引言
按照《建筑幕墻(詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供)術(shù)語》(GB/T34327-2017)第7.3條,建筑幕墻的抗風(fēng)壓性能是指幕墻可開啟部分處于關(guān)閉狀態(tài)時,在風(fēng)荷載作用下,主要受力構(gòu)件變形不超過允許值且不發(fā)生結(jié)構(gòu)性損壞(如裂縫、面板破損、局部屈服、粘結(jié)失效等)及五金件松動和開啟功能障礙的能力。可見受力構(gòu)件的變形是十分重要的指標(biāo)。而對于最為常見、存量最多的框支承幕墻,作為受力桿件的立柱和橫梁的變形量(撓度)控制就顯得非常重要,因此世界各國均以立柱和橫梁的撓度值來衡量建筑幕墻抗風(fēng)壓性能高低。對框支承幕墻的受力構(gòu)件進(jìn)行撓度控制,是保證結(jié)構(gòu)安全的需要,也是保證幕墻功能性的需要,其意義主要有:

(1)給面板以足夠的支撐
建筑幕墻除了鋁板等金屬幕墻外,其它諸如玻璃、石材、人造板等大多數(shù)幕墻面板都是脆性材料,需要對受力構(gòu)件進(jìn)行合理的撓度控制,以保證其有足夠的剛度(詞條“剛度”由行業(yè)大百科提供)來保證這些脆性面板不會因為支承體系過大的撓度變形而受到破壞。
(2)幕墻性能和壽命的保障
在風(fēng)荷載的作用下,受力構(gòu)件與面板的變形是不一致的,過大的相對位移可能會超出密封膠的變位適應(yīng)能力,導(dǎo)致膠縫撕裂,影響幕墻的氣密性、水密性,甚至?xí)䦟?dǎo)致連接件發(fā)生腐蝕(詞條“腐蝕”由行業(yè)大百科提供),乃至影響幕墻的使用壽命。
(3)舒適的使用環(huán)境
建筑幕墻作為隔絕室內(nèi)人員與惡劣的室外環(huán)境的安全屏障,過大的變形會導(dǎo)致受力構(gòu)件隨著風(fēng)壓的波動出現(xiàn)目視可見的振動,即使此時幕墻構(gòu)造是安全的,也會給室內(nèi)人員帶來不安全的感覺。
1 國內(nèi)外建筑幕墻及其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程
上世紀(jì)50年代,隨著建筑施工技術(shù)和建筑材料的發(fā)展,玻璃幕墻開始大規(guī)模應(yīng)用于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu),宣布建筑幕墻時代的到來。七十年代末八十年代初,玻璃生產(chǎn)工藝和深加工技術(shù)的進(jìn)步使得玻璃幕墻在世界各地得到更加廣泛的應(yīng)用,并開始邁入我國國門(詞條“門”由行業(yè)大百科提供)出現(xiàn)在廣大大人民面前。40年來,我國建筑幕墻行業(yè)經(jīng)歷從模仿追隨到各領(lǐng)風(fēng)騷的發(fā)展,跨入本世紀(jì),我國已經(jīng)成為世界建筑幕墻生產(chǎn)和使用第一大國。與此同時技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也實現(xiàn)了從無到有、從引進(jìn)到重新修編。目前,我國的幕墻行業(yè),無論是設(shè)計水平、施工能力還是年工程總產(chǎn)值,都處于國際領(lǐng)先水平。我國幕墻行業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在這樣一種局面,除了國家經(jīng)濟實力的提高,設(shè)計人員、一線施工人員多年來的努力之外,也離不開我國幕墻行業(yè)因應(yīng)行業(yè)發(fā)展而不斷完善的標(biāo)準(zhǔn)體系。
回顧我國建筑幕墻施工技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展史,從建筑幕墻進(jìn)入我國到1995年,是我國建筑幕墻行業(yè)的起步階段,形成了第一代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——《建筑幕墻》(JG3035)和《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ102),它們對進(jìn)入國門以來的建筑幕墻進(jìn)行歸納總結(jié);從1996年到2008年,幕墻行業(yè)飛速發(fā)展,萌生了許多新型幕墻,創(chuàng)新了許多幕墻施工技術(shù),期間制定了《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ133),修編了《玻璃幕墻工程(詞條“玻璃幕墻工程”由行業(yè)大百科提供