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摘要：為分析幕墻結(jié)構(gòu)安全要求，作者運用現(xiàn)有建筑安全理論，對常見幕墻結(jié)構(gòu)安全要求進行梳理，提出了系統(tǒng)的方法。結(jié)論將為幕墻安全規(guī)定提供參考。
關鍵詞：建筑安全原則; 幕墻結(jié)構(gòu)設計工作年限; 幕墻結(jié)構(gòu)安全要求
按照《民用建筑通用規(guī)范》GB55031的規(guī)定，幕墻作為建筑部件，應遵循建筑建設安全原則，應根據(jù)其在建筑物中的位置作用和受力狀態(tài)確定設計及構(gòu)造做法，結(jié)構(gòu)應能承受在施工和使用期間可能出現(xiàn)的各種作用，具有相應的適應能力與抵抗能力。幕墻結(jié)構(gòu)設計應規(guī)定建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）結(jié)構(gòu)的設計使用年限，宜不小于50年，不得小于25年。幕墻結(jié)構(gòu)的設計基準期應為50年。
本文對幕墻結(jié)構(gòu)安全的幾個要素：安全等級、可靠度水平、設計工作年限等進行分析，明確了以上幾個概念。
1 幕墻結(jié)構(gòu)安全等級及設計工作年限
1.1. 幕墻結(jié)構(gòu)安全等級
幕墻結(jié)構(gòu)是建筑幕墻中能承受作用并具有適度剛度的由各連接部件有機組合而成的系統(tǒng)。幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件是幕墻結(jié)構(gòu)在物理上可以區(qū)分出的部件。幕墻結(jié)構(gòu)體系是幕墻結(jié)構(gòu)中所有構(gòu)件及其共同工作的方式。幕墻結(jié)構(gòu)模型是用于幕墻結(jié)構(gòu)分析及設計的理想化幕墻結(jié)構(gòu)體系。
幕墻結(jié)構(gòu)設計時，應根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，即危及生命、造成經(jīng)濟損失、對社會或環(huán)境產(chǎn)生影響等的嚴重性，采用不同的安全等級。安全等級統(tǒng)一劃分為一級、二級、三級共三個等級，大量的一般結(jié)構(gòu)列入二級，大型公共建筑等重要結(jié)構(gòu)列為一級，小型或臨時性儲存建筑等次要結(jié)構(gòu)列為三級。設計文件中應明確幕墻結(jié)構(gòu)的安全等級。
同一建筑結(jié)構(gòu)中的各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件一般與整體結(jié)構(gòu)采用相同的安全等級，可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要程度和經(jīng)濟效果進行適當調(diào)整。
1.2. 設計工作年限
幕墻結(jié)構(gòu)的設計工作年限是設計規(guī)定的幕墻結(jié)構(gòu)或幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需大修即可按照預定目的使用的年限。
永久作用是在設計工作年限內(nèi)始終存在且其量值變化與平均值相比可以忽略不計的作用和變化是單調(diào)的且其趨于某個限值的作用。
可變作用是在設計工作年限內(nèi)其量值隨時間變化，且其變化與平均值相比不可以忽略不計的作用。可分為使用時推力、施工荷載、風荷載、雪荷載、撞擊荷載、地震作用、溫度作用。
偶然作用是在設計工作年限內(nèi)不一定出現(xiàn)，而一旦出現(xiàn)其量值很大，且持續(xù)期很短的作用。
當界定幕墻為易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，幕墻結(jié)構(gòu)的設計工作年限為25年;當界定幕墻為普通房屋和構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件時，幕墻結(jié)構(gòu)的設計工作年限為50年;當界定幕墻為標志性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)時，幕墻結(jié)構(gòu)的設計工作年限為100年。
當建筑設計有特殊規(guī)定時，幕墻結(jié)構(gòu)的設計工作年限按照規(guī)定確定且不得小于25年。
幕墻結(jié)構(gòu)設計應評估環(huán)境影響。當幕墻所處的環(huán)境對其耐久性有較大影響時，應根據(jù)不同的環(huán)境類別采用相應的構(gòu)造設計、防護要求、加工水平、施工措施、驗收標準等，應在設計工作年限內(nèi)定期檢修及維護，不影響安全和正常使用。
2 結(jié)構(gòu)安全分析
