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　　提要：幕墻設(shè)計(jì)中涉及安全方面的問題較多，本文中闡述的幾個(gè)常見的安全問題，往往容易被忽視或者被誤解，需引起幕墻設(shè)計(jì)人員重視。

　　關(guān)鍵詞：幕墻設(shè)計(jì)，安全問題

　　1 前言

　　在幕墻設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常會遇到一些常見的安全問題，而有些問題，往往容易被設(shè)計(jì)人員忽視或誤解，這些安全問題主要以下：

　　1) 開口橫梁的連接角碼抗扭;

　　2) 臨空欄桿立柱計(jì)算;

　　3) 超白鋼化玻璃自爆率;

　　4) 幕墻防火層設(shè)計(jì);

　　5) 玻璃幕墻室內(nèi)護(hù)欄;

　　6) 石材幕墻的掛件設(shè)計(jì)。

　　下面分別對以上這幾個(gè)常見的安全問題進(jìn)行闡述。

　　2 開口橫梁的連接角碼抗扭

　　開口橫梁是一種常見的幕墻構(gòu)造形式，橫梁通過開口腔內(nèi)的連接角碼固定在立柱上，早年的玻璃幕墻主要是單層玻璃，自重不大，現(xiàn)在主要采用中空甚至中空夾層玻璃（詞條“夾層玻璃”由行業(yè)大百科提供），玻璃的自重最少增加一倍，但設(shè)計(jì)時(shí)卻往往容易忽視連接角碼的抗扭強(qiáng)度計(jì)算，造成橫梁外傾嚴(yán)重，甚至角碼出現(xiàn)剪切（詞條“剪切”由行業(yè)大百科提供）破壞。下面通過一個(gè)示例來簡單計(jì)算一下，連接角碼在僅考慮玻璃自重的情況下的最大剪應(yīng)力，計(jì)算參數(shù)詳見圖1。

圖1開口橫梁連接角碼示意圖

　　1) 基本參數(shù)：

　　玻璃幕墻分格假設(shè)為1200(寬)x1800(高)mm，玻璃采用6+12A+6mm中空玻璃;

　　角碼采用6063-T6，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為85MPa，受扭截面為54x4mm;

　　玻璃偏心矩離 e為51mm;

　　角碼固定在立柱上的豎邊厚度對開口橫梁的抗扭有利，但考慮到加工及安裝誤差的影響，角碼豎邊與開口橫梁的搭接量有限，并且計(jì)算復(fù)雜，為簡化計(jì)算，故未考慮。

　　從以上計(jì)算結(jié)果可知，在僅考慮純扭作用下產(chǎn)生的剪應(yīng)力的前提下，當(dāng)玻璃配置為6+12A+6mm，分格為1.2x1.8米的中空玻璃時(shí)，連接角碼應(yīng)采用材質(zhì)6063-T6鋁型材，橫梁連接角碼基本滿足計(jì)算要求。

　　僅考慮玻璃自重的前提下，表1匯總了常見玻璃配置下橫梁角碼承受的玻璃最大面積臨界表，表中數(shù)據(jù)僅供參考，實(shí)際計(jì)算中應(yīng)考慮水平風(fēng)荷載偏心作用下的扭矩，以及在風(fēng)荷載和自重作用下的橫梁角碼承受的剪力等因素。如相應(yīng)的玻璃配置超過最大面積臨界值時(shí)，應(yīng)采用可靠的橫梁固定方式，如C形槽或閉口連接型材，以避免橫梁外傾下墜甚至可能造成連接角碼破壞。

表1 常見玻璃配置下橫梁角碼承受玻璃最大面積臨界表

　　3 臨空欄桿立柱計(jì)算

　　作為重要的建筑幕墻危險(xiǎn)源之一，臨空欄桿的立柱計(jì)算尤為重要，但設(shè)計(jì)人員在計(jì)算欄桿立柱時(shí)，通常只是單獨(dú)考慮風(fēng)荷載和欄桿頂部的水平荷載，在兩者中取大值，但國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（詞條“建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范”由行業(yè)大百科提供）》GB50009-2012第5.5.3條明確欄桿荷載的組合值系數(shù)應(yīng)取0.7，即應(yīng)考慮兩種荷載組合（詞條“荷載組合”由行業(yè)大百科提供）工況：