)技術(shù)規(guī)范》(JGJ102),以及升級版的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)《建筑幕墻》(GB/T20186)成為第二代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)記;進(jìn)入本世紀(jì)10年代,我國的建筑幕墻施工技術(shù)得到極大的升華,眾多的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也陸續(xù)開始修編,隨著2016年《人造板材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ336)的頒布實施,意味著建筑幕墻類第三代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的來臨。三代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中,抗風(fēng)壓變形性能作為最主要的物理性能,其核心的控制參數(shù)——撓度控制值也發(fā)生了相應(yīng)的變化。以撓度控制值來比較和分析這三代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),能很好地印證國內(nèi)幕墻施工技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷程。
環(huán)顧歐美日經(jīng)濟較發(fā)達(dá)地區(qū),其建筑幕墻類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也是經(jīng)歷了三代發(fā)展,且其在不同時期對框支承幕墻受力構(gòu)件撓度控制的要求也各有不同。本文將結(jié)合美國標(biāo)準(zhǔn)、日本標(biāo)準(zhǔn)、歐洲標(biāo)準(zhǔn)對建筑幕墻框受力構(gòu)件撓度控制的變化歷程與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)在三個發(fā)展時期下的差異,對國內(nèi)外規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行橫向、縱向分析對比,深入研究建筑幕墻框受力構(gòu)件的撓度控制理論。
2 第一代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
2.1 歐洲標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
歐洲是建筑幕墻的發(fā)源地,其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定也較早,但歐盟成立于1993年,當(dāng)時歐洲各國還沒有統(tǒng)一的幕墻行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。本文以英國標(biāo)準(zhǔn)作為歐洲標(biāo)準(zhǔn)的早期版本來進(jìn)行對比分析。英國標(biāo)準(zhǔn)對建筑幕墻的撓度控制可追溯出兩個源頭。
一是從門窗以及玻璃裝配要求演變而來。英國標(biāo)準(zhǔn)BS6262-1982《英國建筑玻璃工業(yè)實施標(biāo)準(zhǔn)》(原CP152)規(guī)定:對四邊支承玻璃,單片玻璃邊緣撓度應(yīng)該限制在玻璃跨度L/125;中空玻璃邊緣撓度應(yīng)該限制在玻璃跨度L/175。(撓度控制曲線見圖1)

二是從鋁合金結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求演變而來。英國標(biāo)準(zhǔn)BS8118-1991《鋁合金結(jié)構(gòu)規(guī)范》規(guī)定:對建筑幕墻的立柱和橫梁,裝配單層玻璃時撓度控制值為跨度的L/175;裝配雙層玻璃時撓度控制值為跨度的L/250。(撓度控制曲線見圖2)
從撓度控制曲線可見,BS8118的撓度控制較BS6262要嚴(yán)格得多。幕墻的跨度畢竟比門窗(詞條“窗”由行業(yè)大百科提供)大,對于立柱橫梁出現(xiàn)較大的變形時將會對幕墻產(chǎn)生如何的影響,標(biāo)準(zhǔn)制定者還沒有足夠的信心和把握,故選擇了比較嚴(yán)格的撓度控制值,且撓度限值也沒有對大跨度建筑幕墻作深入的考慮。
2.2 日本標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
