本文接上文《玻璃幕墻的安全問(wèn)題分析與建議（2）》。

3、幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  幕墻桿件的剛度是幕墻結(jié)構(gòu)安全性的關(guān)鍵。對(duì)于豎直的玻璃幕墻，風(fēng)荷載是主要的作用，地震效應(yīng)相對(duì)于風(fēng)荷載效應(yīng)是比較小的，通常不會(huì)超過(guò)風(fēng)荷載效應(yīng)的20%，因此，對(duì)于幕墻構(gòu)件本身而言，抗風(fēng)壓設(shè)計(jì)是主要的考慮因素。

  玻璃幕墻的抗風(fēng)壓性能是一個(gè)整體概念，是由玻璃面板和桿件強(qiáng)度和剛度決定的。玻璃幕墻中承接風(fēng)荷載的主要是玻璃，再通過(guò)玻璃傳遞到幕墻桿件。幕墻玻璃和桿件在風(fēng)荷載作用下勢(shì)必都要發(fā)生變形。在幕墻玻璃的變形設(shè)計(jì)中，對(duì)四邊支承玻璃面板采用的是彈性小變形薄板理論計(jì)算應(yīng)力，但是玻璃是典型的脆性材料，按彈性理論計(jì)算的應(yīng)力和撓度值要比實(shí)際值大很多，盡管采用了折減系數(shù)予以修正，仍然不能夠完全準(zhǔn)確地反應(yīng)玻璃面板的實(shí)際受力和變形狀態(tài)。

  幕墻玻璃的撓曲變形還和玻璃安裝的邊界條件有關(guān)。幕墻玻璃安裝在框架槽口內(nèi)，幕墻的框架是通過(guò)連接件組合在一起的，幕墻豎框是單向受彎桿件，只在水平風(fēng)荷載方向發(fā)生撓曲變形，而幕墻橫框是雙向受彎桿件，在重力方向和水平風(fēng)荷載方向都產(chǎn)生撓曲變形，豎框和橫框在變形后，玻璃面板的邊緣就不會(huì)在同一平面內(nèi)，而是呈扭曲狀態(tài)，尤其是在橫框與豎框的連接采用自由度較大的連接方式時(shí)(比如鋼銷式連接)，橫豎框的相對(duì)扭曲會(huì)更大，在極端氣候條件下，玻璃面板就會(huì)因受力不均而破碎。

  在幕墻玻璃面板保持完整的前提下，幕墻的抗風(fēng)壓性能最終是由幕墻的框架桿件決定的。只有幕墻桿件剛度足夠，幕墻的抗風(fēng)壓強(qiáng)度才能滿足要求。

  幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的近似概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法是指在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(一般50年)內(nèi)，滿足結(jié)構(gòu)的功能要求：即安全性,適用性，耐久性。

  安全性：滿足特定的與建筑物功能相適應(yīng)的承載力極限狀態(tài)

  適用性：保證結(jié)構(gòu)在日常使用中滿足要求

  耐久性：保證結(jié)構(gòu)的承載力的持續(xù)時(shí)間與環(huán)境適應(yīng)度

  結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)包括承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載的變形。整個(gè)結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡，結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因超過(guò)材料強(qiáng)度而破壞;正常使用極限狀態(tài)是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性能的某項(xiàng)規(guī)定值，影響正常使用或外觀的變形，或者耐久性能的局部損壞。

  承載力極限狀態(tài)與正常使用極限狀態(tài)相比，前者可能導(dǎo)致人身傷亡和大量的財(cái)產(chǎn)損失，而后者對(duì)生命的危害則較小，主要是引起人們的不適。

  作為幕墻結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)該要求受力構(gòu)件不超過(guò)正常使用極限狀態(tài)，也就是說(shuō)必須要保證足夠的安全度，絕不應(yīng)該趨近于承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)。而現(xiàn)實(shí)的幕墻施工設(shè)計(jì)中卻有很多都采用承載力極限值，存在著很多不安全的因素。

  一方面，許多建筑師都在追求大跨度、大分格的立面設(shè)計(jì)效果，同時(shí)又要求幕墻桿件足夠纖細(xì);另一方面，一些開發(fā)商采取高成本低造價(jià)的中標(biāo)方式，將幕墻施工單位的利潤(rùn)空間擠壓殆盡。為了達(dá)到建筑師的要求，同時(shí)又要獲得微薄的利潤(rùn)，幕墻施工單位就不得不在幕墻材料上動(dòng)腦筋——最大程度的減小幕墻龍骨的截面尺寸，撓度最大限度地趨近極限值，應(yīng)力比趨于最大。幕墻桿件的荷載力多數(shù)都接近極限狀態(tài)，一旦遇到極限惡劣的天氣，就難免釀成大禍。

  2016年8月7日下午，四川省成都市遭遇了一陣狂風(fēng)暴雨加冰雹，位于成都高新南區(qū)天府大道北段的“環(huán)球中心”天堂洲際大飯店的大堂玻璃幕墻遭到破壞，100平方左右玻璃掉落。

  在《鋁合金門窗工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 214-2010中，玻璃面板和框架槽口的前后間隙如下表。

  從圖7~9中看到爪件已經(jīng)扭曲變形，推測(cè)應(yīng)該是瞬間的風(fēng)荷載超過(guò)了爪件的承載力，不銹鋼駁接爪喪失了支撐能力而變形，從而導(dǎo)致玻璃的破碎。

  2016年9月15日凌晨，第14號(hào)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”在廈門翔安以強(qiáng)臺(tái)風(fēng)級(jí)別登陸，登陸時(shí)最大陣風(fēng)17級(jí)以上，中心最大風(fēng)力達(dá)15級(jí)，48米/秒、中心氣壓945帕，為建國(guó)以來(lái)廈門遭遇的最強(qiáng)級(jí)別臺(tái)風(fēng)。臺(tái)風(fēng)過(guò)后行業(yè)內(nèi)專家對(duì)廈門的幕墻、門窗受損情況進(jìn)行了考察，大部分的幕墻、門窗在這次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中表現(xiàn)良好，沒(méi)有結(jié)構(gòu)受損情況發(fā)生，只有少數(shù)門窗幕墻的玻璃出現(xiàn)局部受損現(xiàn)象，極個(gè)別項(xiàng)目處于風(fēng)口位置的落地門窗受損較為嚴(yán)重。

  后續(xù)文章請(qǐng)見(jiàn)《玻璃幕墻的安全問(wèn)題分析與建議（4）》。

來(lái)源：中國(guó)幕墻網(wǎng)