2.1. 結(jié)構(gòu)設計及結(jié)構(gòu)分析原則和結(jié)構(gòu)模型
幕墻結(jié)構(gòu)應按圍護結(jié)構(gòu)設計。幕墻結(jié)構(gòu)設計應考慮永久荷載、風荷載、地震作用和施工、清洗、維護荷載。大跨度空間結(jié)構(gòu)和預應力結(jié)構(gòu)應考慮溫度作用。可分別計算施工階段和正常使用階段的作用效應。與水平面夾角小于75°的建筑幕墻還應考慮雪荷載、活荷載、積灰荷載。幕墻結(jié)構(gòu)設計的基準期為50年。
幕墻結(jié)構(gòu)應根據(jù)傳力途徑對幕墻面板、支承結(jié)構(gòu)、連接件與錨固件（詞條“錨固件”由行業(yè)大百科提供）等依次設計和結(jié)構(gòu)分析計算，確保幕墻的安全適用。幕墻結(jié)構(gòu)應滿足承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)、耐久性極限狀態(tài)的要求。主體結(jié)構(gòu)應能夠承受幕墻傳遞的荷載和作用。連接件與主體結(jié)構(gòu)的錨固承載力設計值應大于連接件本身的承載力設計值。幕墻結(jié)構(gòu)應具有足夠的承載能力、剛度、穩(wěn)定性（詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供）和相對于主體結(jié)構(gòu)的位移能力。幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件應能夠承受幕墻傳遞的荷載和作用。幕墻連接件應有足夠的承載能力和剛度。必要時幕墻結(jié)構(gòu)設計與主體結(jié)構(gòu)設計會同校核主體結(jié)構(gòu)與幕墻結(jié)構(gòu)的相互影響。異型空間結(jié)構(gòu)及索結(jié)構(gòu)應考慮主體結(jié)構(gòu)和幕墻支承結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用。
采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，用分項系數(shù)設計表達式計算,分為承載能力極限狀態(tài)設計、正常使用極限狀態(tài)設計、耐久性極限狀態(tài)設計。
幕墻結(jié)構(gòu)應按各效應組合中的最不利組合設計。幕墻結(jié)構(gòu)設計值應采用按各作用組合中最不利的效應設計值。幕墻結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設計應使幕墻結(jié)構(gòu)的抗力大于等于幕墻結(jié)構(gòu)的作用效應。
幕墻結(jié)構(gòu)分析是確定結(jié)構(gòu)上作用效應的過程和方法。可采用結(jié)構(gòu)計算、結(jié)構(gòu)模型試驗、原型試驗(如幕墻抗風壓性能試驗)等方法。
幕墻結(jié)構(gòu)分析的精度應能滿足結(jié)構(gòu)設計要求，必要時宜進行試驗驗證(如點支式玻璃幕墻點支承裝置（詞條“支承裝置”由行業(yè)大百科提供）及玻璃孔邊應力分析)。
幕墻結(jié)構(gòu)分析宜考慮環(huán)境對幕墻結(jié)構(gòu)的材料力學性能的影響(如濕度對結(jié)構(gòu)膠)。對幕墻結(jié)構(gòu)的環(huán)境影響可根據(jù)材料特點，按其抗侵蝕性的程度劃分等級，設計按等級采取相應構(gòu)造措施。
建立幕墻結(jié)構(gòu)分析模型一般要對結(jié)構(gòu)原型適當簡化，突出考慮決定性因素，忽略次要因素，合理考慮構(gòu)件及連接的力-變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）關系因素。采用的基本假定和計算模型應能夠合理描述所考慮的極限狀態(tài)幕墻結(jié)構(gòu)的作用效應。
2.2. 幕墻結(jié)構(gòu)安全規(guī)定
2.2.1 幕墻設計應根據(jù)建筑類別、使用功能、高度、地理氣候、環(huán)境、立面效果等確定建筑幕墻形式、立面分格和裝置措施，滿足功能和性能要求。
2.2.2 建筑幕墻對于建筑所處環(huán)境的風荷載、地震及氣候特征等因素，應具有相應的適應能力與抵抗能力。在正常使用狀態(tài)下，建筑幕墻應具有良好的工作性能。抗震設計的建筑幕墻，在多遇地震作用下應能正常使用;在設防烈度地震作用下經(jīng)一般修復后仍能繼續(xù)使用;在罕遇地震作用下幕墻支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件不得脫落。
2.2.3 建筑幕墻應采取防墜落和防撞破壞措施。