第一代日本標(biāo)準(zhǔn)JASS14-85《幕墻工程》規(guī)定:建筑幕墻框受力構(gòu)件的最大允許撓度為L/150,且不得超過20mm。(撓度控制曲線見圖3)

從相對撓度控制的數(shù)值來看,日本標(biāo)準(zhǔn)的撓度控制比較寬松,這與日本本土資源短缺所形成的物盡其用的精益思想有一定的關(guān)系。從JSSS14給出的“L/150”這個相對撓度限制的取值原則:“在設(shè)計風(fēng)荷載下,不會引起幕墻構(gòu)件有害變形或是永久變形,幾乎沒有修補的必要就可以繼續(xù)使用”可以看出,日本標(biāo)準(zhǔn)在制定“L/150”的相對撓度限制時,是直接以產(chǎn)品的極限試驗數(shù)據(jù)來作為依據(jù),而沒有進(jìn)行過多的安全系數(shù)考慮。
同時,日本標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為,雖然L/150的相對撓度控制能能保證構(gòu)件上的應(yīng)力(詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供)在允許應(yīng)力以內(nèi),也不會在強臺風(fēng)中,給室內(nèi)人員帶來因目視到的構(gòu)件變形而產(chǎn)生不安全感。但是,如果僅實施L/150的相對撓度控制,那么當(dāng)受力構(gòu)件跨度變大時,其撓度也會變大,而過大的撓曲變形,會導(dǎo)致幕墻構(gòu)造與窗簾盒等的連接部件產(chǎn)生不合適的現(xiàn)象,所以JSSS14在“L/150”的相對撓度限制基礎(chǔ)上附加了20mm的絕對撓度限制。
2.3 美國標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
第一代美國標(biāo)準(zhǔn)AAMA TIR-A11-96《設(shè)計風(fēng)荷載作用下的建筑幕墻框受力構(gòu)件最大允許撓度》是世界上最早對大跨度幕墻有深入考慮,也是第一個對框支承幕墻受力構(gòu)件撓曲變形進(jìn)行分段控制的標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)提出的撓度控制要求為:“在設(shè)計風(fēng)荷載下,當(dāng)建筑外圍護(hù)構(gòu)造的龍骨跨距不大于4115mm時,其撓度應(yīng)不大于L/175;當(dāng)跨度大于4115mm且小于12m時,設(shè)計風(fēng)荷載下的撓度應(yīng)不大于L/240+6.35mm這個更保守的限值”。(撓度控制曲線見圖4)
美國標(biāo)準(zhǔn)“L/175”的相對撓度限制源于玻璃行業(yè)對中空玻璃的撓度限制。并參考了現(xiàn)行的美國和英國的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和建筑規(guī)范中涉及玻璃幕墻框受力構(gòu)件撓度限制的條文,有以下幾條:
1 .英國標(biāo)準(zhǔn)BS6262-1982《英國建筑玻璃工業(yè)實施標(biāo)準(zhǔn)》(原CP152)規(guī)定:對四邊支承玻璃,單片玻璃邊緣撓度應(yīng)該限制在玻璃跨度L/125,中空玻璃邊緣撓度應(yīng)該限制在玻璃跨度L/175。
2. ASTM E 1300-94《決定玻璃最少厚度和類型來抵抗規(guī)定荷載的實施標(biāo)準(zhǔn)》,假設(shè)了裝有玻璃的框架系統(tǒng)能夠保證玻璃邊緣在設(shè)計荷載下的水平撓度不超過L/175。
3 .1994《建筑統(tǒng)一規(guī)范》,2404.2章“框架”規(guī)定:每一玻璃分格的框架構(gòu)件都應(yīng)該經(jīng)過設(shè)計并保證垂直玻璃面板的撓度在正負(fù)荷載下的均不超過玻璃邊長的L/175或者3/4英寸(19mm)。
4. 1994《建筑標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》,2406.1章“撓度” 規(guī)定:玻璃的受力構(gòu)件如框在設(shè)計荷載下的撓度不超過L/175時可認(rèn)為是牢固的。
2.4 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
國內(nèi)第一代標(biāo)準(zhǔn)JG3035-96《建筑幕墻》和JGJ102-96《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》對框支承建筑幕墻受力構(gòu)件撓度進(jìn)行了相同的限制:橫梁和立柱的最大撓度為跨度L/180,并且不大于20mm。(撓度控制曲線見圖5)

