《玻璃幕墙工程技术规范》(玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2019)设计部分介绍》

　　()《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2019)设计部分介绍中国建筑科学研究院研究员

　　中国建筑装饰协会铝制品委员会专家组专家赵西安[关键词]玻璃幕墙幕墙规范幕墙

　　修订和增加了不少内容,以下对其设计部分作一简要的介绍.(三)更合理地区分条文的宽

　　严程度2019年版本首先区分了强制性条文和一般性条文.强制性条文用黑体字印刷,相应

　　采用了应,必须;不应,严禁等最严格的限定词.强制性条文应当执行.非强制性

　　条文的内容,允许甲乙方在双方签定的合同中另作专门的约定.(四)引入了结构设计使用

　　年限的规定建筑结构有规定的设计使用年限.在本次修订中,考虑到幕墙属于可以更换的

　　围护结构,所以在规范第12章中提出了幕墙结构的设计使用年限,在说明中指出该年限

　　一般为不少于25年.玻璃,铝型材和钢材是可以达到25年的使用年限的.结构胶目前出

　　具的10年质量保证书只是商业上的举措,并不是指结构胶的实际使用寿命.国外已有结

　　构胶超过30年仍然工作良好的实例.从结构胶的耐老化试验中可以看出,结构胶使用年

　　限达到25年是可能的,国内一些结构胶生产厂家已考虑出具25年使用寿命的文件.二,

　　术语,符号(一)更明确幕墙的概念玻璃幕墙这几年形式多样,新体系层出不穷,原有的

　　规范对幕墙的定义已不适应当前幕墙多样化的趋势.因此2019版本修订时规定了幕墙

　　的几个特征:1,由支承结构体系与面板组成;2,相对于主体结构有一定位移能力;3,不分

　　担主体结构所受的荷载和作用.而且玻璃幕墙除作为外围护结构外,还可以作为装饰性结

　　构.(二)对幕墙进行更细致的分类1,幕墙指对地面倾角在75°～115°范围内的墙体.竖

　　直的为一般幕墙,其它为斜幕墙(内倾为75°～90°,外倾为90°～115°).在此范围外,

　　统称为采光顶,雨棚等,按规范分工的约定不由本规范管理.2,玻璃幕墙按其结构类型划

　　分为:框支承玻璃幕墙全玻幕墙1点支承玻璃幕墙其中,框支承玻璃幕墙按其形式可分

　　为:明框,隐框和半隐框幕墙;按其施工安装方法可分为构件式幕墙和单元式幕墙.一些厂

　　家所称的小单元幕墙,其玻璃板带挂钩,在现场单片安装,实际上是构件式幕墙的一种,所

　　以不单独分类.三,材料(一)一般规定一般规定中对金属材料的表面处理做出了新的规

　　定.钢型材除热浸锌处理外,还可以用无机富锌涂料或采用其它的有效防腐措施(例如用

　　聚氨酯涂料,氟碳喷涂等).铝型材除阳极氧化外,还可以采用电泳涂漆,粉末喷涂或氟碳喷

　　(二)铝合金型材1,铝合金型材的型号采用了国际通用的型号:6061,6063,6063A等.

　　2,增加了断热铝型材的规定,其中强调了隔热条应采用尼龙66.3,给出了各种表面处理时,

　　钢材的新品种,如耐候结构钢,钢绞线,增补了有关支承装置(吊夹,钢爪等)和张

　　拉索杆中锚固件的规定.3,具体规定了氟碳喷涂和聚氨酯喷涂的表面处理层厚度的要求.

　　(四)玻璃1,调整了幕墙用玻璃的品种,取消了夹丝玻璃;增加了低幅射玻璃,防火玻璃,彩

　　釉玻璃.2,强调了钢化后的二次热处理和倒棱磨边工序,减少玻璃的自爆.3,对防火玻璃

　　的应用做出了较明确的规定,强调采用单片防火玻璃及其制品.四,建筑设计(一)开启扇

　　的开启面积原规范从节省能源,保障人身和开启扇自身安全的考虑,规定开启扇总面积

　　不大于墙面面积15%.非典过后,普遍要求加强自然通风,增设开启扇.因此本次修订时取

　　消了开启扇最大面积的规定,开启扇设置根据使用要求由建筑设计确定.(二)控制反射玻

　　璃的反射比阳光控制镀膜玻璃和低幅射玻璃都反射阳光,反射率过高,反射光过强容易

　　对周围产生光反射干扰,因此在建筑设计这一章中,规定了玻璃的反射比不大于0.3.(三)

