幕墙设计中的一些问题及解释文档格式.docx
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已经进行过许多振动台试验和平面内反复位移试验，试验结果表明：
即使钢横梁和立柱之间采用焊接，钢角码和预埋件采用焊接，幕墙也可以达到1/100以上的大位移而不破损，完全满足抗风和抗震的要求。
在钢结构房屋的幕墙中，采用焊接连接的部位就会更多一些。
因此JGJ102-2003中已取消了限制采用焊接的条文，正在修订中的JGJ133规范增补了对焊接连接的要求。
1.3尺寸的含义
在幕墙相关的条文中常常用到的尺寸的数值，如板厚、截面尺寸等，计算公式中更少不了尺寸的符号，这些尺寸在规范中除特别标明者外，均指的是公称尺寸，也就是设计的、标准的尺寸。
规定有允许偏差的尺寸，其实际尺寸应在规定的最大极限尺寸和最小极限尺寸的范围内。
如复合铝板面板厚度规定为0.5mm，而国家标准规定铝板厚度允许偏差为正负0.02mm，则意味着厚度在0.48mm~0.52mm范围内的产品均属合格品。
允许有正负偏差出现的尺寸，实际量测时，正常状态下会是正偏差和负偏差均有机会出现，不会全部是负偏差的尺寸。
当然，在某些特殊生产工艺要求情况下，可能在某些批次产品上出现负偏差较多的情况。
例如铝型材生产过程中，模具因磨耗而开口部分越来越宽，使得铝型材壁厚越来越厚，所以制作挤压模具时开口尺寸有意偏小一点，使用过程中开口会逐渐扩大。
所以初期批次的铝型材壁厚负偏差较多，以后批次则逐渐趋于正常分布。
一般情况下，规定有正负偏差时，不应故意生产和使用全部为负偏差尺寸的产品。
有些工程的铝板板厚现场检验，大部分或者全部测量值均为负偏差，但在允许偏差范围内。
这些铝板虽然仍可认为是合格产品，但是属于“打擦边球”，不宜提倡。
1.4正确理解和执行规范
1.4.1规范没有涉及的问题怎么办
工程技术规范是已有成熟经验的总结，而不是对未来技术发展的展望。
规范制定的原则是列入成熟的技术，成熟一条写一条。
尚在发展中的新技术、试用中的新技术暂不列入。
待应用较广泛、积累较可靠的经验、确有依据之后，再行列入。
因此，规范并不限制新技术的应用，规范未列入的内容，只要是规范未禁止采用的，一般可以在工程中应用，在应用中总结经验，使它成熟起来。
认为凡是规范未列入的技术不应采用的看法是不妥当的。
当然，采用规范没有列入的新技术，应有充分依据，稳妥可靠，并且幕墙公司应承担相应的技术责任。
1.4.2并不是规范条文都无条件执行
规范条文规定的严格性是不同的，应分别掌握，不能一律从严。
规范的条文分为强制性条文和一般性条文。
强制性条文用黑体字印刷，行文采用“必须”、“应”、“不得”、“严禁”等文字进行最严格的限制，强制性条文必须执行，所作规定必须遵守。
一般性条文用宋体字印刷，其严格程度稍作放松。
一般性条文用词为“应”、“宜”、“可”（相应反面词为“不应”、“不宜”、“可不”）三个等级，要区别对待。
采用“应（不应）”等级的规定，正常情况下要执行；
采用“宜（不宜）”的规定，优先采用；
采用“可（可不）”等级的规定，可以灵活掌握，选择采用。
认为只要规范条文涉及到的事项都一律按“必须”执行，不得偏离的看法是不妥当的。
1.4.3要以最新规定为准
由于各技术规范均在不断修改、更新，而各本规范不可能同时修订、同时颁布，总是轮流先后更替，因此，在规范应用中，采用“以最新版本为准“的原则。