這兩本國內(nèi)第一代的標(biāo)準(zhǔn)都提出了L/180的相對撓度控制和20mm的絕對撓度控制,但對這兩個控制尺度的取值是如何考慮的,并未有進(jìn)一步說明,但JG3035在編制是以當(dāng)時建筑裝飾(詞條“建筑裝飾”由行業(yè)大百科提供)協(xié)會鋁制品委員會的協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻》為藍(lán)本,該標(biāo)準(zhǔn)也是參考國外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來制定。從相對撓度控制公式和絕對撓度的限制數(shù)值來看,該標(biāo)準(zhǔn)“L/180”的相對撓度限制與美國標(biāo)準(zhǔn)AAMA TIR-A11-96“L/175”的相對撓度限制十分近似,而20mm的絕對撓度限制又與日本標(biāo)準(zhǔn)JASS14-85的絕對撓度限制相同。當(dāng)年的玻璃幕墻基本上都是小跨度,材料都是鋁合金型材,所以標(biāo)準(zhǔn)中沒有單獨對鋼型材(詞條“鋼型材”由行業(yè)大百科提供)的受力構(gòu)件作出特殊的要求。總體來講這一代的幕墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)算是以追隨、引用國外標(biāo)準(zhǔn)為主,還沒有形成獨立的見解。
2.5 各國標(biāo)準(zhǔn)對比分析
對比各國第一代標(biāo)準(zhǔn)對建筑幕墻框受力構(gòu)件撓度的限制,當(dāng)時的美國標(biāo)準(zhǔn)是最先進(jìn)的。在那個建筑幕墻跨度基本上都在3~4m高的年代,美國標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有在大跨度幕墻的撓度限制上作出考慮:既沒有像歐洲標(biāo)準(zhǔn)一樣采用線性的控制方式,也沒有像日本標(biāo)準(zhǔn)一樣采用絕對撓度控制,而是采取了分段控制的方法,對較大跨度的幕墻受力構(gòu)件進(jìn)行更嚴(yán)格的撓度控制。這能夠較好地平衡幕墻材料(詞條“幕墻材料”由行業(yè)大百科提供)的利用率與幕墻構(gòu)造的安全性,使得幕墻跨度較小時的材料利用率盡量高,幕墻跨度較大時的幕墻構(gòu)造安全系數(shù)盡量高。我國標(biāo)準(zhǔn)借鑒了日本標(biāo)準(zhǔn),對大跨度幕墻采取了20mm的絕對撓度控制,盡管在當(dāng)時的建筑環(huán)境下,這種一刀切的絕對撓度控制方式,沒有體現(xiàn)出其局限性,但是,隨著國內(nèi)建筑設(shè)計逐漸向大跨度幕墻發(fā)展,在追求成本效益最大化的工程行業(yè),這種控制方式逐漸成為幕墻行業(yè)發(fā)展的阻礙。
3 第二代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
3.1 日本標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
日本的第二代標(biāo)準(zhǔn)JASS14-96對撓度的控制作出了大幅度的調(diào)整:當(dāng)跨度不大于4m時,建筑幕墻框受力構(gòu)件的最大允許撓度為L/150,且不得超過20mm;當(dāng)跨度大于4m時,建議按L/200的相對撓度控制受力構(gòu)件撓曲變形。(撓度控制曲線見圖6)
日本標(biāo)準(zhǔn)原來的絕對撓度控制方式,會導(dǎo)致大跨度幕墻的材料利用率降低,這在越來越向大跨度幕墻發(fā)展的建筑設(shè)計趨勢中,已經(jīng)逐漸成為了幕墻發(fā)展的阻礙。重新修訂的JASS14取消了對4m以上受力構(gòu)件的絕對撓度限制,只提出了當(dāng)跨度大于4m時,按L/200的相對撓度來控制的建議。這種變化,其實是舊版標(biāo)準(zhǔn)對行業(yè)發(fā)展的一種妥協(xié)。而在3m~4m區(qū)間,不變撓度控制值使得整條撓度控制曲線略顯不合理。
3.2 歐洲標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
