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摘要：本文對構(gòu)件（詞條“構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）式玻璃幕墻用鋁合金橫梁在自重荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)傾斜問題進(jìn)行分析與研究，依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，從設(shè)計(jì)、樣板、型材選用、加工方面提出了防治措施并應(yīng)用于實(shí)際工程，對玻璃幕墻設(shè)計(jì)及施工提供參考和借鑒。
關(guān)鍵詞：玻璃幕墻;扭轉(zhuǎn)傾斜;構(gòu)造設(shè)計(jì);三角形特征
1.引言
玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑的一種新型墻體,它賦予建筑的最大特點(diǎn)是將建筑美學(xué)、建筑功能、建筑節(jié)能和建筑結(jié)構(gòu)等因素有機(jī)地統(tǒng)一起來，建筑物在不同角度呈現(xiàn)出不同的色調(diào)，隨陽光、月色、燈光的變化給人以動(dòng)態(tài)美，玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑的顯著特征。構(gòu)件式玻璃幕墻是最傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)用最廣泛，工作性能可靠，而橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜的問題依然層出不窮，屢見不鮮。橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜問題的發(fā)現(xiàn)往往是項(xiàng)目投入使用后，其整改修繕難度大、成本高、效率低。因而對橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜的預(yù)防、研究及推廣應(yīng)用顯得至關(guān)重要。本文結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行分析和總結(jié)，供幕墻工程技術(shù)人員參考與探討。
2.橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜的原因分析
2.1 幕墻分格尺寸劃分
幕墻立面的分格尺寸，是幕墻系統(tǒng)自重大小的最根本的原因，玻璃板（詞條“玻璃板”由行業(yè)大百科提供）塊越大，所用龍骨就越大，其整體自重就越大，對橫梁產(chǎn)生的偏心力也就越大，橫梁發(fā)生扭轉(zhuǎn)傾斜的概率就越大。不合理的劃分尤其是大板塊的分格劃分，對幕墻設(shè)計(jì)及施工要求較高，對橫梁的抗扭承載力是越不利。
2.2 抗扭承載力的復(fù)核
依據(jù)JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》6.2.6條規(guī)定：玻璃在橫梁上偏置使橫梁產(chǎn)生較大的扭矩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行橫梁抗扭承載力計(jì)算。部分設(shè)計(jì)師未按照規(guī)范要求對橫梁的抗扭承載力進(jìn)行復(fù)核，當(dāng)幕墻施工完畢后，玻璃面板自重荷載、風(fēng)荷載作用下，會(huì)加劇橫梁的扭轉(zhuǎn)傾斜。
2.3 施工樣板段的設(shè)置
施工樣板段設(shè)立，除了從觀感上直接了當(dāng)?shù)挠^察到幕墻立面的分格比例、色彩配置、用料規(guī)格、施工工藝等，還可直觀的表現(xiàn)出幕墻設(shè)計(jì)中的構(gòu)造是否合理，安裝工序是否得當(dāng)?shù)龋ㄟ^對樣板段的研究與分析，更加可靠的落實(shí)理論數(shù)據(jù),以保證批量安裝后的結(jié)構(gòu)安全和觀感質(zhì)量滿足要求，而部分項(xiàng)目往往容易忽略樣板段的設(shè)立，往往在批量安裝后才發(fā)現(xiàn)橫梁的扭轉(zhuǎn)傾斜，但為時(shí)已晚。
2.4 選用型材的合理性
當(dāng)玻璃板塊較大時(shí)，盡可能選擇閉口型材，或考慮開模進(jìn)行量身定制，使橫梁滿足構(gòu)造要求，而多數(shù)情況下，設(shè)計(jì)師往往都會(huì)從鋁材廠家的現(xiàn)有模型中進(jìn)行挑選，項(xiàng)目的獨(dú)特性會(huì)導(dǎo)致挑選的型材不適用在建項(xiàng)目，為橫梁的扭轉(zhuǎn)傾斜埋下伏筆。
2.5 橫梁與立柱（詞條“立柱”由行業(yè)大百科提供）的連接
依據(jù)JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》5.5.2條規(guī)定：玻璃幕墻構(gòu)件連接處的連接件、焊縫、螺栓、鉚釘設(shè)計(jì)，應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（詞條“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范”由行業(yè)大百科提供）GB50017》和《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ99的有關(guān)規(guī)定。連接處的受力螺栓、鉚釘不應(yīng)少于2個(gè)。而設(shè)計(jì)師在考慮橫梁與立柱連接時(shí)，往往按此要求進(jìn)行配置。當(dāng)橫梁跨度較大，玻璃偏置于橫梁上時(shí)使用2個(gè)螺栓，易出現(xiàn)橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜。
