玻璃面板屬于易碎品,合理選擇玻璃面板的面積以及玻璃種類是設計的重點之一;玻璃面板使用前的邊部處理以及安裝時裝配應力的避免等多方面的因素也是必須考慮的。各種幕墻所用各種玻璃各有其力學計算方法,茲不一一贅述。其中全玻幕墻的面板玻璃通過膠縫與玻璃肋相連結時,面板可作為支承于玻璃肋的單向簡支板設計。其應力與撓度可按框支承幕墻的方法計算。
石材面板的強度相對較低,且
天然石材種類很多,如巖漿巖(花崗巖、玄武巖等)、沉積巖(砂巖、石灰巖等)和變質巖(大理巖、片麻巖等)等,其各自的連接方式及要求也有較大差別,如背部連接、背卡連接、背槽連接及背栓連接等連接方式;另一方面,石材面板的質量較大,這必然影響面板尺寸的選擇。
幕墻用石材應進行抗彎設計,所得的最大彎曲應力設計值不應超過
石板的
抗彎強度設計值。其中短槽支承、通槽支承以及四邊金屬框支承的石板構件,有不同的設計計算方法。由鋼銷在石板中產生的剪應力應進行校核。
對于金屬面板,其主要問題有面板與鋼龍骨的連接與接觸、根據面板尺寸對加肋與否的選擇及內力分析和強度校核等。當進行板的撓度計算時,也應考慮大撓度的影響,按小撓度公式計算的撓度也應乘以折減系數。
面板設計、選擇以及加工安裝等各環節作為關鍵因素,只有全面考慮到位,才能保證幕墻的可靠性。
3.2 材料
建筑幕墻是由多種材料按一定的結構組成的。按照材料成分分類,有金屬材料(鋁合金、鋼)、玻璃、天然石材、
人造板材、
密封材料(
硅酮結構膠、
密封膠)、橡膠材料(
膠條)等。
按照材料在幕墻結構中所起的作用分類,有
連接件材料、框架(或桿索)體系材料、粘結材料、板材、配件、輔件等。
一般所說的“建筑幕墻可靠性的檢測”,是針對作為一種獨立產品或工程的建筑幕墻的。但在進行幕墻整體的可靠性檢測時,必須準確掌握各主要材料和重要輔、配件的基本情況,尤其是事關結構安全和主要性能的情況。框架材料的斷面規格、各種板材的厚度等關鍵因素,應屬于設計和加工的控制范圍。
與可靠性有關的材料問題,是材料本身的特性與質量(如鋁合金材質、玻璃的鋼化程度、石材的抗彎強度、結構膠的產品性能),以及有些在設計中一般不會特別提及的配件、輔件選擇(如用于框架連接的螺栓、石材掛件或背栓、窗執手種類、單元板塊所用的
密封膠條)。其中一些特別關鍵的材料性能,如玻璃的鋼化程度,
五金配件的
承載力等,在有必要獲取第一手材料時應進行直接測試。
3.3 加工與安裝
由于建筑幕墻既有產品的性質又有工程特征,故其完成過程既有生產(加工)階段,又有施工(安裝)階段。對某些幕墻(如框架式幕墻),這兩階段并未截然分開,在施工(安裝)階段也常有加工工作,如支座定位的鉆孔、石材開槽。通過了審核與驗證的幕墻設計方案能否逐步落實,在材料確定之后,生產與施工便是決定建筑幕墻可靠性的關鍵因素。
1 材料進廠
建筑幕墻所使用的材料,多數是與可靠性密切相關的,工程中必須進行嚴格的把關。一般,材料的進廠檢驗由
幕墻企業直接把關。但對于關鍵材料,需要監理單位或第三方機構進行檢驗把關。
在工程檢驗中,材料、配件、附件的質量保證文件的核對和規格、性狀的符合性檢驗是很重要的,對所有材料和配件均應進行。
2 構件加工
包括
型材加工(開模、切割、鉆孔)、板材加工(切割,玻璃倒棱倒角、點支承玻璃開孔、鋼化,金屬板折邊與加強筋肋配置,石材開槽開孔)、附框與板材的粘結(注結構膠)、單元板塊加工等。每一項工作質量都關系到幕墻的安全與可靠性,如玻璃倒棱倒角可減少應力集中所導致的破裂,鋼化程度決定了玻璃能否達到
安全玻璃的標準,石材切割、開槽后若出現崩裂、損壞會造成強度降低,開啟扇板塊加工誤差過大導致板塊過大無法入框或板塊過小、開啟縫隙太大。
許多加工工序都是由專業的產品生產廠家(如
鋁型材廠、玻璃廠)而不是由幕墻企業承擔的,作為用戶的幕墻企業若采購驗證工作不落實,不符合要求的產品就有可能用于幕墻,這在幕墻業內并不罕見。可靠性檢測包括對試件(樣本)的核對、檢查工作,目的之一正是為了發現與避免此類隱患。
