關(guān)于建筑幕墻設(shè)計(jì)中幾個(gè)問(wèn)題的思考—審圖工作與學(xué)習(xí)札記

　�、� 玻璃幕墻中的大門(mén)門(mén)套鋼骨架要承受較大的水平荷載，不宜設(shè)計(jì)成獨(dú)立懸臂型式，特別是當(dāng)其上部玻璃幕墻較高（例如二層樓板開(kāi)大洞，幕墻連跨兩層）時(shí)，最好結(jié)合起來(lái)，采用兩端簡(jiǎn)支的通長(zhǎng)的立柱，可采用單肢型鋼，必要時(shí)也可采用鋼桁架｡可參看拙文[1]中的實(shí)例｡如果一定要采用懸臂形式，要特別注意其底部錨固的可靠性｡有的門(mén)套的懸臂骨架寬800mm，只有一排地腳螺栓可以固定在地梁上，而另一排落在建筑地面面層，這是錯(cuò)誤的設(shè)計(jì)｡

　�、� 有的玻璃幕墻設(shè)計(jì)說(shuō)明：“中空玻璃的二道密封應(yīng)采用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠｡應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11944中的有關(guān)規(guī)定”｡這不夠全面｡對(duì)于隱框和半隱框玻璃幕墻，中空玻璃兩層之間的結(jié)構(gòu)膠寬度尚應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，并在圖紙中明確要求，如僅按GB/T11944-2002的構(gòu)造規(guī)定，膠縫寛度取5~7mm，可能不滿足抗風(fēng)計(jì)算要求｡

　�、塾行┠粔Σ捎煤笾缅^栓，其植入深度僅100~140mm，如錨栓是用于抗拉拔或拉剪復(fù)合受力的，則不符合要求｡按后錨固技術(shù)規(guī)程[2]7.0.1條，“有抗震設(shè)防要求的……應(yīng)選用化學(xué)植筋和能防止膨脹片松弛的擴(kuò)孔型錨栓或扭距控制式膨脹型錨栓，不應(yīng)選用錐體與套筒分離的位移控制式膨脹型錨栓”｡該規(guī)程7.0.3條規(guī)定，受拉的化學(xué)植筋，其最小有效錨固深度是22~24倍錨栓直徑（對(duì)于C30砼）｡顯然，上述設(shè)計(jì)植深與此不符｡

　　有的施工單位或監(jiān)理工程師援引玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[3]第5.5.7條第3款，它只是要求“應(yīng)進(jìn)行承載力現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行極限拉拔試驗(yàn)”；該條的條文說(shuō)明稱(chēng)“后錨固螺栓”包括“機(jī)械膨脹螺栓或化學(xué)螺栓”，并沒(méi)有進(jìn)一步的規(guī)定；因此認(rèn)為只要拉拔試驗(yàn)過(guò)關(guān)，就是合格的了｡這種看法有幾點(diǎn)需要商榷：首先，技術(shù)規(guī)范[3]和規(guī)程[2]都是我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ系列，其級(jí)別平行，內(nèi)容相關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)都要遵守，不能顧此失彼；兩者不完全一致時(shí)，應(yīng)以后發(fā)布的規(guī)程[2]為準(zhǔn)｡其次，錨栓拉拔破壞往往不是因膠結(jié)料的粘結(jié)力不足，而是因砼錨固體的沖切錐面破裂而拔出，如果拉拔試驗(yàn)用的反力架的內(nèi)徑小于沖切錐體外徑時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果就不真實(shí)｡再次，膠結(jié)料的老化期限短于主體結(jié)構(gòu)合理使用壽命，膠結(jié)料老化后，錨栓的承載力也將下降｡最后，拉拔試驗(yàn)是靜力作用，而某些類(lèi)型的錨栓在風(fēng)振或地震作用下可能松動(dòng)而失效｡

　　上述技術(shù)規(guī)范[3]第5.5.7條的條文說(shuō)明原句是“采用后錨固螺栓（機(jī)械膨脹螺栓或化學(xué)螺栓）時(shí)，應(yīng)采取多種措施，保證連結(jié)的可靠性｡”究竟要采取哪些措施?沒(méi)有詳說(shuō)｡竊以為可包括：a）改變錨版形式，使部分錨栓處于受剪狀態(tài)（圖1）；b）部分錨栓改用對(duì)穿螺栓，錨固在梁或墻背面的墊板上（圖2）；c）當(dāng)錨固件受力較小時(shí)，錨栓直徑按構(gòu)造要求取值，往往遠(yuǎn)大于計(jì)算所需，這時(shí)，可按技術(shù)規(guī)范[3]附錄C算出所需錨栓直徑，再乘以規(guī)程[2]表7.0.3規(guī)定的倍數(shù)，驗(yàn)算所需有效錨固深度｡當(dāng)然，最好是按技術(shù)規(guī)范[3]第5.5.4條的要求“，……應(yīng)通過(guò)預(yù)埋件連接，預(yù)埋件應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)混凝土施工時(shí)埋入”，而避免采用后錨固螺栓，省錢(qián)省事又可靠｡