在技术规范条文中，凡是引用相应规范时，如果只标明所引用相关标准的编号而无发布年份的，则以最新颁布的版本为准，随相关标准新版本的发表而变更，无须特别说明。
不同规范中对相同事物的规定，以最新规定为准。
JGJ102-2003中，对梁柱连接、上下柱连接、立柱与主体结构连接的规定已作修改，这与JGJ133的相应内容是相通的，目前JGJ133正在按JGJ102-2003修改。
所以，铝板幕墙、石材幕墙的横梁、立柱应执行JGJ102-2003的相应规定。
1.4.4超出规范适用范围的幕墙怎么办
规范的适用范围不等于该项技术的适用范围。
由于规范是成熟技术的总结，只能是归纳总结量大面广、使用较多、技术成熟的经验，所以规范总则中有“本规范适用于……”的适用范围的规定。
在规范适用范围内的工程，可以采用规范的相应规定进行设计、施工而无需其它专门的措施。
反之，超出了适用范围时，除应遵守规范中的有关规定外，尚应采取其它更有效的技术措施，保证幕墙的结构安全和建筑功能满足要求。
必要时可以进行技术论证。
2材料
2.1不锈钢型材和不锈钢板
不锈钢并不是绝对不生锈的钢，而是有较强抗腐蚀能力、难生锈的钢。
不锈钢的抗腐蚀能力取决于其镍铬含量和微量元素。
因此在实际选用不锈钢时，应注意不同牌号的合金成份。
幕墙中宜采用表1、表2的不锈钢材料。
表1不锈钢型材合金成分
类型
牌号
镍铬总量%
镍含量%
奥氏体
304
0Cr18Ni9
27
9
316
0Cr17Ni12Mo2
29
12
表2不锈钢板合金成分
317
0Cr19Ni13Mo3
32
13
325
0Cr21Ni23Mo5N
44
23
奥氏体—铁素体
329
00Cr24Ni6Mo3N
30
6
铁素体
447
00Cr30Mo2
--
用于幕墙的不锈钢型材和板材，镍铬总含量不宜低于25%。
奥氏体不锈钢中，镍含量还不应小于8%。
2.2单层铝板的厚度
原JGJ133-2001中对铝板厚度不小于2.5mm的规定，是适用于当时采用的0XXX系列的纯铝板和3XXX系列的合金铝板，其强度较低。
近年来5XXX系列高强合金铝板已在国内外工程中采用，所以修订中的JGJ133规范采用了按铝板强度决定其基板的最小厚度（表3）。
表3单层铝板的基板厚度（mm）
铝板屈服强度σ0.2（N/mm2）
<
100
100≤σ0.2＜150
≥150
铝板基板的厚度
≥3.0
≥2.5
≥2.0
不同牌号的铝板强度不同，但弹性模量基本相同，所以高强合金铝板采用较小的板厚时，要加密肋条，减小加强肋的间距，以保证面板的刚度和表面平整度。
2.3石材面板的分类和名称
石材面板的分类和名称可按两个系统予以界定。
2.3.1岩石的地质学分类（GB/T13890）
石材的容重、吸水率、放射性水平等物理性能，取决于岩石的地质学分类，可按国家标准《天然饰面石材术语》GB/T13890规定（表4）。
规范中，按此种分类时均称为“岩”。
表4构成石材面板的岩石
分类
岩浆岩
沉积岩
变质岩
喷出岩
浅成岩
深成岩
钙镁质
硅质
岩石名称
玄武岩
辉绿岩
花岗岩
橄榄岩
辉长岩
闪长岩
石灰岩
白云岩
凝灰岩
页岩
砂岩
砾岩
大理岩
片麻岩
2.3.2石材面板的商品分类（GB/T17670）
在石材市场上，习惯了一种商品分类、编号的办法，它按国家标准《天然石材统一编号》GB/T17670进行，这种分类将晶粒相似、花纹相似的石材，以其外观感觉归并为一类，不管其岩石的形成过程和化学成分。
这种分类方法便于幕墙选用商品石材。
按这种分类时，规范中称之为“石”或“XX石类型”（表5）。
表5工作常用幕墙石材面板的类型
