建築幕牆設計一般原則有哪些

時間 2021-05-27 07:24:22

1樓:匿名使用者

1、設計的一般原則

1.1 幕 牆

幕牆是建築外圍護結構或裝飾性結構,但它具有以下的特點:它由面板和支承結構體系組成,是完整的結構系統;它相對於主體結構有一定的位移能力;它只承受直接作用於其上的荷載和作用,不分擔主體結構的荷載和作用。

因此,固定窗不屬於建築幕牆;直接固定在實體外牆上的幹掛石板也不屬於建築幕牆。

1.2 技術規範及其應用

工程技術規範是已有成熟經驗的總結,而不是對未來技術發展的展望。規範制定的原則是列入成熟的技術,成熟一條寫一條。尚在發展中的新技術、試用中的新技術暫不列入。

待應用較廣泛\積累較可靠的經驗、確有依據之後,再行列入。因此,規範並不限制新技術的應用,規範未列入的內容,只要是規範未禁止採用的,一般可以在工程中應用,在應用中總結經驗,使它成熟起來。認為凡是規範未列入的技術不應採用的看法是不妥當的。

當然,採用規範沒有列入的新技術,應有充分依據,穩妥可靠,並且幕牆公司應承擔相應的技術責任。

規範條文規定的嚴格性是不同的,應分別掌握,不能一律從嚴。規範的條文分為強制性條文和一般性條文。強制性條文用黑體字印刷,行文采用「必須」、「應」、「不得」、「嚴禁」等文字進行最嚴格的限制,強制性條文必須執行,所作規定必須遵守。

一般性條文用宋體字印刷,其嚴格程度稍作放鬆。一般性條文用詞為「應」、「宜」、「可」(相應反面詞為「怒應」、「不宜」、「可不」)三個等級,要區別對待。採用「應(不應)」等級的規定,正常情況下要執行;採用「宜(不宜)」的規定,優先採用:

採用「可(可不)」等級的規定,可以靈活掌握,選擇採用。認為只要規範條文涉及事項,都一律按「必須」執行、不得偏離的看法是不妥當的。

山於各技術規範均在不斷修改、更新,而各本規範不能同時?修訂、同時頒佈,總是輪流先後,因此,在規範應用中,採用「以最新版本為準」的原則。在技術規範條文中,凡是引用相應規範時,如果只標明所引用相關標準的編號而無釋出年份的,則以最新頒佈的版本為準,隨相關新版本的發表而變更,無須特別說明。

例如《建築結構荷載規範》 gbj9—87已於2023年12月31日廢止,代之以gb50009—200l,所以,從2023年12月31日起,在《玻璃幕牆工程技術規範》,《金屬與石材幕牆工程技術規範》中引用的風荷載計算方法和係數取值,均應以gb50009—2001為準,無須等這兩本幕牆規範修訂。

1.3 建築幕牆的高度規範的適用範圍不等於該項技術的適應範圍。由於規範是成熟技術的總結,只能是歸納總結兩大面廣、使用較多、技術成熟的經驗,所以規範中有「本規範適用於……」的適用範圍的規定。

在規範適用範圍內的工程,可以採用規範的相應規定進行設計、施工而無需其它專門的措施。反之,超出了適川範圍時,除應遵守規範中的有關規定外,尚應採取其它更有效的技術措施,保證幕牆的結構安全和建築功能滿足要求。例如,《玻璃幕牆工程技術規範》 jgjl02—96規定規範的適用範圍是150m高度以下,實際上2023年時我國已有幾十幢玻璃幕牆高度超過150m,最高的金茂大廈已達420m;國外最高的已達445m(芝加哥西爾斯大廈)、412m(紐約世界**中心)。

所以,150m的規定只是在當時條件下102規範的適用範圍,而不是玻璃幕牆的適用範圍。由於這幾年大量的經驗積累,新頒佈的jcj102—2003規範就取消了適用範圍150m以下的規定。同樣,在《金屬與石材幕牆工程技術規範》jgjl33—2001中,規定該規範的適用範圍是150m以下的金屬幕牆和100m以下的石材幕牆。

這只是規範的適用範圍,而當時國內已建石材幕牆達175m高度,在建石材幕牆已達200m高度;國外已建石材幕牆許多超過300mo但必須指出:超規範高度的建築幕牆應作專門的考慮,如採取必要的技術加強措施;加強設計與施工的管理、審查和監管;進行風洞試驗和振動臺試驗等。同樣建造超山規範適用範圍的建築幕牆,承建商應承擔相應的責任。