　　关于安全玻璃的使用安全玻璃指夹层玻璃,钢化玻璃及钢化玻璃制成品.采用安全玻璃

　　既要考最大限度保证人员安全,也要考虑钢化玻璃和夹层玻璃加工最大尺寸的限制.在

　　2019修订版本中规定:1,支承幕墙:宜采用安全玻璃;2,玻幕墙:玻璃肋不宜采用单片钢

　　化玻璃,2驳接玻璃肋应采用钢化夹层玻璃;3,点支承幕墙:面板应采用钢化玻璃及其制

　　品,玻璃肋应采用钢化夹层玻璃.框支承幕墙目前尚有工程采用半钢化玻璃,半钢化玻璃不

　　属于安全玻璃,因此规定宜采用安全玻璃.全玻幕墙玻璃肋是重要支承结构,如采用单片

　　钢化玻璃,一旦由于自爆或撞击而粉碎,面玻璃将失去支承会坍落,严重影响安全.另一方

　　面,由于目前夹层和钢化玻璃受设备最大加工尺寸限制,高的全玻幕墙只能用大尺寸浮法

　　玻璃,因此没有规定全玻幕墙一定要采用安全玻璃.目前有些工程,特别是大型公共建筑

　　和高层建筑,幕墙全部采用夹层玻璃,虽然避免了玻璃粉碎后落下产生的人身伤害,但一

　　旦发生火灾将使消防人员无法进入室内施救,也无法帮助室内人员逃生,产生新的安全隐

　　患.所以采用夹层玻璃时,必须留出采用钢化玻璃的抢救口和逃生口,并设明显的指示标志.

　　(四)防火玻璃的应用1,幕墙的防火玻璃应采用单片防火玻璃及其制品,目前最广泛使用的

　　是单片铯钾玻璃及其制品.不应采用充填防火液的复合玻璃.2,幕墙的下列部位应采用防

　　火玻璃:透明的层间隔烟封堵;防火墙左右两侧的竖向透明防火带;无窗下实体墙或实体

　　墙高度不足时,楼板上下两侧的透明水平防火带;划分防火分区的透明防火墙;其它透明

　　防火隔断,透明楼板.3,支承防火玻璃的设施或支承结构不应采用铝结构,应采用钢结构.

　　五,结构设计的基本规定规范2019版本将原来结构设计一章细分为基本规定,框支承幕

　　墙,全玻幕墙,点支承幕墙的结构设计等四章.本章主要叙述各种玻璃幕墙结构设计的共

　　同问题,包括一般规定;材料力学性能;荷载和作用;效应的组合;连接设计;硅酮结构胶设

　　计.(一)一般规定1,更改了原规范幕墙立柱应悬挂在主体结构上的规定.原规定是根据当

　　时幕墙为框支承的 条件制定的.由于现在许多大跨度,复杂类型的支承钢结构是下端支承

　　在主体结构上的,而 张拉索杆体系更是张拉在主体结构上,不能一概采用悬挂支承的形式.