商业类型
花岗石
大理石
板石
编号
GXXXX
MXXXX
SXXXX
类型中包括的
岩石
岩浆岩全部
变质岩中的片麻岩
沉积岩中的石灰岩、白云岩，变质岩中的大理岩
砂岩、凝灰岩等
2.4石材防水剂的选用
表面防水处理材料可采用有机硅材料或有机氟材料。
有机硅材料防水性能好，抗氧化、抗静电，但常偏碱性；
有机氟材料抗氧化、防水、抗油、防污，且多为中性，但价格稍高，防水性能稍逊于有机硅防水材料。
有些工程两者兼用，各刷一层。
除非建筑上有特别要求，一般应选用透气的、不成膜的防水材料，防水材料不应改变石材的颜色和表面光泽。
防水剂目前耐久性约为5年，应要求厂家提供使用寿命检验证明。
防水剂应有可再涂刷性能，以便日后补涂。
3建筑设计
3.1防火、隔烟设计
3.1.1楼面和竖向耐火墙
1.楼面耐火墙
楼面外缘应有耐火时间不低于1.0小时、高度不小于800mm的楼面耐火墙，楼面耐火墙的位置可在楼面标高之上、跨越楼面标高或在楼面标高之下。
可以计入这个耐火墙高度的部件有：
不燃烧的实体裙墙；
楼面边缘的钢筋混凝土梁板；
由耐火材料组成的防火裙墙；
防火玻璃板。
2.竖向耐火墙
室内防火隔墙（防火隔断）到楼面边缘处与幕墙相交，两侧应有耐火极限不低于1.0小时，宽度不小于1.0m的竖向耐火墙。
可计入这竖向耐火墙宽度的部件有：
实体混凝土墙或砌体墙；
玻璃幕墙的防火玻璃面板。
3.1.2层间的防烟封堵
楼层是防火单元，层间防烟封堵主要作用是在幕墙被烧坏之前，防止烟雾从下一楼层通过幕墙与主体结构之间的空隙向上一层窜入。
幕墙本身由铝型材、玻璃、铝板组成，不具备耐火能力，火灾后很快被烧毁，所以只要求防烟封堵在幕墙烧毁前的0.5~1.0小时内起防烟作用。
幕墙烧毁后，防烟封堵不再起作用，所以防烟封堵有1.0小时的耐火极限已经足够。
防烟封堵做法可以有许多种，并不局限于采用防火岩棉，例如还可以采用8mm或10mm的单层防火玻璃，只要达到1.0小时的防火要求，密实而不让烟雾穿过即可。
防烟封堵要求每层一道，有些设计做两道也是可以的。
采用防火岩棉时，由水平托板支承，岩棉的厚度不应小于100mm。
防烟封堵的岩棉要求充填密实，不让烟雾穿过。
有工程理解为要防火岩棉充填整个窗下墙后的空间，这是不正确的，可能是将窗下面板后面竖向布置的玻璃棉保温材料误认为是防烟岩棉了。
实际上防烟岩棉封堵是水平布置的，厚度为100mm的那一部分。
面板背后竖向分布、作为保温材料的玻璃棉并不具备防火性能，不能作为防烟封堵使用，更不能据此提出“防烟岩棉必须填满整个窗下墙”的不合理要求。
即使需要在玻璃面板后面设置保温层，也要离开玻璃面板，形成较大的空间，绝不能“填充密实”，否则会因阳光透射积累热量使玻璃温度升高而开裂。
3.1.3实体墙面上的防烟封堵
连续多层的实体墙面本身不透烟，因此不要求层间必须布置水平防烟封堵。
不设水平的层间烟堵时，门窗洞口的边缘四周应进行防烟封堵，防止烟雾从门窗四周侧面窜入室内。
封堵常采用岩棉，封堵厚度不宜小于100mm。
3.2安全玻璃的选用
实际上没有绝对安全的玻璃，要用玻璃就有一定的风险。
通常安全玻璃指的是钢化玻璃和夹层玻璃，但是这两种玻璃也不是处处安全、绝对安全的。
现在有些地方标准和文件笼统规定“玻璃幕墙必须采用安全玻璃”，并不妥当，不分场合一刀切，使用安全玻璃并不一定安全，有些时候反而是安全隐患。
正确的做法是具体情况具体分析，根据使用条件选用能最大限度保障安全的玻璃品种，也就是“玻璃幕墙选用玻璃应最大限度保证使用安全”。
