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　　提要：這幾年，幕墻設計中出現了一些新問題，有些是標準中沒解釋清楚的，有些是還需要進一步探討的，本文提出個人對這些問題的理解和觀點，供幕墻業內人士參考。

　　關鍵詞：幕墻設計，問題探討

　　1 前言

　　隨著幕墻技術的不斷發展，相關標準和規范的不斷完善，在幕墻設計過程中，也常常會遇到一些新問題，這些問題中，有些可能是相關標準或規范中沒有解釋清楚，有些還需要進一步探討和研究，這些新問題主要以下：

　　1. 不銹鋼與碳鋼或低合金鋼（詞條“低合金鋼”由行業大百科提供）的焊接

　　2. 夏熱冬暖地區傳熱系數K值要求

　　3. 幕墻防火構件隔熱性要求

　　4. 按荷載規范計算值與風洞試驗值的比對

　　5. 玻璃幕墻面板耐撞擊性能檢測

　　6. 強度提高的硅酮結構密封膠（詞條“硅酮結構密封膠”由行業大百科提供）應用探討

　　類似的新問題還比較多，本文就不一一列舉，下面分別對以上這幾個新問題提出個人的見解，供業內人員參考。

　　2 不銹鋼與碳鋼或低合金（詞條“合金”由行業大百科提供）鋼焊接

　　幕墻設計中經常會遇到不銹鋼需與碳鋼或低合金鋼的焊接問題，比如不銹鋼玻璃欄桿系統的立柱能否與碳鋼預埋件焊接、幕墻配件或附件中局部異種鋼焊接等等，有人認為不能焊接，依據是國家全文強制標準《鋼結構通用規范》GB55006-2021中第4.3.3條“不銹鋼構件不應與碳素鋼及低合金鋼構件進行焊接”。個人認為不妥，主要有以下原因：

　　1. 鋼結構設計中所涉及的構件通常需承受的荷載很大、跨度也很大，直接關系到主體結構的安全;而幕墻設計中的構件一般荷載較小、跨度不大，比如陽臺欄桿立柱等;

　　2. 幕墻設計中不銹鋼構件與碳鋼構件的焊接一般屬于小受力構件，在滿足設計要求的前提下，現有焊接工藝完全能夠滿足異種鋼材間的焊縫強度受力要求;

　　3. 幾十年來幕墻工程一直都在采用不銹鋼與碳鋼直接焊接的工藝。

　　所以，將鋼結構的設計規范一刀切的套用到幕墻小構件的設計中不合理。作為受力荷載較小的幕墻構件時，不銹鋼與碳鋼等異種鋼材可進行焊接，但應采用不銹鋼焊條，常用的焊條（詞條“焊條”由行業大百科提供）如A302、A312等能夠滿足幕墻結構計算要求，當然，采用幕墻構件作為結構主體受力構件(即幕墻結構一體化設計時)時應嚴格按GB 55006的相關規定執行。

　　3 夏熱冬暖地區傳熱系數K值要求

　　國家全文強制標準《建筑節能與可再生能源（詞條“可再生能源”由行業大百科提供）利用通用規范》GB55015-2021表3.1.10-5規定了夏熱冬暖地區的傳熱系數和太陽得熱系數，具體見表1。

　　從表1可以看出，當窗墻面積比大于0.3時，傳熱系數不應大于2.5W/m2·K，太陽得熱系數應小于0.35/0.40，其中傳導和對流部分傳遞的熱量是通過傳熱系數實現的，而太陽輻射傳遞的熱量是通過太陽得熱系數實現的。根據幕墻節能計算軟件結果可以得出，未采取隔熱措施的鋁合金型材幕墻的傳熱系數一般大于2.8W/m2·K，所以，只能采用鋁合金隔熱型材才能滿足節能計算要求，有些幕墻工程甚至采用三玻兩腔三銀的暖邊中空玻璃，但實際上，夏熱冬暖地區并不應該重點考慮傳熱系數。

　　根據玻璃傳遞熱量的簡化計算公式(以深圳地區為例)

　　從上述計算公式中可以看出，透過玻璃傳遞的熱量中，傳導部分傳遞的熱量為22W/m2，太陽輻射部分傳遞的熱量為260W/m2，即玻璃傳熱系數K值在透過玻璃的總傳遞熱量中僅占不到8%，太陽輻射傳遞的熱量占92%，所以，深圳地區的節能設計應重點控制太陽輻射產生的熱量，而不是去控制玻璃的傳熱系數，如盡可能降低玻璃的遮陽系數（詞條“遮陽系數”由行業大百科提供）或太陽得熱系數、采用外遮陽系統更佳的遮陽效果等，當然，一味地降低幕墻綜合遮陽系數，導致增加室內采光用電，又反而不利于節能了。