　　④ 石材幕墻的石板材一般采用上下兩邊短掛板或通長(zhǎng)掛板支承于橫梁上，其全部水平荷載經(jīng)由橫梁傳遞，但計(jì)算書(shū)中，橫梁按三角形加載，誤｡有的同志解釋稱(chēng)：石材幕墻自重大，橫梁僅在風(fēng)荷載作用下按三角形加載，誤差不是太大，計(jì)算軟件也無(wú)法做到面面俱到｡

　　筆者以為這樣解釋不能成立｡25mm厚的石板材自重0.675kN/m2，豎向作用；風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（以B類(lèi)地面粗糙度､樓高30m為例）約為1.20kN/m2，沿水平方向作用；顯然橫梁的組合彎矩以水平風(fēng)荷載作用為主｡再說(shuō)對(duì)于水平風(fēng)荷載產(chǎn)生的跨中彎矩MY而言，在通槽支承條件下，均布加載效應(yīng)是三角形加載效應(yīng)的1.5倍，可見(jiàn)其影響是舉足輕重的｡至于現(xiàn)有計(jì)算軟件能否做到，那是另一回事，找不到合適的軟件，手算補(bǔ)充總可以嘛｡

　�、� 按石材幕墻技術(shù)規(guī)范[4]第5.3.7條規(guī)定：“試驗(yàn)中任一試件的彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)值低于8MPa時(shí)，該批花崗巖板不得用于幕墻”｡這里的“8MPa”應(yīng)是從花崗巖板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值一般取fg1=3.7MPa，乘以2.15反算而來(lái)的｡由于石板強(qiáng)度試驗(yàn)的試件只要5塊/每組，屬于“小樣本”，無(wú)法按數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)差，所以取試件強(qiáng)度的最小值作為其標(biāo)準(zhǔn)值（即所謂“平均值”，參看該條文說(shuō)明），而不應(yīng)把“彎曲強(qiáng)度平均值”理解為5塊試件的算術(shù)平均值｡現(xiàn)在的問(wèn)題是有的設(shè)計(jì)者遇到石材計(jì)算應(yīng)力超限時(shí)，不是去修改設(shè)計(jì)，減小石板材的平面尺寸或加大其厚度，而是任意提高石材的彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)值｡例如有一份設(shè)計(jì)，其石板抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fg1取6MPa，于是它的彎曲強(qiáng)度平均值應(yīng)取fgm=6×2.15≈13MPa｡根據(jù)上述規(guī)定精神，這時(shí)應(yīng)當(dāng)要求“試驗(yàn)中任一試件的彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)值不得低于13MPa，否則該批花崗巖板不得用于本幕墻”｡

　�、� 石材幕墻的橫梁多采用L50角鋼｡因角鋼都不是對(duì)稱(chēng)斷面，在計(jì)算彎曲應(yīng)力時(shí)，應(yīng)將外荷載分解到截面的形心主軸上計(jì)算，再將同一位置的應(yīng)力予以疊加｡這是因?yàn)橐?guī)范[4]的公式（5.6.3）是針對(duì)截面形心主軸導(dǎo)出的｡但該規(guī)范條文及其說(shuō)明中都未予明確指出，容易引起誤解（詳請(qǐng)參看拙文[5]）｡有的同行以為，石材幕墻角鋼橫梁的跨度不大，一般不會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，按重力和風(fēng)荷載各自受力方向的力學(xué)性能計(jì)算，誤差應(yīng)該不大；其實(shí)，在拙文[5]計(jì)算實(shí)例中并未計(jì)及扭矩和扭轉(zhuǎn)變形；如果石板重力實(shí)際產(chǎn)生的扭矩較大時(shí)，選用角鋼型號(hào)尚應(yīng)適當(dāng)留有余地｡還有的同行認(rèn)為，文[5]的算例也許是特例，一般的角鋼橫梁不會(huì)有那樣的誤差；筆者為此進(jìn)行了試算：取Mx/My=0.0~1.0，先按x､y軸計(jì)算得截面最大組合應(yīng)力σ，再投影到形心主軸上計(jì)算得σz，于是得σz/σ比值與Mx/My比值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表1：