歐洲標(biāo)準(zhǔn)13830-2003作為第一本歐盟成立后對幕墻受力構(gòu)件允許撓度進(jìn)行規(guī)定的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),是參照德國標(biāo)準(zhǔn)制訂的,所以,其對幕墻受力構(gòu)件允許撓度的限制也體現(xiàn)著德國工業(yè)一貫的嚴(yán)格傳統(tǒng),該標(biāo)準(zhǔn)要求:建筑幕墻框受力構(gòu)件的最大允許撓度為L/200,且不得超過15mm。絕對撓度值的制定,是這一版技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較大的變化。(撓度控制曲線見圖7)

3.3 美國標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
雖然AAMA TIR-A11在2004年也推出了修訂版本,成為美國的第二代標(biāo)準(zhǔn),但是其對框支承幕墻受力構(gòu)件撓度控制的規(guī)定并沒有變化,這更顯示出了第一代美國標(biāo)準(zhǔn)在當(dāng)時的先進(jìn)性。(撓度控制曲線見圖8)
3.4 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
從1996年到2008年,國內(nèi)建筑幕墻行業(yè)高速發(fā)展,對受力構(gòu)件撓度進(jìn)行限制的國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也不斷推陳出新,《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133-2001、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003、《建筑幕墻》GB/T21086-2007作為我國的第二代幕墻標(biāo)準(zhǔn),依次對受力構(gòu)件撓度控制進(jìn)行了不同的規(guī)定。
1、JGJ133-2001對撓度的限制要求如下:(撓度控制曲線見圖9)
鋁合金型材:最大撓度為跨度L/180,并且不應(yīng)大于20mm;
鋼 型 材:當(dāng) L≤7500 時,最大撓度為跨度L/300,并且不應(yīng)大于15mm;
當(dāng) L>7500 時,最大撓度為跨度L/500。

JGJ133-2001對鋁合金受力構(gòu)件的撓度限制沿用了JGJ102-96數(shù)據(jù),而對鋼型材受力構(gòu)件的撓度控制則是從結(jié)構(gòu)設(shè)計角度入手,而不是從標(biāo)準(zhǔn)幕墻其他物理性能的角度來設(shè)定撓度控制曲線,作出了十分嚴(yán)格的控制。不過若不考慮幕墻是建筑外圍護(hù)構(gòu)造而非主體結(jié)構(gòu)這一點,按照鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的要求衡量,JGJ102-96對鋼型材受力構(gòu)件“L/180”的相對撓度控制確實稍寬松。
2、JGJ102-2003對撓度的限制要求如下:對鋁合金型材,最大撓度為跨度L/180;鋼型材,最大撓度為跨度L/250。(撓度控制曲線見圖10)
JGJ102-2003分別對鋁合金型材和鋼型材的受力構(gòu)件進(jìn)行不同的撓度控制的方法,同時取消了絕對撓度限制。新的JGJ102作這兩處修訂,原因如下:試驗表明,橫梁撓度達(dá)到跨度的L/180時,幕墻玻璃的工作仍是正常的。因此,對鋁型材的撓度控制值定為L/180。鋼型材強度較高,其撓度控制則可以稍嚴(yán)一些。原規(guī)范JGJ102-96對撓度附加了不超過20mm的限值,這是針對當(dāng)時幕墻的工程多為高層旅館和辦公樓,層高一般不大于4m的情況而制定的。目前,幕墻應(yīng)用范圍已大大擴展,情況多變,有時跨度超過4m較多,因此不宜、也不必要再規(guī)定撓度控制的絕對值,這與工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中撓度控制采用相對值的方法是一致的。
3、GB/T21086-2007對撓度的限制要求如下:(撓度控制曲線見圖11)
鋁合金型材:當(dāng) L≤4500 時,最大撓度為跨度L/180,并且不應(yīng)大于20mm;
當(dāng) L>4500 時,最大撓度為跨度L/180,并且不應(yīng)大于30mm;
鋼 型 材:最大撓度為跨度L/250,并且不應(yīng)大于30mm;