　　由此可見，深圳地區(qū)欄桿立柱如采用Q235鋼板，則最小截面應(yīng)不小于100x10mm厚，否則不滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算要求。如采用不銹鋼板，根據(jù)計(jì)算則最小截面應(yīng)不小于110x10mm厚。當(dāng)然，欄桿立柱根部與主體結(jié)構(gòu)（詞條“主體結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）的連接至關(guān)重要，也應(yīng)重點(diǎn)計(jì)算。

　　表2中匯總了在不同風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，采用Q235鋼板和不銹鋼板的欄桿立柱截面尺寸分別見下表，欄桿分格為常用的1200mm(水平分格)x1150mm(高)。另外，表中/前面的尺寸為Q235鋼板，/后面的尺寸為不銹鋼板，表中尺寸僅供參考，從表中可以看出，不銹鋼板截面高度需比Q235鋼板大10mm。

表2不同風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值對應(yīng)的欄桿立柱截面匯總表

　　4 超白鋼化玻璃自爆率

　　十年前，超白鋼化玻璃一度成為超低自爆率的神話故事，萬分之一的自爆率經(jīng)國內(nèi)一些著名的玻璃廠家炒作后，成為了控制鋼化玻璃自爆的一個(gè)重要手段，在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102修編版中明確“玻璃幕墻的面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供），除夾層玻璃外應(yīng)選用鋼化超白浮法玻璃、均質(zhì)鋼化玻璃及其制品”，將超白鋼化與均質(zhì)鋼化處理并列使用。當(dāng)時(shí)最著名的依據(jù)是普通玻璃約每4~8噸存在一粒NiS，而超白玻璃約每600~800噸才存在一粒NiS，所以，超白鋼化玻璃的自爆概率成幾何數(shù)量級下降。

　　但是，經(jīng)過大量的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)的超白鋼化玻璃在外觀上確實(shí)較普通鋼化玻璃透明很多，而自爆率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有玻璃廠家宣傳的那樣優(yōu)秀。深圳某幕墻工程原設(shè)計(jì)采用的普通鋼化玻璃，建設(shè)單位認(rèn)為鋼化玻璃的自爆數(shù)量比較高，且有安全隱患，在聽取了超白鋼化玻璃的相關(guān)介紹后，將原鋼化玻璃全部更換為國內(nèi)一線品牌的超白鋼化玻璃，并沒有再進(jìn)行均質(zhì)處理，以為可以解決絕大部分問題了，極個(gè)別鋼化玻璃再自爆也就認(rèn)了，不曾想完成超白鋼化玻璃的更換后，經(jīng)物業(yè)幾年的統(tǒng)計(jì)，超白鋼化玻璃的自爆數(shù)量與鋼化玻璃基本相同，甚至還超過了鋼化玻璃的自爆數(shù)量。同期，其它幾個(gè)幕墻工程也陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了相同的情況，涉及國內(nèi)絕大部分的一線玻璃品牌。通過這些幕墻工程實(shí)踐總結(jié)，才真正意識到超白鋼化玻璃的自爆概率遠(yuǎn)沒有以前傳說中的那樣低。

　　根據(jù)國內(nèi)一線品牌玻璃廠家提供的超白鋼化玻璃在做均質(zhì)處理時(shí)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，也從另一個(gè)方面驗(yàn)證了這一點(diǎn)，表中對5家國內(nèi)一線品牌玻璃生產(chǎn)廠家的超白鋼化玻璃均質(zhì)熱浸處理過程中，對鋼化玻璃自爆進(jìn)行長時(shí)間跟蹤的統(tǒng)計(jì)匯總，不過，支持表中數(shù)據(jù)的相關(guān)信息如玻璃厚度、玻璃面積等均缺失，因些僅供參考。具體見表3。