如前所述,一些種類的幕墻(如框架式幕墻)在施工(安裝)階段也常有些加工工作,但要特別指出:對于隱框、半隱框幕墻,板塊是依靠
硅酮結構密封膠的結構粘結作用與
框架結構相維系的。為確保結構膠的結構粘結作用,在結構膠未固化時不應承受剪切或拉伸荷載。而若直接在框架上注結構膠并將板塊粘貼上去,未固化的結構膠就要承受剪切(板塊重力)與拉伸荷載(自然界風荷載)。況且工地現場的環境也很難符合打注硅酮結構密封膠所要求的“潔凈、通風、環境溫濕度適宜”等條件。這也就是規范規定“除全玻幕墻外,不應在現場打注硅酮結構密封膠”(強制性條文)的原因。附框的作用就是使注膠工序能在專設的注膠車間完成,使注膠構件能在滿足要求的環境中養護至膠固化。
3 施工安裝
施工安裝是建筑幕墻走向成品、走向竣工的最后一程。之前各環節均已確保、各階段均已完成,最后要靠安裝環節來匯總實現。若安裝質量有失,幕墻的可靠性也會化為烏有。
不同類型建筑幕墻的安裝有其各自的特點或關鍵點:
1)框支承幕墻
框支承幕墻的結構內連接在安裝階段完成,栓接、插接或焊接質量是關鍵。
隱框、半隱框幕墻多以間斷點形式固定板塊,安裝時必須遵循設計要求,確保壓(勾)碼或掛件的材質、固定連接件的種類(不采用
自攻螺釘)、固定點的間距等要素。
明框幕墻的安裝要點在于板塊嵌入量的控制與避免剛性接觸的措施。某大廈采用了明框幕墻,使用中玻璃墜落。經我機構現場檢查,發現玻璃嵌入量僅6-10mm,遠低于標準要求的15mm;加上玻璃分格較大而撓度較高,在彎曲到一定程度時脫出框架就不奇怪了。
框支承幕墻還有一個可開部分安裝的工作,拼縫與螺孔密封質量,窗扇窗框間的壓緊膠條裝配,靠滑撐懸掛的開啟扇之滑撐定位,窗鎖點的布置、安裝與必要的調節,無不事關密封性能、事關抗風壓性能。幕墻日常使用中,可開部分漏水問題最為用戶所詬病,檢測中窗扇的功能障礙和損壞也時有發生。
2)點支承幕墻
張拉桿索的預拉力必須按設計要求施加,且采用測力計測定(每次使用前都要校準);拉桿、拉索的預拉力應分次、分批對稱張拉,并注意過程中的隨時調整。預拉力施加,決定著張拉桿索體系結構能否成立。個別桿索預拉不當可能造成承受荷載時結構不穩、玻璃扭曲破碎。
支承裝置的安裝應符合設計對偏差的要求,以免玻璃產生不利的附加應力。
3)全玻幕墻
以單塊或駁接成的玻璃作支撐,一定要避免它在荷載作用下與支座U型鋼槽發生剛性接觸,尤其要考慮在幕墻面法線方向上的風荷載作用下產生位移的情況。因此玻璃與槽側壁應留足夠空隙,應在槽內各面設置硬質橡膠墊塊后再以密封膠注滿。
玻璃肋應選用安全玻璃,安全玻璃中的
鋼化玻璃最忌局部應力集中,一旦剛性接觸,可能在瞬間發生破碎。面板和肋玻璃的垂直度和水平度也與安全相關。
由此足見安裝環節是要害所在,精心選購的上等材料,耗巨資設計、興建的幕墻,就有可能在這些隱蔽戰線的漏洞上付諸東流。
4 小結
在掌握幕墻可靠性各環節后,才能了解幕墻可靠性的薄弱點,才能在幕墻設計、施工、檢測中把握全面、突出重點。一些工作未能從總體上把握建筑幕墻可靠性的概念與體系,造成只知走程序、簡單下結論,而對出現的問題不知其原因,正是由于忽略了這一重要工作。
參考文獻
[1] 中華人民共和國行業標準《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003
[2] 中華人民共和國行業標準《
金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001
[3] 中華人民共和國行業標準《玻璃幕墻工程質量檢驗標準》JGJ/T139-2001
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