作為國內(nèi)第二代標(biāo)準(zhǔn)中最晚推行的標(biāo)準(zhǔn),《建筑幕墻》GB/T21086-2007對受力構(gòu)件的撓度控制已經(jīng)體現(xiàn)出我國標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)十分有針對地對大跨度幕墻的撓度進(jìn)行考慮。對跨度大于4500mm的鋁合金型材受力構(gòu)件,絕對撓度限制由20mm放寬到30mm,這提高了4500mm以上鋁合金框支承幕墻的材料利用率。曲線中3.6m~4.5m間的不變的撓度控制值以及4.5m處曲線不連續(xù)的斷口成為一個缺陷,也可能導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)在使用過程中重新紛爭。
3.5 各國標(biāo)準(zhǔn)對比分析
環(huán)顧各國第二代的標(biāo)準(zhǔn),有兩個比較明顯的趨同變化。
第一,各國標(biāo)準(zhǔn)不再對玻璃的種類差異來作不同的撓度控制。這主要是因為,最早期的受力構(gòu)件撓度控制,參考了玻璃行業(yè)對不同種類玻璃裝配的一些要求,而隨著多年來的工程經(jīng)驗以及試驗證明,對受力構(gòu)件的撓度控制,不需要按玻璃的種類來作不同的考慮。
第二,除歐洲標(biāo)準(zhǔn)外,各國標(biāo)準(zhǔn)都對大跨度的受力構(gòu)件撓度控制有了考慮。在當(dāng)時建筑幕墻行業(yè)高速發(fā)展的階段,不但大跨度的幕墻工程原來越多,鋁型材廠的生產(chǎn)能力也在不斷提高,很多鋁型材廠都能夠生產(chǎn)單支型材長度達(dá)7~8m的鋁型材。各規(guī)范放寬了對大跨度受力構(gòu)件的撓度限制,是一種適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的進(jìn)步。
4 撓度控制的研究
隨著我國建筑幕墻行業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展,當(dāng)前世界上更高、更大、更難、更先進(jìn)的建筑幕墻大部分都由我們設(shè)計和施工,除了以鋼結(jié)構(gòu)和索結(jié)構(gòu)支承為主的點支式玻璃幕墻外,框支承幕墻的跨度也屢創(chuàng)新高,如超過10米高的單元式幕墻和長度達(dá)12米的玻璃幕墻橫梁。面對如此大跨度的幕墻,如何對撓度進(jìn)行控制往往會令設(shè)計及施工單位束手無策。
根據(jù)我國結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論,撓度控制屬于正常使用極限狀態(tài)范疇,荷載采用標(biāo)準(zhǔn)值,而進(jìn)行強度計算則是屬于承載力極限狀態(tài)的范疇,荷載采用設(shè)計值。對于大跨度的結(jié)構(gòu),剛度的要求往往遠(yuǎn)比強度的要求高,盡管《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003只采用相對撓度值控制,取消了絕對撓度的限值,但在2007年頒布的《建筑幕墻》GB/T1086-2007中,再次設(shè)定了絕對撓度控制值,使得大跨度幕墻的設(shè)計陷入困境,如廣州白云機場T2航站樓,橫梁寬度12米,結(jié)構(gòu)計算的力學(xué)模型為:重力方向采用多點吊掛(多跨梁),風(fēng)荷載采用簡支梁(詞條“簡支梁”由行業(yè)大百科提供)。按照《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003的要求,橫梁風(fēng)荷載方向的撓度限值為66.67mm,而按照《建筑幕墻》GB/T21086-2007的要求,撓度限值只有30mm,盡管橫梁截面的深度尺寸接近500mm,壁厚也達(dá)8~12mm,此時強度的富余量已經(jīng)很大,但撓曲變形量仍然接近50mm,可見為滿足撓度控制的要求而無限增加用料是不客觀和不科學(xué)的。
大跨度框支承幕墻的應(yīng)用是行業(yè)發(fā)展的必然產(chǎn)物,為保證幕墻的安全性和舒適性,對幕墻受力構(gòu)件進(jìn)行合理的撓度控制成為十分迫切的需求。設(shè)計出合理的可操作性強的建筑幕墻撓度控制曲線,核心問題在于大跨度幕墻的撓度控制。在這方面,美國標(biāo)準(zhǔn)AAMA TIR-A11是最早考慮大跨度幕墻的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),日本標(biāo)準(zhǔn)JASS14是最早提出按三段控制撓度(建議)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),歐洲標(biāo)準(zhǔn)也緊隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展的步伐,率先在第三代標(biāo)準(zhǔn)中采用連續(xù)無間斷的三段控制曲線。