　　另外，采用超級節能玻璃配置的幕墻工程往往是為了綠色三星，國標《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2019表3.2.8規定三星綠色建筑（詞條“綠色建筑”由行業大百科提供）圍護結構的熱工（詞條“熱工”由行業大百科提供）性能應提高20%，這個要求被許多設計人員片面的理解為只提高傳熱系數要求，而不是傳熱系數和太陽得熱系數的綜合熱工性能提高，結果導致了在深圳地區居然出現了三玻兩腔且帶暖邊的中空玻璃配置，其實，在保持原有傳熱系數的前提下，只需在占90%多的太陽得熱系數中做一些提高，就完全能夠滿足建筑幕墻的節能要求，同時也顯著地降低了玻璃成本。

　　綜上所述，夏熱冬暖地區建筑幕墻限定傳熱系數不合理，同時，也不能過多地降低太陽得熱系數卻又增加了室內照明，這樣的話反而是在浪費資源，與建筑節能的初衷背道而馳。

　　4 幕墻防火構件隔熱性要求

　　《建筑設計防火規范》GB 50016-2014(2018年版)第6.2.5規定耐火等級為一級的建筑幕墻上、下層開口之間最少應設置高度不應小于0.8m的不燃性實體墻，且實體墻的耐火極限不應低于相應耐火等級中非承重外墻的要求，即耐火極限為1.00h。

　　當主體結構不燃性實墻體高度小于0.8m時，幕墻防火層底部至結構頂面的有效高度不應小于0.8m，具體詳見圖1。同時，為達到主體結構(鋼筯混凝土梁)相同的耐火極限，應增設幕墻防火層構件系統，防火構件的耐火隔熱性同樣也不應小于1.00h，并獨立支承在主體結構上。幕墻防火構件可采用國家標準《建筑設計防火規范》GB50016-2014附錄中的附表1“各類非木結構構件的燃燒性能和耐火極限”非承重墻部分提供的構件，如采用兩塊8mm厚硅酸鈣板（詞條“硅酸鈣板”由行業大百科提供）中間填厚度為75mm以上，容重為100kg/m3的巖棉等，也可采用經國家級相關權威機構認可的其它防火構件。

　　但實際幕墻工程中，該部位往往只是采用1.5mm厚鍍鋅鋼板+防火巖棉的防火構造措施，來替代圖1中的防火構件，但該防火構件系統只能滿足1.00h的耐火完整性要求，無法滿足1.00h的耐火隔熱性要求，可能存在安全隱患，具體如圖2所示。

　　當主體結構梁高度遠小于規范0.8m的要求時，由于未達到建筑防火（詞條“建筑防火”由行業大百科提供）的卷火高度要求，且該防火構件僅有耐火完整性要求，所以，一旦遭受火災，箭頭位置的溫度可能超過500℃，甚至達到上千度，從而通過樓面層的防火封堵將熱能傳遞到上一樓層，而引燃上一樓層的可燃物，造成火災進一步蔓延。采用不小于1.00h的耐火隔熱性要求的防火構件，能有效地將箭頭位置的溫度控制在200℃以內，并有效阻止熱能進一步向上傳遞。

　　公安部印發《建筑高度大于250米民用建筑防火設計加強性技術要求(試行)》的通知公消【2018】57號文第九條規定，“在建筑外墻上、下層開口之間應設置高度不小于1.5m的不燃性實體墻，且在樓板（詞條“樓板”由行業大百科提供）上的高度不應小于0.6m”，其中在樓板上不燃性實體墻的高度小于0.6m時，也同樣應采取不小于1.00h的耐火隔熱性要求的防火構件以替代原主體結構的不燃性實體墻，而不能只有耐火完整性要求。

　　5 按荷載規范計算值與風洞試驗值的比對

　　風荷載計算是建筑幕墻結構設計中保障安全性的關鍵點，主要是依據國家標準《建筑結構荷載規范》GB50009的相關規定執行，當建筑幕墻做了風洞試驗時，保守一些的幕墻設計單位通常取兩者間最大值;而激進一些的幕墻設計單位通常直接采用風洞試驗值，個人認為兩種方案均不合適。

　　荷載計算值與風洞試驗值主要有以下三種情況：

　　1. 風荷載計算值遠大于風洞試驗值時

　　可按《建筑工程風洞試驗方法標準》JGJ/T 338-2014第3.4.9條規定“1無獨立的對比試驗時，風荷載取值不應低于國標GB50009規定值的90%;2有獨立的對比試驗結果時，應按兩次試驗結果中的較高值取用，且不應低于GB50009規定值的80%”的相關規定執行，即風荷載計算值可適當降低，但必須以荷載計算值的80%或90%兜底，不應直接采用風洞試驗值進行幕墻結構計算。