表3超白鋼化玻璃均質(zhì)處理中自爆統(tǒng)計(jì)匯總表

　　通常，玻璃行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可鋼化玻璃自爆率的正常水平一般為3‰，當(dāng)然，這只是籠統(tǒng)的進(jìn)行比較，并不科學(xué)，但從表3可以看，統(tǒng)計(jì)樣板中超白鋼化玻璃的平均自爆率基本與鋼化玻璃相近，只有一個(gè)玻璃廠家的超白鋼化玻璃的自爆率較低，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到萬分之一的水平，而按標(biāo)準(zhǔn)要求經(jīng)過均質(zhì)處理的鋼化玻璃是能夠達(dá)到萬分之一自爆率的水平。

　　從以上分析可以得出，目前以國內(nèi)現(xiàn)有原片、工藝生產(chǎn)的絕大部分超白鋼化玻璃并不能解決降低自爆率的問題，只有通過均質(zhì)處理的鋼化玻璃才能真正實(shí)現(xiàn)大大降低自爆率。國外幕墻工程通常都是采用均質(zhì)處理的玻璃作為鋼化玻璃降低自爆率的唯一的技術(shù)要求，而不是也可采用超白玻璃。

　　所以，降低鋼化玻璃的自爆率，以目前的行業(yè)狀況，只能采取均質(zhì)處理的鋼化玻璃，而不是選用超白的鋼化玻璃，當(dāng)然，前提是均質(zhì)熱浸處理的鋼化玻璃必須嚴(yán)格按照國標(biāo)《建筑用安全玻璃第四部分：均質(zhì)鋼化玻璃》GB15763.4-2009的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，并且嚴(yán)格控制升溫速度和爐內(nèi)溫度的均勻性。另外，如果國內(nèi)鋼化玻璃的標(biāo)準(zhǔn)能象國外標(biāo)準(zhǔn)那樣，將鋼化玻璃的表面應(yīng)力（詞條“表面應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）降到69MPa，我想能解決很大一部分鋼化玻璃自爆的問題。

　　5 幕墻防火層設(shè)計(jì)

　　幕墻防火層關(guān)系到幕墻結(jié)構(gòu)乃至整個(gè)建筑的安全，但在幕墻防火層設(shè)計(jì)中，一些設(shè)計(jì)人員往往對幕墻防火層的設(shè)計(jì)原理理解不清，導(dǎo)致構(gòu)造設(shè)計(jì)存在安全隱患。如圖2所示，某幕墻項(xiàng)目的防火層節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)就具有較普遍的代表性，主要有以下幾個(gè)方面的問題：

圖2幕墻防火層常見問題示意圖

　　1) 梁底部防火層黃色部位的局部防火層厚度小于100mm，局部應(yīng)進(jìn)行加厚;

　　2) 如樓板部位不設(shè)計(jì)防火封堵層，一旦層間梁位置的幕墻玻璃面板受熱炸裂后，下層的煙火將沿著箭頭方向竄到上一層樓面，除非層間梁位置的背板也采用鍍鋅鋼板（詞條“鍍鋅鋼板”由行業(yè)大百科提供）加100mm厚防火巖棉（詞條“巖棉”由行業(yè)大百科提供）。所以，幕墻防火設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)置兩道防火封堵層，確保幕墻防火安全。

　　3) 懸挑超過300mm以上的防火層，如支撐在鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）橫梁上，一旦橫梁遭受火災(zāi)軟化失效，將直接導(dǎo)致梁底部防火層垮塌。所以，梁底部防火層應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的支承結(jié)構(gòu)，并直接與主體結(jié)構(gòu)連接固定。

