關(guān)于建筑幕墻設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題的思考—審圖工作與學(xué)習(xí)札記

　�、� 玻璃幕墻中的大門門套鋼骨架要承受較大的水平荷載，不宜設(shè)計(jì)成獨(dú)立懸臂型式，特別是當(dāng)其上部玻璃幕墻較高（例如二層樓板開大洞，幕墻連跨兩層）時(shí)，最好結(jié)合起來，采用兩端簡支的通長的立柱，可采用單肢型鋼，必要時(shí)也可采用鋼桁架｡可參看拙文[1]中的實(shí)例｡如果一定要采用懸臂形式，要特別注意其底部錨固的可靠性｡有的門套的懸臂骨架寬800mm，只有一排地腳螺栓可以固定在地梁上，而另一排落在建筑地面面層，這是錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)｡

　�、� 有的玻璃幕墻設(shè)計(jì)說明：“中空玻璃的二道密封應(yīng)采用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠｡應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11944中的有關(guān)規(guī)定”｡這不夠全面｡對于隱框和半隱框玻璃幕墻，中空玻璃兩層之間的結(jié)構(gòu)膠寬度尚應(yīng)通過計(jì)算確定，并在圖紙中明確要求，如僅按GB/T11944-2002的構(gòu)造規(guī)定，膠縫寛度取5~7mm，可能不滿足抗風(fēng)計(jì)算要求｡

　　③有些幕墻采用后置錨栓，其植入深度僅100~140mm，如錨栓是用于抗拉拔或拉剪復(fù)合受力的，則不符合要求｡按后錨固技術(shù)規(guī)程[2]7.0.1條，“有抗震設(shè)防要求的……應(yīng)選用化學(xué)植筋和能防止膨脹片松弛的擴(kuò)孔型錨栓或扭距控制式膨脹型錨栓，不應(yīng)選用錐體與套筒分離的位移控制式膨脹型錨栓”｡該規(guī)程7.0.3條規(guī)定，受拉的化學(xué)植筋，其最小有效錨固深度是22~24倍錨栓直徑（對于C30砼）｡顯然，上述設(shè)計(jì)植深與此不符｡

　　有的施工單位或監(jiān)理工程師援引玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[3]第5.5.7條第3款，它只是要求“應(yīng)進(jìn)行承載力現(xiàn)場試驗(yàn)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行極限拉拔試驗(yàn)”；該條的條文說明稱“后錨固螺栓”包括“機(jī)械膨脹螺栓或化學(xué)螺栓”，并沒有進(jìn)一步的規(guī)定；因此認(rèn)為只要拉拔試驗(yàn)過關(guān)，就是合格的了｡這種看法有幾點(diǎn)需要商榷：首先，技術(shù)規(guī)范[3]和規(guī)程[2]都是我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ系列，其級別平行，內(nèi)容相關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)都要遵守，不能顧此失彼；兩者不完全一致時(shí)，應(yīng)以后發(fā)布的規(guī)程[2]為準(zhǔn)｡其次，錨栓拉拔破壞往往不是因膠結(jié)料的粘結(jié)力不足，而是因砼錨固體的沖切錐面破裂而拔出，如果拉拔試驗(yàn)用的反力架的內(nèi)徑小于沖切錐體外徑時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果就不真實(shí)｡再次，膠結(jié)料的老化期限短于主體結(jié)構(gòu)合理使用壽命，膠結(jié)料老化后，錨栓的承載力也將下降｡最后，拉拔試驗(yàn)是靜力作用，而某些類型的錨栓在風(fēng)振或地震作用下可能松動(dòng)而失效｡

　　上述技術(shù)規(guī)范[3]第5.5.7條的條文說明原句是“采用后錨固螺栓（機(jī)械膨脹螺栓或化學(xué)螺栓）時(shí)，應(yīng)采取多種措施，保證連結(jié)的可靠性｡”究竟要采取哪些措施?沒有詳說｡竊以為可包括：a）改變錨版形式，使部分錨栓處于受剪狀態(tài)（圖1）；b）部分錨栓改用對穿螺栓，錨固在梁或墻背面的墊板上（圖2）；c）當(dāng)錨固件受力較小時(shí)，錨栓直徑按構(gòu)造要求取值，往往遠(yuǎn)大于計(jì)算所需，這時(shí)，可按技術(shù)規(guī)范[3]附錄C算出所需錨栓直徑，再乘以規(guī)程[2]表7.0.3規(guī)定的倍數(shù)，驗(yàn)算所需有效錨固深度｡當(dāng)然，最好是按技術(shù)規(guī)范[3]第5.5.4條的要求“，……應(yīng)通過預(yù)埋件連接，預(yù)埋件應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)混凝土施工時(shí)埋入”，而避免采用后錨固螺栓，省錢省事又可靠｡