2.6 加工誤差控制
幕墻構(gòu)件加工時(shí)，構(gòu)件加工圖的精度要求不明顯，驗(yàn)收不嚴(yán)謹(jǐn)，如開孔直徑的精度、幾何尺寸、偏差等不滿足要求，從而嚴(yán)重影響安裝質(zhì)量。
2.7 加工設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）老舊
幕墻施工中存在一定數(shù)量的老舊加工設(shè)備，長期不校核、不維修、不更新，其精度和效能有所下降，直接影響加工質(zhì)量。
3.橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜的防治措施——以“貴州機(jī)車文化廣場幕墻工程”為例
3.1 項(xiàng)目概況
該項(xiàng)目(圖1、圖2)是由1棟7層高不規(guī)則多邊形臨街主樓及1棟4層高矩形背街附屬用房半包圍式的建筑群組成。建筑面積約為39017.76平方米;建筑幕墻工程量合計(jì)約28000 ㎡，建筑幕墻工程主要為構(gòu)件式玻璃幕墻、鋁合金裝飾格柵（詞條“格柵”由行業(yè)大百科提供）、鋁板幕墻、鋁板雨棚等組成。幕墻最大標(biāo)高（詞條“標(biāo)高”由行業(yè)大百科提供）：40.00米。該項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)類型為框架式剪力墻結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓（詞條“基本風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）為0.3KN/㎡，基本雪壓為0.20KN/㎡;地面粗糙度類別為B類。抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，建筑抗震設(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防(丙)類。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年，幕墻設(shè)計(jì)使用年限為25年。風(fēng)壓重現(xiàn)期按50年一遇考慮，幕墻設(shè)計(jì)時(shí)考慮幕墻自重、風(fēng)荷載、地震作用下的最不利組合以及組合系數(shù)。
3.2 玻璃幕墻系統(tǒng)
本工程玻璃幕墻系統(tǒng)主要為構(gòu)件式全明框玻璃幕墻系統(tǒng)，采用大板塊玻璃與開啟位置小板塊玻璃相結(jié)合，保證立面美觀且自然通風(fēng)功能相結(jié)合，依據(jù)《建筑門窗幕培用鋼化玻璃》JG/T455-2014和《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113-2015對鋼化玻璃最大面積的要求進(jìn)行玻璃配置，分別配置了12+12a+12mm、8+12a+8mm、6+12a+6mm雙鋼化中空玻璃，幕墻玻璃板塊最大尺寸為2200mm×3100mm，其標(biāo)準(zhǔn)立面分格圖見圖3，豎剖節(jié)點(diǎn)詳圖見圖4。
3.3 橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜的預(yù)防措施
基于上述提出橫梁扭轉(zhuǎn)傾斜的原因分析，依據(jù)本項(xiàng)目的特征具有針對性地提出相應(yīng)的預(yù)防措施。
3.3.1 幕墻分格尺寸劃分
本項(xiàng)目在方案設(shè)計(jì)階段，經(jīng)各參見單位多輪溝通后，最終確定外立面水平向玻璃板塊分格施工圖深化按照2200m+1025mm+1025mm+2200mm+1025mm+1025mm……，固定玻璃位置垂直向玻璃板塊分格規(guī)律為800mm+3100mm+800mm+3100mm……，可開啟位置垂直向玻璃板塊分格規(guī)律為800mm+1100mm+1200mm+800mm+800mm+1100mm+1200mm+800mm+800mm……的規(guī)律進(jìn)行分格劃分，如圖3所示。玻璃最大板塊為2200mm+3100mm，玻璃配置為12(Low-E)+12A+12mm厚雙鋼化中空（詞條“中空”由行業(yè)大百科提供）Low-E玻璃(如圖3、圖4所示)，其單片面積為6.82平方米，按1.0mm厚玻璃每平方米自重為2.56KG計(jì)算，該玻璃單塊自重為(12+12mm)×2.56mm/KG×6.82㎡≈420KG,該玻璃板塊重量遠(yuǎn)超常規(guī)用玻璃重量，其自重對幕墻橫梁的強(qiáng)度、撓度、抗剪強(qiáng)度（詞條“抗剪強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）要求較高，在強(qiáng)度、撓度方面我們通過鋼鋁結(jié)合方式進(jìn)行加強(qiáng),基于玻璃板塊自重大且偏置于橫梁上，我們依據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行了抗扭承載力的復(fù)核，并設(shè)立了施工樣板段。
3.3.2 抗扭承載力的復(fù)核