3.2.1容易受撞击部位的玻璃
落地玻璃墙距地面900mm以下的部位、玻璃栏杆、玻璃楼梯板、玻璃地面板等部位，采用单片钢化玻璃并不安全。
因为钢化玻璃虽然也算安全玻璃，但有自爆现象，在冲击下也容易飞散，形成大洞。
一旦破坏就会产生人员坠落的危险。
这些部位，宜采用夹层玻璃。
3.2.2玻璃肋
玻璃肋是全玻幕墙和玻璃肋采光顶的主要支承结构，不应采用单片钢化玻璃。
钢化玻璃即使无外力冲击，也可能自爆飞散，使整个结构突然破坏，后果严重，所以宜采用夹层玻璃或夹层钢化玻璃。
高度大于8m的全玻幕墙玻璃肋，如果夹胶有困难，不得已宁愿采用普通浮法玻璃。
浮法玻璃不会自行爆裂飞散，即使开裂后仍可保留在原位，可以进行更换而不至于整片墙垮坍。
两种玻璃都有危险，只能选择危险性较小者。
点支承玻璃幕墙中的玻璃肋，应采用夹层钢化玻璃。
如果长度受钢化、夹胶工艺限制，可用不锈钢板分段接驳。
3.2.3夹层玻璃幕墙
有些工程在“幕墙应采用安全玻璃”的导引下，整片墙面全部采用夹层玻璃，表面看来是安全了，其实埋下了重大安全隐患。
一旦发生火灾，消防人员无法击碎玻璃，射水、救人都难以进行；
室内人员无法打开玻璃逃生，势必葬身火海。
因此，幕墙大面不能全部采用夹层玻璃，必须留出单片玻璃或中空玻璃的逃生口，并作出明显标记。
3.2.4透光屋面的玻璃
透光屋面（采光顶）目前尚未颁布规范标准，所以采用钢化玻璃还是采用夹层玻璃还有不同的看法。
钢化玻璃破碎后成粒状，不容易发生重大伤人事故。
但飞散的颗粒形同玻璃冰雹，也有可能划伤或击伤下面的人员。
如果采用，高度不宜大于5m。
夹层玻璃不会飞散，但破碎下垂后有可能从支承处拔出，整体下落，形同“盖帽”，有可能产生重大伤亡事故。
但相对于单片钢化玻璃自爆率颇高而言，发生夹层玻璃整体“盖帽”扣下的可能性是极其罕见的。
因此目前多数工程倾向于室内侧采用夹层玻璃。
为减少“盖帽”的危险，采光顶的夹层玻璃尺寸不宜过大，边长宜在2m以内；
玻璃伸入框内的嵌入深度不宜小于22mm，大块玻璃还要适当加深；
尽量采用浮法夹层玻璃或半钢化夹层玻璃，因为它们破裂后分成大块，裂缝延伸至板边被胶粘或边框夹持，不会明显下垂，减少整体拔出脱落的危险。
3.3石材面板的选用
3.3.1石材面板的质量
选用石材面板不能只考虑美观、新颖和个性，首先还是要确保安全。
建筑师在选用石材时，要满足以下的安全要求：
1.石材要有足够的强度，花岗石类型的面板（GXXXX）其弯曲强度试验平均值不应小于10N/mm2，最小值不应小于8N/mm2；
大理石类型（MXXXX）和板石类型（SXXXX）的面板，其弯曲强度试验值不应小于5N/mm2，最小值不应小于4N/mm2。
2.石材面板不应夹有软弱夹层或软弱矿脉；
有层状纹理的面板，不应有粗粒、疏松、多孔的条纹。
3.洞石的孔洞不宜过于密集，孔洞直径不宜大于5mm。
孔洞不宜过深，更不应穿透石板。
3.3.2石材面板的连接方式
石板幕墙的面板，宜采用以下几类连接方式：
1.在石板边缘开槽口，用金属挂件连接。
这种方法只推荐用于花岗岩；
2.在石材面板背后，开孔或开槽，用背栓、背槽或背卡连接。
软弱石材宜采用背部连接；
3.在面板的边缘打结构胶粘结铝型材附框，通过附框与横梁、立柱连结，附框应带挂钩固定石材面板。
3.3.3石材面板背面的复合层
石板是脆性材料，自重也较大，为防止石材面板破碎后坠落造成人员和财产损失，可在面板背面粘贴玻璃纤维布或附加玻璃纤维加强树脂层。
抗弯强度试验平均值低于8N/mm2的石板、松散软弱和多孔的石材面板，应设背面复合层。