　　2. 風荷載計算值與風洞試驗值接近時

　　由于兩值相差不大，可取兩者間的最大值。

　　3. 風荷載計算值遠小于風洞試驗值時

　　以風洞試驗值為準。鑒于不同風洞試驗室試驗得出的風荷載標準值可能相差很大，有些可能相差幾倍，特別是建筑外立面造型比較復雜的區域。在這種情況下，宜增加另一家風洞試驗室進行風洞試驗值對比，以確定原風洞試驗值是否準確，是否存在較大的系統偏差等。

　　另外，當兩家獨立的風洞試驗室對比試驗的結果差別較大時，可請兩家風洞試驗室相互間先溝通和比對，再經專門論證確定合理的試驗取值。

　　6 玻璃幕墻面板耐撞擊性能檢測

　　業主和建筑師往往對玻璃幕墻樓面透明部分設置室內安全護欄難以接受，會影響室內效果，希望能夠取消，而取消的前提就需要進行幕墻玻璃面板的耐撞擊性能檢測，所以，玻璃幕墻耐撞擊性能檢測廣泛用于不設置建筑幕墻室內安全護欄時的超限專項方案論證，耐撞擊性能檢測方法主要依據《建筑幕墻耐撞擊性能分級及檢測方法》GB/T38264和《建筑幕墻》GB/T21086這兩個標準。

　　目前，玻璃幕墻性能第三方檢測機構通常以受撞擊檢測的玻璃被撞擊后是否脫落、破碎作為判定玻璃耐撞擊性能不合格的標準，個人認為不妥。

　　1. 人體可撞擊部位的幕墻玻璃面板配置通常都是中空玻璃或中空夾層玻璃，均由數層單片玻璃構件組成的玻璃組件制品，單片受撞擊檢測的玻璃破碎并不能代表整個玻璃制品（詞條“玻璃制品”由行業大百科提供）的安全防護失效，只有當整個玻璃面板制品出現脫落、破碎或開裂，如中空玻璃內外兩片玻璃都破碎時，才應判定為幕墻玻璃面板耐撞擊性能不合格;

　　2. 采用中空夾層幕墻時，當夾層玻璃設置在室內側，在進行耐撞擊試驗時，如夾層玻璃中兩片玻璃的內片出現破碎，但另一片玻璃未破碎時，通常判定為合格，考慮的就是夾層玻璃是一個組合制品，但為何作為整個玻璃組件制品的中空夾層玻璃卻又將單片玻璃和夾層玻璃分開考慮呢?

　　3. 采用中空夾層玻璃的，如從玻璃面板的耐撞擊性能角度來說，夾層玻璃設置在室內或室內側的功能均相同，作為一個玻璃組件制品，中空夾層玻璃出現整個玻璃面板在耐撞擊性能檢測時失效的概率極低。但如從高空墜落的安全角度出發，夾層玻璃應設置在室外側，盡可能減少單片鋼化玻璃破碎后墜落的風險。

　　最后，我想強調的是，從目前國內標準來看，玻璃幕墻應在室內設置安全護欄的要求沒有相關的標準依據。另外，玻璃幕墻人體可碰撞部位的玻璃通常都是雙層，甚至三層玻璃，即使撞碎室內側單片鋼化玻璃，雙層或三層玻璃組件制品全部撞碎的概率極低，發生玻璃碎片高空墜落的概率也極低，幕墻行業發展這么多年來，也只有在電影上能看到玻璃被撞碎后人體從高空墜落的情景，所以，玻璃幕墻必須采用安全護欄不合理，國內非常多的標致性建筑均未設置室內安全護欄。當然，可能發生人體碰撞沖擊的玻璃宜按《建筑玻璃應用技術規程》第7章“建筑玻璃防人體沖擊規定”中安全玻璃最大許用面積的相關規定執行。

　　7 強度提高的硅酮結構密封膠應用探討

　　地處臺風或強風易發多發地區在進行超高層玻璃幕墻設計時，風荷載設計值（詞條“荷載設計值”由行業大百科提供）往往很大，可達7.0MPa以上，再加上業主和建筑師越來越偏向于大玻璃分格，導致在進行結構膠計算時，結構膠寬度可達50mm以上，受結構膠寬厚比的限制，只能進行分段打膠，但有些工程即使分段打膠，也可能不滿足結構膠寬厚比的要求。

　　《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ 102規定硅酮結構密封膠在短期荷載作用下拉應力（詞條“拉應力”由行業大百科提供）強度設計值不應大于0.2MPa，那能不能進一步提高硅酮結構膠設計值呢?比如將承受短期荷載作用的抗拉強度設計值由0.2MPa提高到0.3MPa，從而減少結構膠的計算寬度?這首先需要考慮以下幾個方面：