2.2.4 幕墻結(jié)構(gòu)應根據(jù)傳力途徑對幕墻面板、支承結(jié)構(gòu)、連接與錨固等依次設計和計算，確保幕墻的安全適用。幕墻結(jié)構(gòu)應具有足夠的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和相對于主體結(jié)構(gòu)的位移能力。主體結(jié)構(gòu)應能夠承受幕墻傳遞的荷載和作用。幕墻與主體結(jié)構(gòu)的連接應牢固可靠，錨固承載力設計值應大于連接件本身的承載力設計值。
2.2.5 幕墻結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法，用分項系數(shù)設計表達式計算,進行承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)、耐久性極限狀態(tài)設計。幕墻結(jié)構(gòu)效應設計值應按各作用組合中最不利取值。幕墻結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)設計應使幕墻結(jié)構(gòu)的抗力設計值與結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的乘積大于等于幕墻結(jié)構(gòu)的作用效應設計值。幕墻結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)設計應使幕墻結(jié)構(gòu)的撓度值不大于其相應限值。幕墻結(jié)構(gòu)耐久性極限狀態(tài)設計應使幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)耐久性極限狀態(tài)標志或限值的年限大于等于其設計工作年限。
2.2.6 當幕墻跨越主體結(jié)構(gòu)的變形縫（詞條“變形縫”由行業(yè)大百科提供）時，應在變形縫兩側(cè)分別獨立設置幕墻支承結(jié)構(gòu)、面板及其連接，相應部位應密封并能適應主體結(jié)構(gòu)的變形。
2.2.7 建筑幕墻的維護及清潔方式，應提供專項設計，滿足安全性、耐久性要求。安裝維護清洗裝置包括擦窗機應選取專用支承結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)可靠連接，連接方式經(jīng)結(jié)構(gòu)計算確定。
2.3. 安全措施
2.3.1 建筑幕墻加工、施工安裝、檢測檢驗、驗收、使用維護時均應采取防墜落措施。
2.3.2 玻璃幕墻應采用安全玻璃。幕墻用鋼化玻璃應經(jīng)均質(zhì)處理。玻璃面板應有防墜落的措施。高度4米以上部位不宜采用全隱框玻璃幕墻，外傾式的斜幕墻不得采用全隱框玻璃幕墻。
2.3.3 幕墻外表面與地面夾角小于75°時應不采用石材面板。
2.3.4 玻璃幕墻開啟扇不得采用全隱框構(gòu)造做法。應根據(jù)建筑幕墻結(jié)構(gòu)的設計工作年限確定反復啟閉性能，設計工作年限不小于50年時反復啟閉次數(shù)為不少于5萬次，設計工作年限不小于25年時反復啟閉次數(shù)為不少于2.5萬次。
2.3.5 建筑幕墻應采用安全環(huán)保節(jié)能材料（詞條“節(jié)能材料”由行業(yè)大百科提供）。幕墻材料應根據(jù)環(huán)境條件對耐久性的影響，采取相應的防護措施。幕墻材料防腐蝕（詞條“防腐蝕”由行業(yè)大百科提供）設計應合理確定防腐蝕設計年限，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件應加強防護。鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）構(gòu)件防腐蝕設計應符合《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》GB50017-2017之18.2的規(guī)定。鋁合金結(jié)構(gòu)防腐蝕設計應符合《鋁合金結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50429-2007之10.5的規(guī)定。
2.3.6 密封膠必須選用有效期內(nèi)且通過粘結(jié)性和相容性試驗的產(chǎn)品。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠還應通過剝離粘結(jié)性試驗和邵氏硬度試驗。
2.3.7 樓層外緣無實體墻的玻璃部位應采取防護措施，防護措施按《民用建筑設計統(tǒng)一標準》GB50352的規(guī)定設計。
2.4. 構(gòu)造設計
2.4.1 建筑幕墻的構(gòu)造設計須符合結(jié)構(gòu)設計計算分析模型的假定，應滿足安全美觀的原則。幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)間的連接構(gòu)造應牢固可靠且能適應主體結(jié)構(gòu)和幕墻間的相互變形。