3.3.4优先采注胶式板缝
硅酮耐候密封胶注胶式板缝可以作为第二道防线，有效地防止石材面板破碎后坠落伤人，应优先采用。
强度低，质地疏松和多孔的石材面板，宜采用注胶式板缝。
4.结构设计的一般原则
4.1设计使用年限
目前，主体结构的设计使用年限一般工程为50年，特殊工程为100年。
幕墙是维护结构，是可以拆换的结构，所以其结构设计使用年限不低于25年。
就是说，在25年内，面板、支承结构、连接部件都不应产生安全问题。
作为结构构件的面板材料（玻璃、石材、金属板）、直接支承面板结构的铝型材和钢型材、钢连接件的有效寿命至少超过25年，可以满足设计使用年限要求。
硅酮结构密封胶的实际寿命也不止25年，过去厂家出具结构胶10年保证书只是例行的商业操作。
目前国内主要硅酮胶厂家已可以出具25年保证书。
因此，幕墙结构设计使用年限为不小于25年是适当的，国内外幕墙工程的经验证明也是可以办得到的。
预埋件属于不容易更换的部件，其设计使用年限应按50年考虑。
大跨度支承钢结构的工作特点和结构构造和主体结构基本相同，其设计使用年限宜按主体结构考虑。
至于建筑功能和幕墙外观的使用年限，目前尚没有一致的说法。
某些业主要求幕墙保用50年甚至更长，目前尚无确切依据。
尤其是建筑外观和水密、气密功能，能否维持50年以上，没有太多的工程实践。
4.2幕墙支承钢结构的焊接
焊接是目前钢结构最可靠的连接方式之一。
万吨巨轮的船体是焊接的，可以抗击狂风巨浪；
核反应堆的外壳是焊接的，可以耐受高温、高压和幅射；
百层以上的高楼大厦是焊接的，可以抵抗强烈地震和台风。
因此，在幕墙钢结构上采用焊接，完全是可以的。
正如本文1.1节中所述，幕墙有非常多的环节可以提供变形和位移的性能，部分环节采用焊接并不妨碍幕墙耐受大变形的能力。
本文作者参与的十余项幕墙工程中，不少连接都采用焊接。
深圳一些工程在强大台风吹袭下多次经受了考验；
多个振动台试验表明，部分连接采焊接的幕墙，在8、9度罕遇地震作用下，位移达1/60~1/50，也无一破损。
大量实践证明：
不允许焊接是没有道理的。
至于现场焊接的质量，那是施工管理的问题，管理不到位，什么连接都要出问题。
北京多个奥运工程、央视大厦、北京电视中心的大尺寸厚板钢梁焊接都可以保证质量，难道一般的幕墙焊接就无法保证质量？
所以保证质量不是禁止焊接的理由。
因此，JGJ102-2003和修订中的JGJ133规范，删除了这一不合理规定，代之以对焊接设计和施工的相应规定。
4.3化学锚栓的受热问题
化学锚栓主要靠化学粘结剂完成连接，而一般化学粘结剂对温度的耐受能力较弱，因此JGJ102-2003规范规定：
在有可能导致化学锚栓温度升高的热影响区范围内，不应对钢连接件进行焊接作业。
但是，如果不是进行连接焊缝施焊，而仅仅是对螺帽下的垫板进行间断、快速的少量定位点焊，不至于使化学锚栓温度升高过多，应该是允许的。
当确实需要进行连续焊接作业时，应采取相应散热措施，或采用耐热化学锚栓。
4.4后加锚栓的安全度
在JGJ133-2001中未对锚栓安全度作出规定，JGJ102-2003中规定不具体。
在JGJ133修订中明确列出：
后加锚栓承载力设计值应按其极限承载力标准值除以材料性能分项系数后采用。
锚栓材料性能分项系数，对可变荷载作用不应小于2.15；
对永久荷载作用不应小于2.50。
即是说，锚栓的总安全度对可变荷载作用约为3.0；
对永久荷载作用大约为3.5。
4.5高强硅酮结构胶的强度设计值