　　4) 當(dāng)主體結(jié)構(gòu)不燃燒墻體高度小于800mm時(shí)，幕墻防火層底部至結(jié)構(gòu)頂面的有效高度應(yīng)不小于800mm，同時(shí)，幕墻防火層構(gòu)件系統(tǒng)的耐火極限應(yīng)不低于1小時(shí)。幕墻防火層構(gòu)件可采用國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014附錄中的附表1“各類非木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限”非承重墻部分提供的構(gòu)件，如采用兩塊8mm厚硅酸鈣板中間填厚度為75mm以上，容重為100kg/m3的巖棉等，也可采用經(jīng)國家級相關(guān)權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)可的其它防火構(gòu)件。

　　所以，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)不燃燒墻體高度大于800mm時(shí)，且防火層懸挑距離小于300mm時(shí)，幕墻宜設(shè)置兩道防火封堵層;當(dāng)主體結(jié)構(gòu)不燃燒墻體高度小于800mm時(shí)，且防火層懸挑距離大于300mm時(shí)，幕墻應(yīng)設(shè)置兩道防火層，防火層構(gòu)件系統(tǒng)的耐火極限應(yīng)滿足不小于1小時(shí)要求。

圖3幕墻防火層設(shè)計(jì)示意圖

　　6 玻璃幕墻室內(nèi)安全護(hù)欄

　　在玻璃幕墻設(shè)計(jì)中，建筑師往往要求玻璃幕墻應(yīng)設(shè)置室內(nèi)安全護(hù)欄，設(shè)置的依據(jù)是《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB50352-2019、《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50096-2011以及《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113-2015等，這些標(biāo)準(zhǔn)里是否有要求設(shè)置室內(nèi)安全護(hù)欄的相關(guān)規(guī)定呢?下面主要針對這三部標(biāo)準(zhǔn)分別進(jìn)行解讀。

　　1) 《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》里關(guān)于欄桿的內(nèi)容主要是在第6.7.3條、第6.11.6條和第6.12.4條。6.7.3條“陽臺、外廊、室內(nèi)回廊、內(nèi)天井、上人屋面及室外樓梯等臨空處應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄桿”，這條指的是臨空處的欄桿，顯然與幕墻室內(nèi)護(hù)欄無關(guān);6.12.4條“建筑幕墻設(shè)置的防護(hù)設(shè)施應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第6.11.6條的規(guī)定”，所以主要看6.11.6條;6.11.6條“窗的設(shè)置應(yīng)符合下列規(guī)定：3公共建筑臨空外窗的窗臺距樓地面凈高不得低于0.8m，否則應(yīng)設(shè)置防護(hù)設(shè)施，防護(hù)設(shè)施的高度由地面起算不應(yīng)低于0.8m。4居住建筑臨空外窗的窗臺距樓地面凈高不得低于0.9m，否則應(yīng)設(shè)置防護(hù)設(shè)施，防護(hù)設(shè)施的高度由地面起算不應(yīng)低于0.9m”，從這條可以看出，應(yīng)設(shè)置防護(hù)設(shè)施的前期條件是臨空外窗，也就是說只有幕墻上設(shè)置了可開啟外窗的部位且防護(hù)高度不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，才需要設(shè)置防護(hù)設(shè)施，而不是所有玻璃幕墻都必須設(shè)置室內(nèi)安全護(hù)欄作為安全設(shè)施。

　　2) 《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》的6.1節(jié)“窗臺、欄桿和臺階”里也有與《民用建筑設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》類似的規(guī)定，但都是指外窗部分。

　　3) 《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》第7.3.2條規(guī)定“根據(jù)易發(fā)生碰撞的建筑玻璃所處的具體部位，可釆取在視線高度設(shè)醒目標(biāo)志或設(shè)置護(hù)欄等防碰撞措施。碰撞后可能發(fā)生高處人體或玻璃墜落的，應(yīng)采用可靠護(hù)欄”。首先在易發(fā)生碰撞的建筑玻璃的部位，是“可”釆取醒目標(biāo)志“或”設(shè)置護(hù)欄，“可”是嚴(yán)格程度最低的用詞，換句話說就是也可不采用，或采用醒目標(biāo)志，不一定非要設(shè)置護(hù)欄;其次，玻璃幕墻的可碰撞部位的玻璃都為雙層，甚至三層玻璃，即使撞碎室內(nèi)側(cè)玻璃，可能發(fā)生高處人體或玻璃墜落的概率也極低，所以也沒有要求必須采用安全護(hù)欄。

