论文部分内容阅读
摘要: 根椐我国建筑抗震设计标准，分析了影响建筑幕墙抗震性的因素， 指出建筑幕墙设计应满足抗震安全性要求； 并对常用的 3种建筑抗震构造措施作了介绍。
关键词: 建筑幕墙； 抗震；变形性能；弹性分析法
Abstract: the root tree seismic design of building standards in China, analyses the influence factors of the extent of building act wall, and points out that the construction curtain wall design should meet seismic safety requirements; And to commonly used three kinds of anti-seismic structure measures are introduced.
Key words: the construction curtain wall; Seismic; Deformation performance; Elastic analysis
中图分类号：TU973+.31文献标识码：A 文章编号：
随着高层建筑迅速崛起，建筑幕墙的抗震安全问题已引起广泛的关注。根据我国建筑抗震设计中提出的“小震不坏，中震可修和大震不倒”设计原则，对建筑幕墙的结构抗震原理和相应对策作如下阐述。
1 影响建筑幕墙抗震性的因素
1. 1 作用在幕墙上的地震作用力
幕墙玻璃平面处的地震作用可按下式计算:
式中: qE -作用于幕墙平面处的分布水平地震作用( kPa) ;
G -幕墙构件(包括玻璃和铝框) 的质量( kN) ;
A -幕墙构件的面积(m2) ;
amax - 水平地震影响系数最大值。6 度抗震设计时取0 . 03; 7度抗震设计时取0. 06; 8度抗震设计时取 0. 14;
βE --动力放大系数，可取 3. 0。
玻璃是脆性材料，为使其在设防烈度下不产生破损伤人，动力放大系数βE取 3. 0。在实际应用上通常考虑使用钢化安全玻璃或钢化夹胶玻璃。
1. 2 幕墙平面方向变形性能
幕墙平面方向变形性能以建筑物层间相对位移值来表示，要求在设计的相对位移范围内幕墙不受破坏。由于建筑幕墙平面方向变形大小与地震烈度、影响烈度有关，所以必需要知道烈度的大小。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》按弹性方法计算，震级与烈度的关系可用下列经验公式表示:
震中烈度 IO= 0. 24+ 1. 63 M;
影响烈度 IX= 0. 92+ 1. 63 M- 3. 49lgR;
式中: M--震级;
R--距震中距离。
根据国内检测部门对幕墙平面方向变形测试报告记录，其值域为1/ 25~ 1/ 300。 幕墙平面方向变形性能分级见表1。
1. 3 幕墙的耐撞击性能
幕墙耐撞击性能根据建筑物所处环境气象条件和使用中人为作用来确定等级要求。幕墙的撞击力取决于物体和质量、形式、刚度以及撞击速度，而致碎特性则取决于玻璃的类别。普通玻璃有两种撞击破裂情况，一是由于受弯而破裂，这种是荷载物体刚度小、形状平坦、加荷速度小的状态，如人体、球类或其他柔软物体的撞击;另一种是由于集中压力而破裂，这种是荷载物体比较硬、形状尖、 加荷速度快的状态，如枪弹、石块和其他硬物的撞击。因此，幕墙玻璃的耐撞击性对幕墙耐撞击性能是个决定性的因素。幕墙玻璃必须有一定的抗冲击能力。一般 25 mm 直径冰雹撞击力相当于117. 7 W 的冲击力。幕墙耐撞击性能设计是选取幕墙相应耐撞击性能等级。幕墙耐撞击性能是以撞击物的运动能量( F )为分级值，详见表 2。
2 建筑幕墙抗震原理分析
2. 1 建筑幕墙组成
玻璃幕墙最外面是玻璃或部分金属板材构件，它支承在铝合金横梁上，横梁连结在立柱上，立柱则悬挂在主体结构上，这些连结都允许一定的相对位移， 以减少主体结构在水平力作用下位移对幕墙的影响。此外，上、下层立柱通过活动接头連接，可以相对移动以适应温度变形和楼层的轴向压缩变形。
2. 2 建筑幕墙的抗震设防要求