　　筆者還用同樣的方法算得qkx/qky比值與fz/f比值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表2：

　　表2中，qkx､qky分別為水平荷載與豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值，fz､f分別為按投影到形心主軸上計(jì)算和按x､y軸計(jì)算所得的跨中最大撓度值｡

　　由上可見(jiàn)，是否投影到形心主軸上計(jì)算，就截面最大應(yīng)力而言，誤差為12.5%~37.6%；而對(duì)于簡(jiǎn)支梁撓度來(lái)說(shuō)，誤差可達(dá)76.9%~142.2%｡不容忽略｡

　　上列兩表還可用于：先對(duì)x､y軸計(jì)算出σ和f值，再分別乘以表中與Mx/My或qkx/qky對(duì)應(yīng)的比值σz/σ或fz/f，即得σz和fz值｡

　�、� 一些跨度較大的玻璃幕墻立柱常采用鋁型材加鋼套芯｡由于安裝和絕緣處理的需要，鋁材與套芯之間必留有間隙，有的設(shè)計(jì)者把兩者按彈性模量加權(quán)取和，并折算為單一材料（鋁合金）截面進(jìn)行核算，不合理且不安全｡還有人主張按兩者的剛度比來(lái)分配所承受的外荷載，各自核算，但要求解決：1.鋁-鋼材之間的電腐蝕問(wèn)題；2.要保證兩者間緊密接觸共同工作｡然而，這兩點(diǎn)是矛盾的，無(wú)法兼顧｡筆者認(rèn)為，合理的核算方法只能是：承認(rèn)兩者之間存在間隙（包括絕緣層的壓縮變形），鋁材直接受荷，先產(chǎn)生撓度，然后才接觸到并傳荷給鋼芯套，使芯套受彎｡也就是說(shuō)，鋼芯套的受力滯后于鋁材｡詳請(qǐng)參看拙文[6]｡

　　計(jì)算表明，由于鋁型材撓度限值（L/180）較鋼型材（L/250）寬松[7]，所以間隙的存在，并不一定是使構(gòu)件的總承載力降低｡當(dāng)型材截面相同而跨度較大時(shí)，總承載力一般由鋼芯套的最大撓度控制，間隙愈大，愈能發(fā)揮鋁型材的作用，總承載力也愈大；反之，當(dāng)型材截面相同而跨度較小時(shí)，間隙愈大，總承載力愈小｡不過(guò)，間隙（特別是絕緣層的壓縮變形）的大小難以掌控和預(yù)計(jì)，鋼芯套的銹蝕也難以檢查和消除，所以說(shuō)這種“鋁材加鋼芯”的做法不宜采用，更不宜提倡｡最近還有人說(shuō)，鋁型材強(qiáng)度或剛度不足時(shí)，可以再內(nèi)插鋁芯，筆者認(rèn)為這也不現(xiàn)實(shí)；與其內(nèi)插鋁芯，不如加大鋁型材的壁厚｡實(shí)用的做法可能是：改用鋼材為主要型材，外包薄鋁板僅作為裝飾，不受力｡這樣，既解決了兩種型材存在間隙，受力不明確的矛盾；又可避免鋼材銹蝕不易檢測(cè)的問(wèn)題｡

　�、� 關(guān)于干掛石材幕墻風(fēng)荷載體型系數(shù)取值問(wèn)題｡有的同志認(rèn)為，干掛石材幕墻內(nèi)也存在孔口和縫隙，所以也要考慮內(nèi)表面風(fēng)壓，合并取±1.2｡筆者對(duì)此有不同看法：石材幕墻的“內(nèi)表面”實(shí)際是面對(duì)著石板與內(nèi)部填充墻（或砼剪力墻）之間的空間，它與室內(nèi)空間一般是隔絕的，而干掛石板本身的縫隙只能使石材幕墻內(nèi)表面與室外空間連通，從而起平衡作用，減小幕墻承受的風(fēng)荷載｡因此筆者主張石材幕墻風(fēng)荷載體型系數(shù)取±1.0｡當(dāng)然，取1.2計(jì)算，偏于安全，也無(wú)可厚非｡

　　以上個(gè)人看法，謬誤之處尚祈批評(píng)指正｡