　　其它標(biāo)準(zhǔn)尚未找到相關(guān)要求，所以，玻璃幕墻應(yīng)在室內(nèi)設(shè)置安全護(hù)欄的要求沒有標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，但可能發(fā)生碰撞的玻璃應(yīng)嚴(yán)格按《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》第7章“建筑玻璃防人體沖擊規(guī)定”中安全玻璃最大許用面積的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

　　7 石材幕墻的掛件設(shè)計(jì)

　　石材幕墻采用背栓（詞條“背栓”由行業(yè)大百科提供）連接方式是常用做法，石材通過背栓與鋁型材掛件連接，詳見圖4。鋁型材掛件一般分為雙掛勾和單掛勾，雙掛勾由于上下兩個(gè)掛勾與鋁型材轉(zhuǎn)接件掛接，故能抵抗正、負(fù)風(fēng)壓下的作用，而單掛勾只與鋁型材角碼上部進(jìn)行掛接，在石材承受負(fù)風(fēng)壓時(shí)，掛件A截面會產(chǎn)生一定的彎矩，需對該截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。

圖4石材幕墻背栓式雙掛勾、單掛勾掛件節(jié)點(diǎn)

　　下面通過示例來簡單計(jì)算一下鋁型材掛件在負(fù)風(fēng)壓作用下的A截面的受力情況。

　　所以，石材幕墻采用單掛勾進(jìn)行掛接時(shí)，往往容易忽視A截面處的強(qiáng)度計(jì)算，在風(fēng)荷載不大的條件下，通過上述計(jì)算可以看出，單掛勾掛件存在一定的安全隱患，需根據(jù)石材分格、風(fēng)荷載以及掛件的厚度、偏心距等的具體情況進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核，避免出現(xiàn)設(shè)計(jì)安全問題。當(dāng)然，其它人造板幕墻如采用相同的構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)，也同樣應(yīng)引起重視。

　　8 結(jié)束語

　　住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家安全監(jiān)管總局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)玻璃幕墻安全防護(hù)工作的通知》建標(biāo)[2015]38號中規(guī)定“新建玻璃幕墻應(yīng)依據(jù)國家法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，加強(qiáng)方案設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)和施工方案的安全技術(shù)論證，并在竣工前進(jìn)行專項(xiàng)驗(yàn)收”，對玻璃幕墻在方案設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)都提出了應(yīng)進(jìn)行安全技術(shù)論證的要求，就是希望加強(qiáng)事前控制，加強(qiáng)在幕墻設(shè)計(jì)期間的設(shè)計(jì)質(zhì)量控制，避免出現(xiàn)重大幕墻設(shè)計(jì)安全隱患而影響到后序的工程施工及驗(yàn)收。

　　幕墻設(shè)計(jì)中常見的安全問題還很多，例如廣東省的幕墻工程風(fēng)荷載取值應(yīng)按廣東省《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》DBJ15-101-2014相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，風(fēng)荷載比相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)高約10~15%，特別是陣風(fēng)系數(shù)和局部體型系數(shù)比國標(biāo)的要求提高不少;還有石材和人造面板的掛接固定，外裝飾條連接件（詞條“連接件”由行業(yè)大百科提供）強(qiáng)度計(jì)算等安全問題。由于受篇幅所限，本文不能一一闡述，但文中所提到的常見安全問題具有一定的代表性，容易被忽視或誤解，需引起行業(yè)相關(guān)人士的重視。

　　[參考文獻(xiàn)]

　　[1]《建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊》編寫組主編. 建筑結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

　　[2]金新陽主編. 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

作者單位：深圳市建筑門窗（詞條“建筑門窗”由行業(yè)大百科提供）幕墻學(xué)會