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建筑幕墙可靠性各环节分析

来源:2011年会论文集  作者:*  日期:2011-5-16
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【摘要】建筑幕墙可靠性是一个综合体系。本文以结构、材料、工艺的线索来展开对可靠性的分析。
【关键词】建筑幕墙  可靠性
 
  玻璃面板属于易碎品,合理选择玻璃面板的面积以及玻璃种类是设计的重点之一;玻璃面板使用前的边部处理以及安装时装配应力的避免等多方面的因素也是必须考虑的。各种幕墙所用各种玻璃各有其力学计算方法,兹不一一赘述。其中全玻幕墙的面板玻璃通过胶缝与玻璃肋相连结时,面板可作为支承于玻璃肋的单向简支板设计。其应力与挠度可按框支承幕墙的方法计算。
  石材面板的强度相对较低,且天然石材种类很多,如岩浆岩(花岗岩、玄武岩等)、沉积岩(砂岩、石灰岩等)和变质岩(大理岩、片麻岩等)等,其各自的连接方式及要求也有较大差别,如背部连接、背卡连接、背槽连接及背栓连接等连接方式;另一方面,石材面板的质量较大,这必然影响面板尺寸的选择。
  幕墙用石材应进行抗弯设计,所得的最大弯曲应力设计值不应超过石板抗弯强度设计值。其中短槽支承、通槽支承以及四边金属框支承的石板构件,有不同的设计计算方法。由钢销在石板中产生的剪应力应进行校核。
  对于金属面板,其主要问题有面板与钢龙骨的连接与接触、根据面板尺寸对加肋与否的选择及内力分析和强度校核等。当进行板的挠度计算时,也应考虑大挠度的影响,按小挠度公式计算的挠度也应乘以折减系数。
  面板设计、选择以及加工安装等各环节作为关键因素,只有全面考虑到位,才能保证幕墙的可靠性。
  3.2 材料
  建筑幕墙是由多种材料按一定的结构组成的。按照材料成分分类,有金属材料(铝合金、钢)、玻璃、天然石材、人造板材、密封材料硅酮结构胶、密封胶)、橡胶材料(胶条)等。
  按照材料在幕墙结构中所起的作用分类,有连接件材料、框架(或杆索)体系材料、粘结材料、板材、配件、辅件等。
  一般所说的“建筑幕墙可靠性的检测”,是针对作为一种独立产品或工程的建筑幕墙的。但在进行幕墙整体的可靠性检测时,必须准确掌握各主要材料和重要辅、配件的基本情况,尤其是事关结构安全和主要性能的情况。框架材料的断面规格、各种板材的厚度等关键因素,应属于设计和加工的控制范围。
  与可靠性有关的材料问题,是材料本身的特性与质量(如铝合金材质、玻璃的钢化程度、石材的抗弯强度、结构胶的产品性能),以及有些在设计中一般不会特别提及的配件、辅件选择(如用于框架连接的螺栓、石材挂件或背栓、窗执手种类、单元板块所用的密封胶条)。其中一些特别关键的材料性能,如玻璃的钢化程度,五金配件承载力等,在有必要获取第一手材料时应进行直接测试。
  3.3 加工与安装
  由于建筑幕墙既有产品的性质又有工程特征,故其完成过程既有生产(加工)阶段,又有施工(安装)阶段。对某些幕墙(如框架式幕墙),这两阶段并未截然分开,在施工(安装)阶段也常有加工工作,如支座定位的钻孔、石材开槽。通过了审核与验证的幕墙设计方案能否逐步落实,在材料确定之后,生产与施工便是决定建筑幕墙可靠性的关键因素。
  1 材料进厂
  建筑幕墙所使用的材料,多数是与可靠性密切相关的,工程中必须进行严格的把关。一般,材料的进厂检验由幕墙企业直接把关。但对于关键材料,需要监理单位或第三方机构进行检验把关。
在工程检验中,材料、配件、附件的质量保证文件的核对和规格、性状的符合性检验是很重要的,对所有材料和配件均应进行。
  2 构件加工
  包括型材加工(开模、切割、钻孔)、板材加工(切割,玻璃倒棱倒角、点支承玻璃开孔、钢化,金属板折边与加强筋肋配置,石材开槽开孔)、附框与板材的粘结(注结构胶)、单元板块加工等。每一项工作质量都关系到幕墙的安全与可靠性,如玻璃倒棱倒角可减少应力集中所导致的破裂,钢化程度决定了玻璃能否达到安全玻璃的标准,石材切割、开槽后若出现崩裂、损坏会造成强度降低,开启扇板块加工误差过大导致板块过大无法入框或板块过小、开启缝隙太大。