　�、� 石材幕墻的石板材一般采用上下兩邊短掛板或通長掛板支承于橫梁上，其全部水平荷載經(jīng)由橫梁傳遞，但計(jì)算書中，橫梁按三角形加載，誤｡有的同志解釋稱：石材幕墻自重大，橫梁僅在風(fēng)荷載作用下按三角形加載，誤差不是太大，計(jì)算軟件也無法做到面面俱到｡

　　筆者以為這樣解釋不能成立｡25mm厚的石板材自重0.675kN/m2，豎向作用；風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（以B類地面粗糙度､樓高30m為例）約為1.20kN/m2，沿水平方向作用；顯然橫梁的組合彎矩以水平風(fēng)荷載作用為主｡再說對于水平風(fēng)荷載產(chǎn)生的跨中彎矩MY而言，在通槽支承條件下，均布加載效應(yīng)是三角形加載效應(yīng)的1.5倍，可見其影響是舉足輕重的｡至于現(xiàn)有計(jì)算軟件能否做到，那是另一回事，找不到合適的軟件，手算補(bǔ)充總可以嘛｡

　�、� 按石材幕墻技術(shù)規(guī)范[4]第5.3.7條規(guī)定：“試驗(yàn)中任一試件的彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)值低于8MPa時(shí)，該批花崗巖板不得用于幕墻”｡這里的“8MPa”應(yīng)是從花崗巖板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值一般取fg1=3.7MPa，乘以2.15反算而來的｡由于石板強(qiáng)度試驗(yàn)的試件只要5塊/每組，屬于“小樣本”，無法按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)差，所以取試件強(qiáng)度的最小值作為其標(biāo)準(zhǔn)值（即所謂“平均值”，參看該條文說明），而不應(yīng)把“彎曲強(qiáng)度平均值”理解為5塊試件的算術(shù)平均值｡現(xiàn)在的問題是有的設(shè)計(jì)者遇到石材計(jì)算應(yīng)力超限時(shí)，不是去修改設(shè)計(jì)，減小石板材的平面尺寸或加大其厚度，而是任意提高石材的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)值｡例如有一份設(shè)計(jì)，其石板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fg1取6MPa，于是它的彎曲強(qiáng)度平均值應(yīng)取fgm=6×2.15≈13MPa｡根據(jù)上述規(guī)定精神，這時(shí)應(yīng)當(dāng)要求“試驗(yàn)中任一試件的彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)值不得低于13MPa，否則該批花崗巖板不得用于本幕墻”｡

　　⑥ 石材幕墻的橫梁多采用L50角鋼｡因角鋼都不是對稱斷面，在計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將外荷載分解到截面的形心主軸上計(jì)算，再將同一位置的應(yīng)力予以疊加｡這是因?yàn)橐?guī)范[4]的公式（5.6.3）是針對截面形心主軸導(dǎo)出的｡但該規(guī)范條文及其說明中都未予明確指出，容易引起誤解（詳請參看拙文[5]）｡有的同行以為，石材幕墻角鋼橫梁的跨度不大，一般不會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，按重力和風(fēng)荷載各自受力方向的力學(xué)性能計(jì)算，誤差應(yīng)該不大；其實(shí)，在拙文[5]計(jì)算實(shí)例中并未計(jì)及扭矩和扭轉(zhuǎn)變形；如果石板重力實(shí)際產(chǎn)生的扭矩較大時(shí)，選用角鋼型號尚應(yīng)適當(dāng)留有余地｡還有的同行認(rèn)為，文[5]的算例也許是特例，一般的角鋼橫梁不會(huì)有那樣的誤差；筆者為此進(jìn)行了試算：取Mx/My=0.0~1.0，先按x､y軸計(jì)算得截面最大組合應(yīng)力σ，再投影到形心主軸上計(jì)算得σz，于是得σz/σ比值與Mx/My比值的對應(yīng)關(guān)系如下表1：