不難看出,各國標(biāo)準(zhǔn)均十分重視大跨度幕墻的撓度控制,一致地通過分段控制的方式對超過常規(guī)跨度的幕墻受力構(gòu)件進(jìn)行更加嚴(yán)格的撓度控制。結(jié)合建筑幕墻在設(shè)計技術(shù)、材料科學(xué)、施工手段和使用環(huán)境等因素,覺得對幕墻受力構(gòu)件進(jìn)行分段控制是必須的,且應(yīng)根據(jù)跨度的不斷增大而采取更加嚴(yán)格的控制曲線,即對幕墻受力構(gòu)件的撓度實施 “跨度越大控制越嚴(yán)”控制理念。
根據(jù)“跨度越大控制越嚴(yán)”控制理念,形成了相對合理可行的三段撓度控制曲線方案如下:(理想的撓度控制曲線方案如圖12)
1、第一段 當(dāng)0
2、第二段 當(dāng)3600
3、第三段 當(dāng)6000< L時,d=H/300+10;撓度控制斜率從1/240提高到1/300,分母增量仍然為60,并通過調(diào)節(jié)常量(+10)使得曲線連續(xù),充分體現(xiàn)了“跨度越大控制越嚴(yán)”的理念,該跨度的幕墻材料基本上需要采用特殊生產(chǎn)的鋁合金型材或鋼型材。
“跨度越大控制越嚴(yán)”的理念和理想的撓度控制曲線方案曾經(jīng)提交予《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》、《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》和《人造板材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》三個工程技術(shù)規(guī)范編制組及主編人。“跨度越大控制越嚴(yán)”這一理念得到充分的認(rèn)同,但強調(diào)作為國家標(biāo)準(zhǔn)除了自身的因素外還需要與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào),于是,理想的撓度控制曲線被修改調(diào)整成為新的曲線并被JGJ336-2016采納和應(yīng)用。
5 第三代技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
5.1 日本標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
日本標(biāo)準(zhǔn)JASS14-2012是第一本面世的第三代幕墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),其撓度控制要求如下:當(dāng)跨度不大于4m時,建筑幕墻框受力構(gòu)件的最大允許撓度為L/150,且不得超過20mm;當(dāng)跨度大于4m時,最大允許撓度為L/200。(變形控制曲線見圖13)

2012版的JASS14撓度控制曲線沒有發(fā)生改變,只是將95版JASS14建議性的第三段曲線改變成實行的曲線。1995年到2012年這17年間的工程經(jīng)驗表明了,舊規(guī)范對較大跨度幕墻實行的相對嚴(yán)格的撓度控制建議,既能夠保證設(shè)計的安全,也一定程度上提高了材料的利用率,所以,日本標(biāo)準(zhǔn)將原來建議性的條文修訂為規(guī)定性條文,更加有力而合理地對幕墻受力構(gòu)件的撓度進(jìn)行控制。
5.2歐洲標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
第三代的歐洲標(biāo)準(zhǔn),《幕墻產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)》EN13830-2015也緊隨日本標(biāo)準(zhǔn)之后,采用連續(xù)無間斷的三段控制曲線來限制受力構(gòu)件的撓曲變形,規(guī)范且量化了大跨度幕墻的撓度控制指標(biāo),其撓度控制要求如下:
當(dāng)L≤3000時,最大撓度不大于L/200;
當(dāng)3000
當(dāng)L>7500時,最大撓度不大于L/250。(變形控制曲線見圖14)
從撓度控制曲線可見,第一段的控制曲線沿用了2003版標(biāo)準(zhǔn)的曲線;第二段控制曲線取消了絕對值的限值而采用斜率降低了50%的控制曲線(較嚴(yán));第三段控制曲線卻采用了較第二段寬松的控制線,不知是何緣故。
5.3 美國標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