  许多加工工序都是由专业的产品生产厂家(如铝型材厂、玻璃厂)而不是由幕墙企业承担的,作为用户的幕墙企业若采购验证工作不落实,不符合要求的产品就有可能用于幕墙,这在幕墙业内并不罕见。可靠性检测包括对试件(样本)的核对、检查工作,目的之一正是为了发现与避免此类隐患。
  如前所述,一些种类的幕墙(如框架式幕墙)在施工(安装)阶段也常有些加工工作,但要特别指出:对于隐框、半隐框幕墙,板块是依靠硅酮结构密封胶的结构粘结作用与框架结构相维系的。为确保结构胶的结构粘结作用,在结构胶未固化时不应承受剪切或拉伸荷载。而若直接在框架上注结构胶并将板块粘贴上去,未固化的结构胶就要承受剪切(板块重力)与拉伸荷载(自然界风荷载)。况且工地现场的环境也很难符合打注硅酮结构密封胶所要求的“洁净、通风、环境温湿度适宜”等条件。这也就是规范规定“除全玻幕墙外,不应在现场打注硅酮结构密封胶”(强制性条文)的原因。附框的作用就是使注胶工序能在专设的注胶车间完成,使注胶构件能在满足要求的环境中养护至胶固化。
  3 施工安装
  施工安装是建筑幕墙走向成品、走向竣工的最后一程。之前各环节均已确保、各阶段均已完成,最后要靠安装环节来汇总实现。若安装质量有失,幕墙的可靠性也会化为乌有。
  不同类型建筑幕墙的安装有其各自的特点或关键点:
  1)框支承幕墙
  框支承幕墙的结构内连接在安装阶段完成,栓接、插接或焊接质量是关键。
  隐框、半隐框幕墙多以间断点形式固定板块,安装时必须遵循设计要求,确保压(勾)码或挂件的材质、固定连接件的种类(不采用自攻螺钉)、固定点的间距等要素。
  明框幕墙的安装要点在于板块嵌入量的控制与避免刚性接触的措施。某大厦采用了明框幕墙,使用中玻璃坠落。经我机构现场检查,发现玻璃嵌入量仅6-10mm,远低于标准要求的15mm;加上玻璃分格较大而挠度较高,在弯曲到一定程度时脱出框架就不奇怪了。
  框支承幕墙还有一个可开部分安装的工作,拼缝与螺孔密封质量,窗扇窗框间的压紧胶条装配,靠滑撑悬挂的开启扇之滑撑定位,窗锁点的布置、安装与必要的调节,无不事关密封性能、事关抗风压性能。幕墙日常使用中,可开部分漏水问题最为用户所诟病,检测中窗扇的功能障碍和损坏也时有发生。
  2)点支承幕墙
  张拉杆索的预拉力必须按设计要求施加,且采用测力计测定(每次使用前都要校准);拉杆、拉索的预拉力应分次、分批对称张拉,并注意过程中的随时调整。预拉力施加,决定着张拉杆索体系结构能否成立。个别杆索预拉不当可能造成承受荷载时结构不稳、玻璃扭曲破碎。
  支承装置的安装应符合设计对偏差的要求,以免玻璃产生不利的附加应力。
  3)全玻幕墙
  以单块或驳接成的玻璃作支撑,一定要避免它在荷载作用下与支座U型钢槽发生刚性接触,尤其要考虑在幕墙面法线方向上的风荷载作用下产生位移的情况。因此玻璃与槽侧壁应留足够空隙,应在槽内各面设置硬质橡胶垫块后再以密封胶注满。
  玻璃肋应选用安全玻璃,安全玻璃中的钢化玻璃最忌局部应力集中,一旦刚性接触,可能在瞬间发生破碎。面板和肋玻璃的垂直度和水平度也与安全相关。
  由此足见安装环节是要害所在,精心选购的上等材料,耗巨资设计、兴建的幕墙,就有可能在这些隐蔽战线的漏洞上付诸东流。
  4 小结
  在掌握幕墙可靠性各环节后,才能了解幕墙可靠性的薄弱点,才能在幕墙设计、施工、检测中把握全面、突出重点。一些工作未能从总体上把握建筑幕墙可靠性的概念与体系,造成只知走程序、简单下结论,而对出现的问题不知其原因,正是由于忽略了这一重要工作。
  参考文献
  [1] 中华人民共和国行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
  [2] 中华人民共和国行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
  [3] 中华人民共和国行业标准《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ/T139-2001

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