　　1. 適度提高硅酮結構膠拉伸粘接強度（詞條“粘接強度”由行業大百科提供）。結構膠23°C拉伸粘接強度標準度宜在1.0~1.2MPa之間，與相關標準相比，材料安全分項系數有所提高，同樣具有較高的安全富余，但又不能片面提高強度而影響到其它力學性能參數，比如伸長率、老化性能等，所以一定要適度;

　　2. 《建筑幕墻用硅酮結構密封膠》JG/T 475要求硅酮結構膠的設計使用年限不應低于25年，為確保安全可靠，提高抗拉強度標準值后的結構膠應以滿足此標準的要求為底線;

　　3. 在抗拉強度滿足要求的前提下，硅酮結構膠的耐老化性和耐久性是另外兩項非常關鍵的指標。其中耐老化性指標主要是通過水-紫外線人工加速老化和自然曝曬兩種試驗方法進行檢測;而耐久性指標主要是通過抗疲勞循環試驗進行檢測。

　　1) 水-紫外線人工加速老化試驗。根據JG/T 475要求，結構膠在放入水-紫外線試驗箱后應進行1008h浸水輻照試驗，拉伸粘結強度保持率應大于75%。經大量試驗驗證可知，1008h偏低，結構膠基本上都能滿足，如對提高強度的結構膠進行相關檢測，應大幅提高到3000h以上[1]，才有可能區分出水-紫外線光照加速老化性能更強的結構膠;

　　2) 自然曝曬試驗是綜合考核結構膠自然老化性能的關鍵因素。經試驗驗證，經過3年以上曝曬后，不同品質的結構膠會出現明顯的差距，質量差的結構膠拉伸強度、最大強度伸長率等出現明顯的降低[2]，通過自然曝曬這塊“試金石”，能夠有效地檢測出結構膠自然老化性能的優劣，當然，如果曝曬時間更長，比如7~10年，應該更能說明問題;

　　3) 考核耐久性指標主要依靠抗疲勞循環試驗。但JG/T 475中的疲勞循環試驗條件為8s為一周期，且僅做反復拉伸，最大循環次數也僅為5000次，指標要求嚴重偏低，與玻璃幕墻實際受力工況相差甚遠，所以，需根據玻璃幕墻的實際工況，比如反復拉壓工況等，重新編寫結構膠抗疲勞循環試驗方法標準。

　　4. 現有規范中硅酮結構膠計算公式不能完全適用。當玻璃尺寸過大時，由于風荷載的偏心作用，很可能導致結構膠在寬度方向上兩側受力不均勻，受拉面積很可能明顯減小，已不是結構膠全部的粘接面積，此時，再用《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102中的軸心抗拉強度計算公式進行計算可能存在安全隱患，所以，可通過有限元分析軟件進行結構膠受力計算，并根據計算結果進行相應的結構膠構造設計，以確保結構膠計算的準確性和安全性。

　　總之，要提高結構膠抗拉強度設計值，應進行大量的相關試驗，耗費大量財力和時間(時間最少要3年以上)，只有建立在充分試驗的基礎上，才能通過大數據分析得出一些基本結論，所以，當結構膠提高拉伸強度值時，一定要慎之又慎，不能隨便“拍腦袋”。

　　如何解決目前臺風或強風地區硅酮結構膠計算過寬的問題呢?只有笨辦法。

　　1. 控制建筑分格和玻璃面積，減少玻璃分格尺寸，從而減小結構膠寬度;

　　2. 盡可能采用全明框幕墻形式，避免硅酮結構膠直接受力，也更安全更可靠;

　　3. 分段打結構膠，控制結構膠寬厚比，且必須按結構膠打膠工藝嚴格執行。

　　8 結束語

　　隨著幕墻技術的不斷發展以及標準規范的不斷修訂，必然會出現一些新問題，對待新問題，只能以客觀、務實的態度，以及幕墻行業已積累的豐富經驗來正確對待和解決，而不宜唯標準論、唯教條論。以上所述的問題還具有較多的爭議，有些個人見解已經與相關的標準規范的要求相左，這里僅代表個人觀點。

　　[參考文獻]

　　[1] 潘成,王有治,龐坤海等.加速老化試驗對建筑用有機硅結構膠拉伸粘接性能的影響[J].有機硅材料,2018,32(2):118~123.

　　[2] 羅銀,張宇旋,蔣金博等.硅酮結構膠自然曝曬老化試樣表征方法研究[J].中國膠粘劑（詞條“膠粘劑”由行業大百科提供）,2022,31(12):48~53.

作者單位：深圳市建筑門窗幕墻學會