　　因此,改为在第 6 章增加框支承幕墙宜采用悬挂立柱的条文. 2,原规范要求立柱与主体结

　　构采用弹性活动连接,这一概念不很明确,到底怎样才算弹性 活动连接,容易产生争议.本

　　规范规定了幕墙应相对于主体结构有一定的位移能力,这个位 移能力可以通过各种胶缝和

　　空隙,各种长圆孔,上下立柱的滑动接头,上下立柱间的留空, 3 左右梁之间的留空等方式

　　实现. 大跨度钢结构还可以通过铰接摇臂机构和弹簧机构等充分满 足大位移的要求. 因

　　此本次修订中不再强调每一处连接都必须采用螺栓连接, 也不排除部分 连接采用焊接

　　的方式. 实际建成的玻璃幕墙工程中, 许多是采用部分连接为焊接 (包括立柱的角码

　　与预埋件用焊接 的工程),有些已经经历了多次十二级台风的吹袭;焊接连接的幕墙,多次

　　经历 9 度以上 振动台试验仍安全无损.实践表明,在幕墙连接中完全禁止采用焊接是不合

　　理的,有些场合 往往也是难以做到的,具体工程要作具体分析. 3,明确了要考虑的荷载与

　　作用,取消了温度应力计算 修订后的条文取消了温度应力计算. 从几年来工程设计表明,

　　满足装配空隙构造要求和缝宽 要求后,温度应力一般不起控制作用,所以不再计算以简化

　　设计. 4,引入重要性系数 和承载力抗震调整系数 这是结构设计的基本系数,用以调整结

　　构设计的安全度, 用于无抗震效应的组合, 用于有 地震效应的组合.为保持与结构设计规

　　范表达一致,本规范在内力,应力控制总表达式中, 引入这两个系数.在玻璃幕墙设计时,这

　　两个系数均可取为 1.0,并不增加设计工作量. 5,采用各个方向分别验算和控制挠度的方

　　法 玻璃幕墙中风荷载和自重一般情况下作用于不同方向, 地震作用力很小, 所以对于不

　　影响结 构安全的挠度控制, 采用风荷载标准值和永久荷载标准值分别控制的方法. 当横

　　梁双向受力 时,水平和竖向两个方向分别控制挠度.作为围护结构和装饰性结构,这种控制

　　可以满足使 用要求,也简化了设计工作量. 6,提示考虑荷载偏心产生的扭转影响 在框支

　　承幕墙的横梁上,玻璃的重力是偏心施加的,会使梁产生扭转,当采用中空,夹层中 空玻璃

　　或偏心距较大时,梁受到的扭矩会较大,设计中要加以考虑. (二)材料力学性能 1,玻璃的

　　强度设计值分为三档 原规范玻璃的强度设计值按其厚度分为两档, 由于级差过大, 会出

　　现玻璃加厚后承载力反而 降低的不合理现象.现在将强度设计值按厚度分为三档,可以尽

　　量避免这种情况. 2,明确玻璃侧面强度的概念.侧面是指玻璃切割后所形成的断面, 其宽

　　度等于玻璃的厚度. 侧面强度低于大面强度, 常用于螺栓或其它连接件产生的玻璃平面内

　　受拉承载力计算和玻璃 肋的受弯承载力计算等. 3,给出不锈钢的强度设计值取用方法,即

　　1.15 后得到. 4,张拉索杆结构中,拉杆和拉索长期处于拉力状态下,宜有较高的安全

　　度.拉杆强度设计 值按屈服强度 除以系数 1.4 后取用;拉索的强度设计值按抗拉强度 除

　　以系数 1.8 后取用. 5,在附录中列出了耐候钢的强度设计值和螺栓,焊缝,铆钉连接的强

　　度设计值. (三)荷载与地震作用 1,风荷载计算按《建筑结构荷载规范》GB50009 执行.基

　　本风压 按 50 年重现期采用. 200m 以上高度的幕墙,体型复杂及风环境复杂的幕墙宜进

　　行风洞试验来决定风荷载取值. 2,地震作用计算时,动力系数 取值为 5.0.并增加了两个

　　地面加速度等级的地震系数(对 4 应于 7 度半和 8 度半的烈度). (四)荷载和作用效应

　　的组合度 1,重力荷载分项系数 ,一般情况下取为 1.2.当重力荷载效应有利时(如下端支

　　承玻璃肋 受弯计算时,自重产生轴压力与风荷载产生受弯的拉应力组合), 取为 1.0;当重

　　力荷载 效应起控制作用时(如下端支承的受压钢柱,自重与风荷载组合),尚应考虑 为

　　1.35 的 组合,相应风荷载的组合系数 取为 0.6. 2,地震作用效应的组合系数 取为 0.5.

