性以10分钟平均风压(而不是3秒钟的瞬时风压)作为定级依据。
    本条公式中的系数1000为kN/m和Pa的换算系数。由于只有在正风压下才会发生雨水渗漏,所以体型系数取值为1.2(大面的1.0,再加上室内压0.2)。边角的负压区不予考虑。
    在沿海受热带风暴和台风袭击的地区,大风多同时伴有大雨。而其他地区刮大风时很少下雨,下雨时风又不是最大,因而原规范对一般地区的水密性取值偏大。所以本规范提出其他地区可按本条公式计算值的75%进行设计。由于幕墙面积大,一旦漏雨后不易处理,故要求幕墙的水密性能至少应达到高性能窗的要求,即达到700Pa。
    热带风暴和台风多发地区,是指《建筑气候区划标准》GB 50178中的Ⅲ和ⅣA地区。

4.2.6 玻璃幕墙平面内变形,是由于建筑物受风荷载或地震作用后,建筑物各层间发生相对位移时,产生的随动变形,这种平面内变形对玻璃幕墙造成的损害不容忽视。玻璃幕墙平面内变形性能,应区分是否抗震设计,给出不同要求。地震作用时,近似取主体结构在多遇地震作用下弹性层间位移限值的3倍为控制指标。
    根据《建筑抗震设计规范》GB 50011和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002的规定,在风荷载或多遇地震作用下,主体结构楼层最大弹性层间位移角限值如表4.1。层间位移角即楼层层间位移与层高的比值。

4.2.7 有保温要求的玻璃幕墙,如不采用中空玻璃是难以达到要求的,必要时还要采用隔热铝型材、Low-E玻璃等以提高保温性能。有隔热要求的玻璃幕墙,主要应考虑遮挡太阳辐射,遮阳的形式很多,可根据实际情况进行选择。

4.2.8 玻璃幕墙的隔声性能应根据律筑物的使用功能和环境条件进行设计。不同功能的建筑所允许的噪声等级可根据《民用建筑隔声设计规范》GBJ 118的规定确定。幕墙的隔声性能应为室外噪声级和室内允许噪声级之差。

4.2.9 本条规定引自现行国家标准《玻璃幕墙光学性能》GB/T 18091,该标准对玻璃幕墙的有害光反射及相关光学性能指标、技术要求、试验方法和检验规则进行了具体规定。

4.2. 10 由于抗风压性能、气密性能和水密性能是所有玻璃幕墙应具备的基本性能,因此是必要检测项目。有抗震要求时,可增加平面内变形性能检测。有保温、隔声、采光等要求时,可增加相应的检测项目。

4.2.12 幕墙性能检测中,由于安装施工的缺陷,使某项性能未达到规定要求的情况时有发生,这种缺陷有可能弥补,故允许对安装施工工艺进行改进,修补缺陷后重新检测,以节省人力、物力,但要求检测报告中说明改进的内容,并在实际工程中,按改进后的安装施工工艺进行施工。由于材料或设计缺陷造成幕墙性能未达到规定值域时,必须修改设计或更换材料,所以应重新制作试件,另行检测。

4.1.1~4.1.2 玻璃幕墙的建筑设计是由建筑设计单位和幕墙设计单位共同完成的。建筑设计单位的主要任务是确定幕墙立面的线条、色调、构图、玻璃类别、虚实组合和协调幕墙与建筑整体、与环境的关系,并对幕墙的材料和制作提供设计意图和要求。幕墙的具体设计工作往往由幕墙设计单位(一般是幕墙公司)完成。
玻璃幕墙的选型是建筑设计的重要内容,设计者不仅要考虑立面的新颖、美观,而且要考虑建筑的使用功能、造价、环境、能耗、施工条件等诸因素。

4.1.3 玻璃幕墙的分格是立面设计的重要内容,设计者除了考虑立面效果外,必须综合考虑室内空间组合、功能和视觉、玻璃尺度、加工条件等多方面的要求。

4.1.5 玻璃幕墙作为建筑的外围护结构,本身要求具有良好的密封性。如果开启窗设置过多、开启面积过大,既增加了采暖空调的能耗、影响立面整体效果,又增加了雨水渗漏的可能性。JGJ 102-96中,曾规定开启面积不宜大于幕墙面积的15%,即是这方面的考虑。但是,有些建筑,比如学校、会堂等,既要求采用幕墙装饰,又要求具有良好的通风条件,其开启面积可能超过幕墙面积的15%。因此,本次修订对开启面积不再做定量规定。实际幕墙工程中,开启窗的设置数量,应兼顾建筑使用功能、美观和节能环保的要求。
    开启窗的开启角度和开启距离过大,不仅开启扇本身不安全,而且增加了建筑使用中的不安全因素(如人员安全)。

4.1.6 高度超过40m的大型幕墙,其清洁和维护工作,已经难以借助消防升降梯和其他设施进行,因此要求尽可能设置清洗设备。