2.4.2 幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接應有可靠的防松、防脫和防滑措施，應進行節(jié)點結(jié)構(gòu)分析。
2.4.3 構(gòu)件式幕墻（詞條“構(gòu)件式幕墻”由行業(yè)大百科提供）上、下立柱（詞條“立柱”由行業(yè)大百科提供）的連接應滿足荷載及作用傳遞及適應層間變形。
2.4.4 構(gòu)件式幕墻橫梁及立柱截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）應經(jīng)結(jié)構(gòu)計算確定尺寸。
2.4.5 幕墻立柱采用鋼鋁組合型材時，鋁型材與鋼型材之間應有防腐隔離措施并連接牢固。
2.4.6 幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的連接應經(jīng)結(jié)構(gòu)計算確定，幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體混凝土結(jié)構(gòu)應通過預埋件連接。幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體鋼結(jié)構(gòu)應通過轉(zhuǎn)接件連接，宜在主體鋼結(jié)構(gòu)加工廠安裝轉(zhuǎn)接件。
2.4.7 幕墻密封膠的位移能力應符合設計要求，寬度和厚度應滿足結(jié)構(gòu)計算要求。
2.4.8 轉(zhuǎn)角、弧面、異型單元板塊和懸挑尺寸較大的單元板塊，橫梁與立柱的連接不宜單獨采用螺釘承受荷載，可增加剛度較大的連接構(gòu)件，經(jīng)計算確定。
2.5. 支承結(jié)構(gòu)設計
2.5.1 幕墻結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方法。變形較大的幕墻結(jié)構(gòu)，作用效應計算時應考慮幾何非線性影響。對于復雜結(jié)構(gòu)及大跨度結(jié)構(gòu)，應考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2.5.2 構(gòu)件式幕墻橫梁與立柱的連接應能承受垂直于幕墻平面的水平力、幕墻平面內(nèi)的垂直力及繞橫梁水平軸的扭轉(zhuǎn)力。螺栓、螺釘、鉚釘與型材連接時尚應驗算型材本體的抗剪、局部承壓的連接強度。
2.5.3 構(gòu)件式幕墻橫梁與立柱采用角碼連接時，角碼應能承受橫梁的剪力。
2.5.4 幕墻立柱宜采用上端懸掛方式。立柱下端支承時，應作壓彎構(gòu)件設計。承受軸壓力和彎矩作用的立柱應驗算整體穩(wěn)定，按《鋁合金結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB50429和《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》GB50017的規(guī)定驗算。梁柱雙向滑動連接、銷釘連接不能作為立柱的側(cè)向約束。
2.5.5 承受軸壓力和彎矩作用的立柱，長細比λ不宜大于150。
2.5.6 幕墻立柱作用效應計算時應按實際受力狀況考慮最不利組合。斜幕墻立柱應考慮傾斜角度的影響。在建筑物平面轉(zhuǎn)角或突變處，應對立柱截面最小抵抗矩和最小慣性矩方向作補充驗算和校核。帶裝飾構(gòu)件或遮陽（詞條“遮陽”由行業(yè)大百科提供）部件的立柱考慮附加作用。
2.5.7 單元式幕墻結(jié)構(gòu)計算應根據(jù)傳力途徑依次復核各板塊及連接的承載能力和剛度，應能滿足運輸、吊裝和使用要求。板塊與主體結(jié)構(gòu)的連接不應對板塊產(chǎn)生初始應力。對吊裝孔部位應專門計算設計。復核頂橫梁與立柱連接、單元板塊與主體結(jié)構(gòu)連接時應計入相鄰上單元板塊傳遞的作用。
2.5.8 單元式幕墻結(jié)構(gòu)采用對接式組合構(gòu)件時，對接處橫梁與立柱應分別按其所承受作用計算。
2.5.9 大型、弧面及其他異型單元板塊的連接結(jié)構(gòu)設計應采用有限元方法計算分析，可設置板內(nèi)支撐系統(tǒng)加強整體剛度。
2.5.10 全玻幕墻的玻璃結(jié)構(gòu)構(gòu)件設計應按結(jié)構(gòu)計算確定玻璃規(guī)格及連接方式;對于可能遭受偶然作用的主要結(jié)構(gòu)玻璃（詞條“結(jié)構(gòu)玻璃”由行業(yè)大百科提供）構(gòu)件，尚應進行開裂后剩余承載能力設計。高度在12米以上全玻璃幕墻（詞條“全玻璃幕墻”由行業(yè)大百科提供）的玻璃肋應進行平面外穩(wěn)定驗算，轉(zhuǎn)角處應驗算整體穩(wěn)定。