　　3,在验算幕墙构件的挠度时,只验算风荷载标准值或重力荷载标准值作用下的挠度值,两

　　者不进行组合(验算雨棚和采光顶构件时,应考虑风荷载和自重两者的共同作用,但这已超

　　出本规范的范围). (五)连接设计 1,要求采用预埋件连接,预埋钢板和预埋槽应在混凝土

　　浇筑前放入并固定其位置.在附录 中列出了预埋钢板的设计方法. 2,没有条件采用预埋件

　　时,可用后加锚栓固定连接件.后加锚栓应采用机械式锚栓或化学 锚栓,在条文中还提出了

　　后加锚栓应用中应遵守的事项. 3,砌体墙平面外承载力低,且连接件难以固定.所以条文中

　　作出了增设钢或混凝土连接梁, 柱的要求. (六)密封胶 1,结构密封胶承

　　载力设计公式采用了强度设计值,与其它部分的设计表达式一致. 2,在密封胶厚度计

　　算时,对变位承受能力 的取值作出规定,采用应力为 0.14MPa 时的延 伸率,这个数值可由

　　厂家提供的应力-应变曲线得到.玻璃面板的位移 取为 ,明确 为风荷 载作用下的最大层

　　间位移角(此时胶缝的应力不会超过 0.14MPa).必要时 还应考虑温度 的作用. 六,框支承

　　幕墙的设计 (一)玻璃面板设计 1,增加了玻璃最小厚度和中空玻璃,夹层玻璃前后片玻璃

　　最大厚度差的规定. 2,在玻璃的应力和挠度计算中,考虑了玻璃大挠度工作状态,对计算值

　　予以折减,引入了 折减系数 . 3,挠度限值规定为短边边长的 1/60.由于幕墙玻璃的挠度

　　主要为风荷载产生,因此在计 算挠度时可采用风荷载标准值进行计算. 4, 给出了夹层玻

　　璃和中空玻璃的计算方法. 原规范中对夹层玻璃和中空玻璃等效厚度 的有 关规定,只适

　　用于两片等厚度,同类型玻璃的特例.一般情况下,外加荷载在两片玻璃上应 按其刚度 D

　　比例分配,亦即按 或 比例分配.考虑到中空玻璃中前后片玻璃挠度有差异,将 直接承受风

　　荷载的前玻璃所分配的荷载加大 10%. (二)横梁设计 1,合理规定横梁截面最小厚度的要

　　求.截面主要受力部分的最小厚度由三个条件决定:板 件的宽厚比 b / t;铝型材采用螺纹

　　直接受力连接时的局部厚度不小于螺钉直径;铝型材跨 度不大于 1.2m 时,最小 2mm;跨度

　　大于 1.2m 时,最小 2.5mm.钢型材最小壁厚 2. 5mm. 截面中不符合上述规定的部分,在截

　　面设计时不予考虑. 2,提示横梁应进行受弯和受剪设计.当横梁 采用开口截面时,还应考

　　虑薄壁杆件约束扭转的影响,必要时应进行抗扭计算. 3,取消了原规范对横梁绝对挠度值

　　的限值规定.原规定限值适用于跨度不大的梁.目前幕 墙形式多样,梁的跨度变化很大,采

　　用单一数值限制有时会很不合理.由相对挠度加以控制 5 符合结构设计的一般习惯.所以

　　本次修订将铝合金型材的挠度控制为跨度的 1/180;钢型 材控制为跨度的 1/250. (三)立

　　柱设计 1,立柱截面最小厚度的控制原则与横梁类似.板件宽厚比和铝型材螺纹连接局部厚

　　度要求 与横梁相同.有差别的是规定铝型材截面开口部分最小壁厚为 3mm,箱形部分最小

　　壁厚为 2.5mm;钢型材最小壁厚为 3mm. 截面不符合上述要求的部分,进行截面设计时不予

　　考虑. 2,根据工程的实践经验,并考虑到上,下柱连接处即使插芯加长,也难以作为连续截

　　面进 行计算,所以闭口型材的插芯长度按 250mm 取用;开口型材可采用适当的型材或钢板

　　连 接.上,下柱连接构造可单边(上柱或下柱)用螺栓或焊缝固定,另一边为滑动配合. 3,立

　　柱可以为拉弯构件,也有可能为压弯构件.两者均须进行承载力计算,压弯柱还须进 行稳定

　　性计算.规范第 6.3.7 条文中轴压力一词压字为误加,应删去,公式 6.3.7 同 样适用

　　于拉弯柱的计算. 4,横梁与立柱连接可以有多种方式,所以条文中采用可采用螺栓连接