2、幕牆建築設計

2.1 幕牆的換氣和通風在幕牆建築設計中,過去強調以人工換氣、通風為主,不主張開啟或儘量少設開啟扇,以降低能耗,防止啟扇破損,也使立面較為美觀,因此jcjl02—96規定開啟扇面積不大於幕牆面積的15%。2023年sars之後,許多幕牆界人士進行了反思,形成了加強幕牆通風、換氣的共識,甚至許多業主要求將部分固定玻璃更改為開啟扇。

所以在jcj102—2003新修訂版本中,取消了開啟扇面積不大於15%的規定,開啟扇?設定[一實際需要確定。

採川雙層通風幕牆時,室內可以從熱通道取得新風,外幕牆有進風口進風,可不必設開啟扇,從而在保證自然通風的同時,使幕牆保持美觀和安全。

2.2 防火防煙設計

(1)防火玻璃在幕牆中的應用幕牆採用的防火玻璃應為單片防火玻璃及其製品(如中空玻璃),目前採用單片銫鉀玻璃為多。防火玻璃可以在下列情況下采用:

1)防火牆兩側的玻璃面板;

2)樓層間水平隔煙層;日前採川單片銫鉀玻璃為多。

3)樓層結構高度小於800mm,未設實體窗下牆時,樓板上(下)的面板;

4)樓層中的透明防火隔斷(透明防火牆)。

支承防火玻璃的金屬骨架應採川鋼結構,不宜採用鋁型材。防火試驗表明,鋁型材在高溫下迅速熔化,會使玻璃失去支承而坍落,使防火牆、防火帶失效;而鋼型材可以維持相當長的時間不會軟化。

(2)雙層通風幕牆的防火問題雙層通風幕牆通過熱通道中的氣流調節熱通道的溫度,減少室內溫度與外界的溫差,達到節能的要求,宜採用多層風道的通風方式。但目前國內消防規範要求層間設定封閉隔煙層,因此熱通道只能是一個層高。為避免本層排風口排出的空氣又被上層進風口吸人,形成氣流短路,可以在滿足防火隔煙要求的前提下,採用下列通風方式之一:

1)加大排風口與上層進風口的豎向距離;

2)採用本跨進風后,在鄰跨排風的s形通風路線方式。當外幕牆採用透明玻璃、要求高度通透明,層間隔煙層可採用單片銫鉀防火玻璃。深圳電視中心拉索點支外幕牆就採用了這種透明隔煙措施。

(3)高度很大的內天井、內庭的防火問題目前有些建築設定了很高的內庭或內天井,如北京電視中心的內庭高度達到150m,為防止火災和煙霧在層間擴散蔓延,在天井周邊可採用單層銫鉀防火玻璃圍成井筒,並採用型鋼骨架。

(4)實體牆面上的防火封堵在群房中常有大面積混凝土牆體,塔樓部分也常有連續多層的混凝土牆體,在實體牆上建造金屬和石材幕牆,層間防煙層難以施工。這時可以在門窗洞口周圍設定密實的防煙封堵。

2.3 雙層通風幕牆的選用雙層通風幕牆可節能40%~60%,降噪可達35~40db,表現了良好的建築效能。全國會計師培訓中心北京基地實測結果:

其k值可達1.0(冬天)和1.1(夏天),降噪可達37db,均提高效能等級l一2級。

但是,雙層通風幕牆造價高,技術複雜,佔用建築面積3%一5%,增大投資;外幕牆還降低了房間私密性和增大相互干擾。因此,雙層通風幕牆應經過經濟技術比較後,選擇應用. 3、荷載和**作用

3.1 風荷載計算1)風荷載計算應按gb50009—200l進行。採用50年一遇的基本風壓。體型複雜、高度超過200m的幕牆,宜進行風洞試驗。

2)採光頂的體型係數可參照荷載規範採用,形狀複雜、周圍有高大建築的採光頂,宜進行風洞試驗確定其體型係數。

3)荷載規範沒有明確列出水平採光頂、雨棚應考慮正風壓。為安全起見,建議考慮可能出現正風壓的作用,並考慮下列兩種組合:1,2g+1.

4w l,356+0.6~1.4w c和w分別代表恆載和向下的風荷載。

4)雙層幕牆的風荷載問題相當複雜,還沒有明確的定論。建議外幕牆按荷載規範計算,內幕牆的風荷載可按外幕牆的風荷載適當折減。

3.2 **作用按修訂後的抗震規範,作用於幕牆平面垂直方向的**作用擴大系數取為5.00除石材幕牆外,**作用力一般較小,不起主要作用。

**作用參與組合時,組合值係數①e取為0.5.採光頂、大面積雨棚宜考慮豎向**作用,8度抗震設計時,豎向**力可按恆載加活載的10%考慮(上、下兩個方向)。

3.3 振動臺試驗雖然幕牆上作用的**力較小,不起主要控制作用,但是**是動力作用,對幕牆的節點和連結構造形成大的衝擊,甚至損壞、失效。對節點和連線構造的可靠性,可以通過振動臺試驗予以驗證。