2.5.11 點支式玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)設計不計玻璃面板剛度的影響。點支承玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)體系采用玻璃結(jié)構(gòu)時應采用空間結(jié)構(gòu)有限元（詞條“有限元”由行業(yè)大百科提供）分析方法，必要時采用結(jié)構(gòu)試驗驗證計算。
2.5.12 幕墻用索結(jié)構(gòu)在任何荷載作用下均應保持受拉狀態(tài)。幕墻索結(jié)構(gòu)計算應考慮幾何非線性影響。幕墻索結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接應能適應主體結(jié)構(gòu)的位移，主體結(jié)構(gòu)應能承受幕墻索結(jié)構(gòu)的支座反力。索結(jié)構(gòu)撓度限值應會同主體結(jié)構(gòu)設計共同確定。
2.6. 面板及其連接設計
2.6.1 幕墻面板及其連接設計，應滿足建筑設計要求。應滿足承載能力極限狀態(tài)、正常使用極限狀態(tài)、耐久性極限狀態(tài)設計的要求，應具有足夠的承載能力、剛度、穩(wěn)定性。
2.6.2 面板厚度應經(jīng)承載能力和剛度計算確定。不規(guī)則平面尺寸及彎曲異型面板應按幾何非線性有限元方法計算。面板受各種荷載和作用應按本標準的規(guī)定組合，最大應力設計值不超過面板強度設計值。面板撓度值不大于最大限值。
2.6.3 面板及其連接設計應滿足拆卸時不損壞其相鄰部位構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的要求。
2.6.4 明框玻璃面板應通過定位承托膠墊將玻璃重量傳遞給支承構(gòu)件。超大板塊應采用非線性有限元方法分析計算確定相關配合尺寸。
2.6.5 隱框或橫隱豎明框玻璃面板的承托件及其支承連接應驗算強度和撓度。每塊面板不少于兩個承托件，承托件應同時承接組成面板的所有玻璃，承托件可用鋁合金或不銹鋼材料。
2.6.6 隱框幕墻玻璃面板，其周邊應以結(jié)構(gòu)密封膠與副框粘結(jié)，并用壓塊將副框固定至支承框架上。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的粘接寬度和粘接厚度經(jīng)計算確定。
2.6.7 幕墻中空玻璃的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠應能承受外側(cè)面板傳遞的荷載和作用，有效寬度經(jīng)計算確定。
2.6.8 點支承裝置設計應能適應玻璃面板在支承點處的轉(zhuǎn)動變形及所傳遞的荷載或作用。
2.6.9 金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）面板連接用螺栓、螺釘和鉚釘應經(jīng)計算確定。
2.6.10 石材面板應選用花崗石，石材面板應作六面防護處理。彎曲強度最小值應經(jīng)法定檢測機構(gòu)檢測確定且不應小于8.0MPa。磨光面板厚度應不小于25mm，火燒石板厚度取計算厚度加3mm;高層建筑及臨街建筑，花崗石面板厚度應不小于30 mm。
2.6.11 建筑設計水平吊頂、外傾斜幕墻選用石材效果時，應采用仿石金屬板。
2.6.12 石材面板應有防墜落設計。板塊的連接和支承不應采用鋼銷、T形連接件、蝴蝶碼和角形傾斜連接件。
2.7. 開啟扇設計
2.7.1 幕墻開啟扇應根據(jù)建筑設計要求選型和設置，應滿足性能設計要求，開啟扇結(jié)構(gòu)及其與幕墻結(jié)構(gòu)的連接應具有足夠的承載能力和剛度，按計算確定相關構(gòu)件規(guī)格尺寸，設計應符合相應建筑門窗產(chǎn)品標準及工程規(guī)范的規(guī)定。
2.7.2 幕墻開啟扇應采取防脫落措施。幕墻開啟扇不得采用全隱框構(gòu)造，至少兩對邊采用明框構(gòu)造。
2.7.3 開啟扇面積應不大于1.8m2，開啟間距宜不大于300mm，應設置安全限位裝置。
2.7.4 幕墻開啟扇應合理配置五金件，五金件應符合《建筑門窗五金件通用要求》JG/T212的規(guī)定，滿足性能、安裝、維護、更換要求。采用自動啟閉方式時，應設置安全鎖閉裝置。
2.7.5 開啟扇采用上懸掛式連接時，應有可靠的防滑和防脫落措施，應驗算被懸掛的上橫梁及連接的承載能力和剛度。
2.7.6 開啟扇采用不銹鋼滑撐時，其設計應符合《建筑門窗五金件 滑撐》JG/T127的規(guī)定，應設置限位撐檔。
2.7.7 開啟扇面積大于1.0m2時，應采用多點鎖閉器。鎖點規(guī)格數(shù)量應根據(jù)計算確定。
2.7.8 連接開啟扇的幕墻型材局部壁厚應不小于螺釘公稱直徑。
3 結(jié)論
幕墻結(jié)構(gòu)安全應考慮建筑要求，對對幕墻面板、支承結(jié)構(gòu)、連接件與錨固件等依次設計和結(jié)構(gòu)分析計算及構(gòu)造處理，確保幕墻的安全適用。
作者單位：廣東世紀達建設集團有限公司