本項(xiàng)目為全明框玻璃幕墻，玻璃面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）置于橫梁前端，鋁合金橫梁最大跨度約為2200mm，依據(jù)JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程》6.2.6條規(guī)定：玻璃在橫梁上偏置使橫梁產(chǎn)生較大的扭矩時(shí)，應(yīng)進(jìn)行橫梁抗扭承載力計(jì)算，因此我們將橫梁構(gòu)造進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將橫梁構(gòu)造設(shè)計(jì)成為多腔體橫梁，重新設(shè)計(jì)橫梁構(gòu)造模型(如圖5)，并對其抗扭承載力進(jìn)行驗(yàn)算，校核依據(jù)：τmax≤85MPa (型材的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值)詳細(xì)計(jì)算書如下：
在玻璃幕墻的樣品、顏色選擇以及樣板段視覺樣式對比與確認(rèn)階段(圖5)，為了校驗(yàn)設(shè)計(jì)階段數(shù)據(jù)、分格樣式是否準(zhǔn)確，我們在安裝主龍骨的同時(shí)，按照常規(guī)的鋁合金玻璃幕墻開口橫梁(如圖7)的安裝方式采購了部分鋁合金橫梁進(jìn)行試裝，以檢驗(yàn)推測數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，為改進(jìn)橫梁構(gòu)造、安裝工藝等提供參考數(shù)據(jù)，在樣板段玻璃面板安裝完成后，現(xiàn)場查驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橫梁出現(xiàn)了一定程度的扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，最大的扭轉(zhuǎn)傾斜約3mm(圖6)，其觀感質(zhì)量和結(jié)構(gòu)安全存在一定隱患。
3.3.4 選料開模，明確為本項(xiàng)目開具專屬型材模型，量身定制。
由樣板段數(shù)據(jù)可以得出常規(guī)構(gòu)件式開口橫梁構(gòu)造不適用，而通過抗扭承載力復(fù)核設(shè)計(jì)的模型力學(xué)性能滿足要求，明確該型材構(gòu)造設(shè)計(jì)有效合理，確定橫梁型材模型如圖5，交付廠家開模生產(chǎn)。
3.3.5 增加橫梁與立柱的連接螺栓數(shù)量，重塑螺栓排列布局方式
橫梁與立柱的連接通過M6不銹鋼對穿螺栓和鋁合金角鋁進(jìn)行連接，鋁合金角鋁與立柱的連接開孔直徑控制尺寸為6.5mm，樣板拆除后進(jìn)行檢查復(fù)核，孔徑普遍偏大，在6.8mm至7.2mm之間，且立柱兩側(cè)孔位有1mm的誤差;角鋁與橫梁間存在0.2mm至0.5mm的安裝間隙，橫梁與立柱連接時(shí)，角鋁已呈現(xiàn)一定角度的扭轉(zhuǎn)，立柱、角鋁的開孔誤差累積后導(dǎo)致橫梁的扭轉(zhuǎn)傾斜變得更大更明顯。立柱與角碼開孔時(shí)，室外側(cè)開孔時(shí)孔徑中心點(diǎn)向上偏移3mm(如圖11)，通過抬高室外側(cè)中心點(diǎn)位置消化誤差尺寸，使橫梁在發(fā)生扭轉(zhuǎn)后扭轉(zhuǎn)角度在允許范圍，不影響觀感質(zhì)量和結(jié)構(gòu)受力。
3.3.7 加工設(shè)備的須滿足精度要求
JGJ103-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》中 9.1.2條規(guī)定：加工幕墻構(gòu)件所采用的設(shè)備、機(jī)具應(yīng)滿足幕墻構(gòu)件加工精度要求，其量具應(yīng)定期進(jìn)行計(jì)量認(rèn)證。幕墻施工中存在一定數(shù)量的老舊加工設(shè)備，其精度和效能均有下降，因此對老舊設(shè)備進(jìn)行了檢查、維修、校核和更新,以保證設(shè)備加工進(jìn)度符合設(shè)計(jì)要求，減少因設(shè)備老舊帶來的加工誤差導(dǎo)致的加工質(zhì)量低下不滿足設(shè)計(jì)要求等。
4.結(jié)束語
通過設(shè)計(jì)校驗(yàn)復(fù)核，施工樣板段的設(shè)立和評價(jià)研究，從理論上進(jìn)行有效預(yù)防和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)先行，樣板段校驗(yàn)糾偏，到施工中的質(zhì)量控制過程，大大減少和規(guī)避了橫梁在重力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)傾斜的概率。本文就類似項(xiàng)目的橫梁扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象從設(shè)計(jì)之初、樣板段糾偏反饋、施工過程的質(zhì)量控制提供了參考數(shù)據(jù)，供幕墻從業(yè)人員借鑒與研究，如有不當(dāng)之處和錯(cuò)誤，還請批評指正。
參考文獻(xiàn)：
[1] 中華人民共和國建設(shè)部.玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范:JGJ103-2003[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.
[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范:GB5009-2022[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2022.
作者單位：貴州君望建筑科技集團(tuán)有限公司