美國也在2015年推出了再一次修訂的AAMA TIR-A11版本,但是,其對撓度的控制依然沒有變化。(變形控制曲線見圖15)

在建筑技術(shù)日新月異,大跨度幕墻越來越受到建筑師喜愛并不斷向更大跨度方向發(fā)展的這20年間,美國標(biāo)準(zhǔn)的撓度控制曲線一直未顯示出有任何不合理之處,它將一如既往地繼續(xù)去規(guī)范和約束美國的建筑幕墻行業(yè)。
5.4 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)解讀分析
國內(nèi)第一本第三代的幕墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JGJ336-2016《人造板材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》對受力構(gòu)件撓度的控制要求如下:(變形控制曲線見圖16)
當(dāng)L≤4500時,最大撓度不大于L/180;
當(dāng)4500
當(dāng)L>7000時,最大撓度不大于L/200。
如上面所提及,JGJ336實際上是“理想撓度控制曲線”衍生出來的曲線,其中第一段仍然采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù);第二段的雖然屬于大跨度幕墻的范圍,但還是十分常見的,故此采取了較為嚴(yán)格的控制值L/250,而7mm是為了調(diào)節(jié)該段控制范圍的常量;第三段則是與《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017相協(xié)調(diào)的結(jié)果。
5.5 各國標(biāo)準(zhǔn)對比分析
各國標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過三代的發(fā)展,盡管在撓度控制的尺度上,各個國家或因為資源條件、技術(shù)、經(jīng)濟、工業(yè)文化等等的差異,對框支承幕墻受力構(gòu)件的撓度限制尺度會略有不同。如日本標(biāo)準(zhǔn)受日本本土資源短缺所形成的物盡其用的精益思想影響,對受力構(gòu)件撓度的控制較為寬松;而歐洲標(biāo)準(zhǔn)則秉承一貫嚴(yán)謹(jǐn)保守的傳統(tǒng)思想,對受力構(gòu)件撓度的控制較為嚴(yán)格。無論如何,各國標(biāo)準(zhǔn)對受力構(gòu)件的撓度控制都體現(xiàn)了一種共同的理念——跨度越大控制越嚴(yán)。這種控制理念,能夠較好地平衡幕墻材料的利用率與幕墻構(gòu)造的安全性這兩個矛盾體之間的關(guān)系,使得幕墻跨度較小時的材料利用率盡量高,幕墻跨度較大時的幕墻構(gòu)造安全系數(shù)盡量高。
從JGJ336的控制曲線可見,第三段較第二段稍有放松,令曲線略顯不合理,其歸根結(jié)底原因除與現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)的結(jié)果外,還與作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑幕墻至今未形成獨立的結(jié)構(gòu)計算理論體系有關(guān)。期望隨著建筑幕墻結(jié)構(gòu)理論研究的深入,形成獨立的結(jié)構(gòu)計算理論體系,生成并實施更新更合理的撓度控制曲線,充分體現(xiàn)“跨度越大控制越嚴(yán)”的撓度控制理念。
6 結(jié)束語
我國的建筑幕墻行業(yè)經(jīng)過近四十年的發(fā)展,通過行業(yè)同仁的不斷努力,已經(jīng)成為世界幕墻行業(yè)的大國和強國,同時我國的建筑幕墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也有了長足的進(jìn)步,目前已經(jīng)處于領(lǐng)先的地位。新一代幕墻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的頒布和實施,將會更有力地促進(jìn)建筑幕墻行業(yè)技術(shù)的發(fā)展,也更容易適應(yīng)和滿足世界不同地區(qū)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求,在“一帶一路”的春風(fēng)推動下在世界市場做得更大,走的更遠(yuǎn)。
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