建筑幕墙是建筑外围护结构，按照建筑抗震设计规范的要求制定相应的建筑幕墙的三个设防水准如下:
(1)分接缝宽度增大时，不需修理或加密封胶修补后仍可恢复原设计性能和要求。
(2)当遇到本地区基本设防烈度的地震影响时，幕墙框架体系( 包括与建筑物的连接) 允许有轻微损坏，镶嵌物可有少量损坏，经过修理后即可继续使用。
(3)当遇到大于地区基本设防烈度的预计罕遇地震影响时，幕墙框格体系可有中等以上的损坏，玻璃破碎，但骨架不得掉落或倒塌。
2. 3 建筑幕墙抗震弹性设计要求
(1)幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力， 以避免在荷载、地震和温度作用下产生破坏、过大的变形和妨碍使用。
(2)非震设计的幕墙，在风力作用下其玻璃不应玻碎; 且连接件应有足够的位移能力，使幕墙不破损、不脱落。
(3)抗震设计的幕墙，在常遇地震作用下玻璃不应玻损;在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用;在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。
3 建筑幕墙抗震构造措施
3. 1 抗震构造目的
玻璃幕墙构件不能承受过大的位移，例如当层高为3 m， Δμ/ h 为1/ 60 时， 层间最大位移可达 35 mm，幕墙构件必定会破坏。若在幕墙与主体结构之间， 采用弹性活动连接的抗震构造，力求做到幕墙框架受力变形过程与混凝土框架受力、变形相一致，就可避免幕墙构件的破坏。
3. 2 常用构造措施
(1)幕墙横梁与立柱之间的支承: 在构造上采用螺栓联接或铆接，并在连接末端设置橡胶块。 通常可视为简支的联接(见图1)。
(2) 幕墙玻璃在铝合金框上的支承:在联接时采用不锈钢自攻螺丝将铝压板压在玻璃上， 并在压板和玻璃之间填塞硅酮胶，在平面外可分别按四边简支或对边简支考虑(见图2 ) 。
(3) 幕墙立柱与立柱之间的联接: 为了提高建筑幕墙框架在地震作用时的整体协调能力，通常立柱的有效长度等于层高，立柱之间采用“套筒法”联接，即在立柱之间内套上一个专用铝筒，铝筒上端与上部立柱用螺丝联接，下端则悬挂，让其可竖向自由伸缩(如图3)。
（4）变形缝处理
地震时建筑物主框架变形缝处主框架变位是必然的（主框架变形缝大小由主体结构决定），对于幕墙要正确处理主框架变形缝部位幕墙的构造。在建筑物主框架变形缝处的幕墙采用可伸缩构造（如采用风琴板构造等），使变形缝处两侧面板分属不同两个独立的单元。
变形缝抗震作用大，门窗幕墙应重视变形缝节点设计。按照建筑抗震设计规范要求，设计变形缝时起码龙骨间的距离要和土建变形缝大小一致，满足第三水准要求；易挤压破碎掉落的面板间距离可以根据第二水准计算确定；中间过渡材料可采用弹性材料（比如橡胶）或采用较薄的金属板材，最好可以水平滑动。
（5）与主体连接
幕墙主杆件一般采用悬挂形式，与主体必须连接牢固，一般采用螺栓连接。立柱与主体结构之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于2个，且连接螺栓直径不宜小于10mm，加工铝合金立柱与结构连接的螺栓孔时，立柱孔直径要比螺栓直径大1mm。
立柱与连接件之间应采用垫片隔离。铝合金立柱与结构连接角钢之间必须采用弹性垫片（如尼龙等）且垫片厚度≥2mm。
玻璃幕墙构架与主体结构采用后加固锚栓连接时对于后补锚栓应符合下列规定：
①产品应有出厂合格证；②碳素钢锚栓应经过防腐处理；③应进行承载力现场试验，必要时应进行极限拉拔试验；④每个连接点不应少于2个锚栓；⑤锚栓直径应通过承载力计算确定，并不应小于10mm；⑥不宜在与化学锚栓接触的连接件上进行焊接操作；⑦锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。
4 结 论
建筑幕墙在结构上通过构造处理，使其在地震过程中的变形挠度和主体框架挠度相一致， 能与结构主体一起抵抗来自于垂直和水平方向的地震力， 以满足建筑总体的抗震要求。
参考文献：
[1]刘志雄，建筑幕墙抗震性研究[J]，2010.8.