目前國內已進行過石材幕牆的背栓連線、短槽連線、背槽連線和背卡式連線的振動臺試驗;鋁板幕牆和框支承玻璃幕牆(明框、隱框)的振動臺試驗;陶板幕牆的振動臺試驗,對試驗條件、測試方法和結果分析已積累了較豐富的經驗。

3.4 直接吹風試驗採用飛機螺旋槳對幕牆進行直接吹風試驗(飛機頭試驗)在國內已經進行。試驗對了解遮陽板、遮陽百頁在風力作用下的振動和嘯叫聲有直接的結果,有利於修改其設計。

雙層幕牆的風力問題,也有望採用這種試驗來解決。

4、結構設計的一般問題

4.1 幕牆設計的一般要求目前,建築幕牆型別繁多,構造型式多變,無法對其連線構造作出太具體的規定。因此在設計原則—上要求建築幕牆應有足夠的承載力、剛度、穩定性和相對於主體結構的位移能力。

其中,相對於主體結構的位移能力通過膠縫、構件間的縫隙、可微動連線(如長圓孔螺栓等)、可動連線(如鉸支座、滑動連線、搖臂機構、彈簧機構等)來實現,不一定要求處處連線均為螺栓連線。因此,規定所有連線均採用螺栓是不盡合理的。只要達到幕牆與主體結構間有一定位移能力的要求,部分節點採用焊接是可以的。

4.2 鋼鋁型材的混合使用在跨度較大情況下,採用鋼型材與鋁型材混合構件在原則上是允許的,但在實際操作上存在一些難點:

1)為保證兩者共同受力,必須保證兩者受力後變形(撓度)相同,這就要求鋼型材緊密插入鋁型材巾,或者兩者用密排螺栓、鉚釘連線,兩種方法在施工時都較困難。

2)型鋼與鋁型材之間電化學絕緣困難。

因此,更方便的方法是採用鋼型材,外包裝飾鋁板。

3)結構的穩定性問題現在幕牆支承的跨度越來越大,受壓和受彎構件的穩定性問題逐漸突出,考慮不周就容易產生穩定性破壞,這種破壞很突出,危險性很大。

全玻幕牆的玻璃肋很薄,在風力作用下容易產生受彎樑的平外屈曲。曾有一個工程玻璃肋高16m,自由邊緣全無平面外支承,存在安全隱患。因此,8m以上的玻璃肋應考慮穩定性問題,必要時採取防止平面外失穩的措施。

單根支承鋼結構在平面外的穩定問題應予注意,壓桿、壓彎杆件無支承長度不應超出長細比入為150的規定。作為估算,圓鋼管的無支承長度不應超過直徑的50倍。

平面桁架、張拉索杆結構平面外應設計佈置防止失穩的撐杆、拉桿或桁架。

5、框支承玻璃幕牆

5.1 玻璃面板計算彈性薄板應力和撓度計算公式只有在玻璃板撓度不大於板厚的—半時才是正確的。在玻璃實用範圍內,撓度遠大於板厚之半,計算出的應力與撓度偏大,不能正確反映實際情況,因此要採用折減係數n予以調整。

夾層玻璃係數厚度取單片玻璃厚度的1.25倍,十空玻璃等效厚度取單片玻璃的1.2倍的方法,只在兩片玻璃等厚度、等強度時才適用。

在玻璃厚度不、—片鋼化一片不鋼化時,不能採用這種簡單的折算方法。必須將外荷載按其厚度的三次方比例分配後(中空玻璃外片荷載加大10%),再分片各自計算。

5.2 橫樑和立柱的最小厚度橫樑和立柱截面的受力部分(參加計算的部分),截面最小厚度應考慮下面的因素1…)寬厚比的限制;

採川螺紋直接受力連線的鋁型材區域性厚度不小於螺釘直徑;構造最小厚度。

其叫,的限值山鋼材或鋁材的型號決定。

構造最小厚度:鋼型材:橫樑不小於2.

5mm立柱不小於3.0mm;鋁型材:橫樑,跨度不大於1.

2時,不小於2.0mm:跨度大與1.

2m時,不小刁:2.5mm;立柱,開口部分,不小於3.

omm;閉口部分,不小於2.5mm.

5.3 撓度的限值四邊支承的玻璃面板:短邊的l/60;鋁型利:

跨度的l/180;鋼型利:跨度的l/250.由於橫樑和立柱在實際工程中跨度變化很大,不可能也不必要採用絕對撓度值控制。

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