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幕墙结构设计审查的几个问题探讨

现就幕墙结构设计审查中的几个问题进行分析探讨,欢迎同行们批评指正。
1. 横梁与立柱可以焊接吗?

《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001第5.6.6条:横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接,角码应能承受横梁的剪力。螺钉直径不得小于4mm,每处连接螺钉数量不应少于3个,螺栓不应少于2个。横梁与立柱之间应有一定的相对位移能力”。

《建筑幕墙设计标准》T/CECS 1266-2023(6.5节)、《人造板材幕墙工程技术规范》JGJ 336-2016(7.1节)等规范允许采用焊接。
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001第5.6.6条于2023年4月已废止其强制性属性。
关于横梁与立柱能否采用焊接的争议已存在多年。对此,笔者认为螺接是首选,符合绿建设计施工的要求,是理想的装配式,有利于释放温度应力;焊接正相反,且破坏了镀锌层还有焊接残余应力,更加容易腐蚀。而焊接造价低、支座受力可靠, 在悬挑梁、受扭梁的连接、幕墙不很长的情况下应用是合理的。
构造选型少了些教条,但不同的构造对应不同的计算和措施。采用焊接连接需注意温度应力的问题和耐久性问题。
2. 石材幕墙的面板没有板缝宽度要求,合理吗?

现行《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001没有面板板缝要求。幕墙结构构件在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下,应具有安全性。幕墙结构应按围护结构设计,不应承受主体结构的内力(但索支承结构、以及其它与主体结构受力关联较大的复杂支承结构应与主体结构协同设计,并应考虑相互作用的影响,不应使幕墙构件产生过大内力和不能承受的变形);变形受到约束时,应考虑温度作用,采取构造措施释放温度作用效应时,结构计算不计温度作用影响。幕墙层间变形性能:非抗震设计时,应按风荷载标准值作用下主体结构的弹性层间位移角限值进行设计;抗震设计时,应按多遇地震标准值作用下主体结构弹性层间位移角的3倍或计算结果进行设计。

以上是幕墙结构设计的重要概念,也是《民用建筑通用规范》GB 55031-2022第6.2.8-1条的主要要求。
重点讨论一下变形性能。在各专门幕墙规范中,幕墙变形性能要求写在建筑设计章节,其实这是重要结构概念,属于建筑和结构共审的内容,结构专业应严格审查。设计不好的后果是幕墙受主体结构及温度作用影响,导致面板脱落、破碎,幕墙结构构件内力增大等。《装配式幕墙工程技术规程》T/CECS 745-2020第5.3节给出了幕墙位移的详细计算方法,主体结构刚度较弱或层高较大的幕墙注意复核,不应仅满足构造要求。因此,上下立柱的缝隙要求、面板之间或面板与框支(点支)之间的缝隙或槽口要求很重要,是审查重点。《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001第4.2.6条只有幕墙的平面内变形性能要求,没有石材面板板缝的具体要求,建议进行概念设计,对板缝提出合理要求,至少避免采用较大面积或较大尺寸密缝拼接。
3. 大理石面板的石材幕墙,合理适用建筑高度是多少?

按概念说,石材面板不同,其可靠性也不同,限制适用高度也应不同。《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001不分情况,石材幕墙适用范围为建筑高度不大于100米。《建筑幕墙设计标准》T/CECS 1266-2023第6.3.6条:花岗岩应用高度不宜大于100m,大理石、石灰石和砂岩应用高度不宜大于20m。建议严控。同样的道理,《点挂外墙板装饰工程技术规程》JGJ 321-2014的幕墙,建议只适用于多层房屋。虽然规程规定,当基体为钢筋混凝土结构时,适用于高度不大于100米的建筑,但这类幕墙属于简易幕墙,没有龙骨,连接点多、整体性差,造价低,其支承结构可靠性低于普通幕墙。

4. 幕墙支承结构防腐蚀设计怎样要求?

耐久性对幕墙结构的可靠性很重要,《钢结构设计标准》GB 50017-2017第18.2.4-4条规定“设计使用年限大于或等于25年的建筑物,对不易维修的结构应加强防护”,幕墙支承结构应该属于这一类,应加强防腐蚀设计。幕墙各专门规范只有对防腐蚀设计的基本要求,没有防腐蚀设计的系统设计要求。建议执行《钢结构通用规范》GB 55006-2021、《钢结构设计标准》GB 50017-2017及专门的钢结构防腐蚀设计标准对防腐蚀进行系统设计,根据大气腐蚀等级、防腐蚀设计使用年限,选用涂装设计,并把防腐细节做好,改进钢结构使用几年后就锈迹斑斑的现状。

另外,按《钢结构通用规范》GB 55006-2021第4.3.3条,不锈钢构件也需防双金属腐蚀。有的幕墙专门规范只要求除不锈钢之外的金属需采取防双金属腐蚀措施的规定就不对了,当然,不锈钢连接件采取防松动措施,也不能采用与钢构件点焊的措施了。    
5. 幕墙支承结构需要防火吗?

一般幕墙没有耐火极限要求,个别情况的幕墙支承结构有耐火极限要求。结构审查不要漏项,应落实建筑专业对有关结构构件的耐火设计要求,注意紧靠防火墙端部的玻璃幕墙结构耐火性能要求、双层幕墙的支承结构耐火极限要求等。

6. 幕墙支承结构的挠度,如何要求?

各专门规范规定不一样,按大管小、新管旧的原则,可统一执行《建筑幕墙》GB/T 21086-2007的规定。

还有预埋件与后锚固的问题、幕墙代替防护栏杆的问题、自攻螺钉应用的问题都可继续讨论,限于篇幅不再赘述。按国家标准化法,强制性标准必须执行。按推荐性标准采用的技术方法和措施是否符合强条要求,各责任主体需进行判定。以上讨论就是按结构概念判断判定的过程,不当之处,请大家提出宝贵意见,共同完善结构设计审查的技术交流。

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