[2]许建航，影响建筑幕墙抗震性的因素分析及其构造措施[J]，2009.8.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词: 建筑幕墙； 抗震；变形性能；弹性分析法
Abstract: the root tree seismic design of building standards in China, analyses the influence factors of the extent of building act wall, and points out that the construction curtain wall design should meet seismic safety requirements; And to commonly used three kinds of anti-seismic structure measures are introduced.
Key words: the construction curtain wall; Seismic; Deformation performance; Elastic analysis
中图分类号：TU973+.31文献标识码：A 文章编号：
随着高层建筑迅速崛起，建筑幕墙的抗震安全问题已引起广泛的关注。根据我国建筑抗震设计中提出的“小震不坏，中震可修和大震不倒”设计原则，对建筑幕墙的结构抗震原理和相应对策作如下阐述。
1 影响建筑幕墙抗震性的因素
1. 1 作用在幕墙上的地震作用力
幕墙玻璃平面处的地震作用可按下式计算:
式中: qE -作用于幕墙平面处的分布水平地震作用( kPa) ;
G -幕墙构件(包括玻璃和铝框) 的质量( kN) ;
A -幕墙构件的面积(m2) ;
amax - 水平地震影响系数最大值。6 度抗震设计时取0 . 03; 7度抗震设计时取0. 06; 8度抗震设计时取 0. 14;
βE --动力放大系数，可取 3. 0。
玻璃是脆性材料，为使其在设防烈度下不产生破损伤人，动力放大系数βE取 3. 0。在实际应用上通常考虑使用钢化安全玻璃或钢化夹胶玻璃。
1. 2 幕墙平面方向变形性能
幕墙平面方向变形性能以建筑物层间相对位移值来表示，要求在设计的相对位移范围内幕墙不受破坏。由于建筑幕墙平面方向变形大小与地震烈度、影响烈度有关，所以必需要知道烈度的大小。根据《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》按弹性方法计算，震级与烈度的关系可用下列经验公式表示:
震中烈度 IO= 0. 24+ 1. 63 M;
影响烈度 IX= 0. 92+ 1. 63 M- 3. 49lgR;
式中: M--震级;
R--距震中距离。
根据国内检测部门对幕墙平面方向变形测试报告记录，其值域为1/ 25~ 1/ 300。 幕墙平面方向变形性能分级见表1。
1. 3 幕墙的耐撞击性能
幕墙耐撞击性能根据建筑物所处环境气象条件和使用中人为作用来确定等级要求。幕墙的撞击力取决于物体和质量、形式、刚度以及撞击速度，而致碎特性则取决于玻璃的类别。普通玻璃有两种撞击破裂情况，一是由于受弯而破裂，这种是荷载物体刚度小、形状平坦、加荷速度小的状态，如人体、球类或其他柔软物体的撞击;另一种是由于集中压力而破裂，这种是荷载物体比较硬、形状尖、 加荷速度快的状态，如枪弹、石块和其他硬物的撞击。因此，幕墙玻璃的耐撞击性对幕墙耐撞击性能是个决定性的因素。幕墙玻璃必须有一定的抗冲击能力。一般 25 mm 直径冰雹撞击力相当于117. 7 W 的冲击力。幕墙耐撞击性能设计是选取幕墙相应耐撞击性能等级。幕墙耐撞击性能是以撞击物的运动能量( F )为分级值，详见表 2。
2 建筑幕墙抗震原理分析
2. 1 建筑幕墙组成
玻璃幕墙最外面是玻璃或部分金属板材构件，它支承在铝合金横梁上，横梁连结在立柱上，立柱则悬挂在主体结构上，这些连结都允许一定的相对位移， 以减少主体结构在水平力作用下位移对幕墙的影响。此外，上、下层立柱通过活动接头連接，可以相对移动以适应温度变形和楼层的轴向压缩变形。