　　筆者還用同樣的方法算得qkx/qky比值與fz/f比值的對應(yīng)關(guān)系如下表2：

　　表2中，qkx､qky分別為水平荷載與豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值，fz､f分別為按投影到形心主軸上計(jì)算和按x､y軸計(jì)算所得的跨中最大撓度值｡

　　由上可見，是否投影到形心主軸上計(jì)算，就截面最大應(yīng)力而言，誤差為12.5%~37.6%；而對于簡支梁撓度來說，誤差可達(dá)76.9%~142.2%｡不容忽略｡

　　上列兩表還可用于：先對x､y軸計(jì)算出σ和f值，再分別乘以表中與Mx/My或qkx/qky對應(yīng)的比值σz/σ或fz/f，即得σz和fz值｡

　　⑦ 一些跨度較大的玻璃幕墻立柱常采用鋁型材加鋼套芯｡由于安裝和絕緣處理的需要，鋁材與套芯之間必留有間隙，有的設(shè)計(jì)者把兩者按彈性模量加權(quán)取和，并折算為單一材料（鋁合金）截面進(jìn)行核算，不合理且不安全｡還有人主張按兩者的剛度比來分配所承受的外荷載，各自核算，但要求解決：1.鋁-鋼材之間的電腐蝕問題；2.要保證兩者間緊密接觸共同工作｡然而，這兩點(diǎn)是矛盾的，無法兼顧｡筆者認(rèn)為，合理的核算方法只能是：承認(rèn)兩者之間存在間隙（包括絕緣層的壓縮變形），鋁材直接受荷，先產(chǎn)生撓度，然后才接觸到并傳荷給鋼芯套，使芯套受彎｡也就是說，鋼芯套的受力滯后于鋁材｡詳請參看拙文[6]｡

　　計(jì)算表明，由于鋁型材撓度限值（L/180）較鋼型材（L/250）寬松[7]，所以間隙的存在，并不一定是使構(gòu)件的總承載力降低｡當(dāng)型材截面相同而跨度較大時(shí)，總承載力一般由鋼芯套的最大撓度控制，間隙愈大，愈能發(fā)揮鋁型材的作用，總承載力也愈大；反之，當(dāng)型材截面相同而跨度較小時(shí)，間隙愈大，總承載力愈小｡不過，間隙（特別是絕緣層的壓縮變形）的大小難以掌控和預(yù)計(jì)，鋼芯套的銹蝕也難以檢查和消除，所以說這種“鋁材加鋼芯”的做法不宜采用，更不宜提倡｡最近還有人說，鋁型材強(qiáng)度或剛度不足時(shí)，可以再內(nèi)插鋁芯，筆者認(rèn)為這也不現(xiàn)實(shí)；與其內(nèi)插鋁芯，不如加大鋁型材的壁厚｡實(shí)用的做法可能是：改用鋼材為主要型材，外包薄鋁板僅作為裝飾，不受力｡這樣，既解決了兩種型材存在間隙，受力不明確的矛盾；又可避免鋼材銹蝕不易檢測的問題｡

　�、� 關(guān)于干掛石材幕墻風(fēng)荷載體型系數(shù)取值問題｡有的同志認(rèn)為，干掛石材幕墻內(nèi)也存在孔口和縫隙，所以也要考慮內(nèi)表面風(fēng)壓，合并取±1.2｡筆者對此有不同看法：石材幕墻的“內(nèi)表面”實(shí)際是面對著石板與內(nèi)部填充墻（或砼剪力墻）之間的空間，它與室內(nèi)空間一般是隔絕的，而干掛石板本身的縫隙只能使石材幕墻內(nèi)表面與室外空間連通，從而起平衡作用，減小幕墻承受的風(fēng)荷載｡因此筆者主張石材幕墻風(fēng)荷載體型系數(shù)取±1.0｡當(dāng)然，取1.2計(jì)算，偏于安全，也無可厚非｡

　　以上個(gè)人看法，謬誤之處尚祈批評指正｡