国家标准《建筑用硅酮结构密封胶》GB16776中，结构胶的粘结抗拉强度定为0.6N/mm2，因此在风荷载和地震作用下，其强度设计值f1取为0.2N/mm2；
在永久荷载作用下，其强度设计值f2取为0.01N/mm2。
由于高性能硅酮结构胶（如白云SS922）的粘结拉伸强度可以达到1.2N/mm2，甚至1.5N/mm2，再采用上述规定不尽合理，因此JGJ133修订中规定，高性能硅酮结构胶，f1可按其粘结拉伸强度标准值除以系数3.0后采用；
f2可按其粘结拉伸强度标准值除以系数60.0后采用。
相应地，高性能胶的变位承受能力δ，取对应于其受拉应力为0.7f1时的伸长率。
5面板设计
5.1背部连接的石材面板
5.1.1背栓、背槽和背卡
背部连接件形式多样，经过检验和论证后可以在工程中应用。
背栓应采用扩大端部、机械嵌固的切底螺栓，直径不应小于6mm，材质应采用316不锈钢或更高性能的不锈钢。
背槽采用铝合金型材为连接件，铝合金型材的性能应符合规范要求。
背卡的材质为0Cr17Ni12Mo2热处理高弹性不锈钢，厚度不小于0.5mm，长度不小35mm。
5.1.2背部连接石材面板的计算
1.背部连接石材面板分别按四角支承面板或四点支承、周边悬挑板计算。
有较大悬挑而不考虑，只考虑中间部分计算的方法不一定安全。
2.在风力或地震力作用下，连接件抗拉压计算应考虑1.25的受力不均匀系数；
在自重作用下，应根据其连接构造确定承受重力荷载的连接件个数，除考虑1.25的受力不均匀系数外，重力荷载分项系数γG应取1.35。
背部连接件的承载力设计值按其承载力标准值除以系数2.15后采用，即其总安全系数约为3.0。
5.1.3背部连接试验
背部连接件形式多样，所连结的石材种类繁多，性能各异，故应通过试验具体确定该工程设计中所采用的承载力大小。
拉拔试验破坏形式应为石材破坏或连接件破断，不允许出现连接件整体从石材面板中拔出的试验结果。
5.2玻璃面板
5.2.1夹层中空玻璃
JGJ102目前也正在进行修订，更明确了夹层中空玻璃的设计方法。
规定：
由夹层玻璃组成的中空玻璃，可首先按规定计算夹层玻璃的等效厚度te，将夹层玻璃视为等效厚度为te的单片玻璃，按中空玻璃的计算方法分配内外片的荷载，将分配后的荷载分别作用于内外片玻璃，再按夹层玻璃的计算方法在夹层玻璃内部进行二次荷载分配，最后分别计算各片单片玻璃。
5.2.2玻璃肋设计
玻璃肋是全玻幕墙、透光屋面中面玻璃的支承结构，它的可靠工作关系到安全问题。
玻璃肋下不宜采用单片钢化玻璃，因为单片钢化玻璃一旦自爆飞散，后果十分严重。
玻璃肋宜采用夹层玻璃，当玻璃肋跨度过大而无法采用夹层玻璃时，宁愿采用浮法玻璃，因为浮法玻璃开裂后不会立即飞散，有时间予以更换。
点支承玻璃肋应采用钢化夹层玻璃，长度不够时可采用金属板连接。
玻璃肋位于室外时，宜采用夹层玻璃，并且要进行垂直于玻璃肋平面的风荷载承载力计算。
5.2.3全玻幕墙的胶缝厚度
全玻幕墙面板和玻璃肋之间的胶缝，当高度较大时会计算出很大的厚度，很不合理。
实际上高度很大时，肋玻璃和面玻璃都吊挂在顶部，整个幕墙可以通过吊具吸收主结构的位移，无须胶缝独自承受这一位移。
所以JGJ102-2003规范中第7.4.2条第3款关于胶缝厚度的规定在修订中将予以取消。
5.2.4玻璃板后面的衬板
许多玻璃幕墙采用透明玻璃，为遮挡层间梁板或保温材料，层间的玻璃后面往往设置衬板。
由于阳光通过透明玻
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