2. 2 建筑幕墙的抗震设防要求
建筑幕墙是建筑外围护结构，按照建筑抗震设计规范的要求制定相应的建筑幕墙的三个设防水准如下:
(1)分接缝宽度增大时，不需修理或加密封胶修补后仍可恢复原设计性能和要求。
(2)当遇到本地区基本设防烈度的地震影响时，幕墙框架体系( 包括与建筑物的连接) 允许有轻微损坏，镶嵌物可有少量损坏，经过修理后即可继续使用。
(3)当遇到大于地区基本设防烈度的预计罕遇地震影响时，幕墙框格体系可有中等以上的损坏，玻璃破碎，但骨架不得掉落或倒塌。
2. 3 建筑幕墙抗震弹性设计要求
(1)幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力， 以避免在荷载、地震和温度作用下产生破坏、过大的变形和妨碍使用。
(2)非震设计的幕墙，在风力作用下其玻璃不应玻碎; 且连接件应有足够的位移能力，使幕墙不破损、不脱落。
(3)抗震设计的幕墙，在常遇地震作用下玻璃不应玻损;在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用;在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。
3 建筑幕墙抗震构造措施
3. 1 抗震构造目的
玻璃幕墙构件不能承受过大的位移，例如当层高为3 m， Δμ/ h 为1/ 60 时， 层间最大位移可达 35 mm，幕墙构件必定会破坏。若在幕墙与主体结构之间， 采用弹性活动连接的抗震构造，力求做到幕墙框架受力变形过程与混凝土框架受力、变形相一致，就可避免幕墙构件的破坏。
3. 2 常用构造措施
(1)幕墙横梁与立柱之间的支承: 在构造上采用螺栓联接或铆接，并在连接末端设置橡胶块。 通常可视为简支的联接(见图1)。
(2) 幕墙玻璃在铝合金框上的支承:在联接时采用不锈钢自攻螺丝将铝压板压在玻璃上， 并在压板和玻璃之间填塞硅酮胶，在平面外可分别按四边简支或对边简支考虑(见图2 ) 。
(3) 幕墙立柱与立柱之间的联接: 为了提高建筑幕墙框架在地震作用时的整体协调能力，通常立柱的有效长度等于层高，立柱之间采用“套筒法”联接，即在立柱之间内套上一个专用铝筒，铝筒上端与上部立柱用螺丝联接，下端则悬挂，让其可竖向自由伸缩(如图3)。
（4）变形缝处理
地震时建筑物主框架变形缝处主框架变位是必然的（主框架变形缝大小由主体结构决定），对于幕墙要正确处理主框架变形缝部位幕墙的构造。在建筑物主框架变形缝处的幕墙采用可伸缩构造（如采用风琴板构造等），使变形缝处两侧面板分属不同两个独立的单元。
变形缝抗震作用大，门窗幕墙应重视变形缝节点设计。按照建筑抗震设计规范要求，设计变形缝时起码龙骨间的距离要和土建变形缝大小一致，满足第三水准要求；易挤压破碎掉落的面板间距离可以根据第二水准计算确定；中间过渡材料可采用弹性材料（比如橡胶）或采用较薄的金属板材，最好可以水平滑动。
（5）与主体连接
幕墙主杆件一般采用悬挂形式，与主体必须连接牢固，一般采用螺栓连接。立柱与主体结构之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于2个，且连接螺栓直径不宜小于10mm，加工铝合金立柱与结构连接的螺栓孔时，立柱孔直径要比螺栓直径大1mm。
立柱与连接件之间应采用垫片隔离。铝合金立柱与结构连接角钢之间必须采用弹性垫片（如尼龙等）且垫片厚度≥2mm。
玻璃幕墙构架与主体结构采用后加固锚栓连接时对于后补锚栓应符合下列规定：
①产品应有出厂合格证；②碳素钢锚栓应经过防腐处理；③应进行承载力现场试验，必要时应进行极限拉拔试验；④每个连接点不应少于2个锚栓；⑤锚栓直径应通过承载力计算确定，并不应小于10mm；⑥不宜在与化学锚栓接触的连接件上进行焊接操作；⑦锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。
4 结 论
建筑幕墙在结构上通过构造处理，使其在地震过程中的变形挠度和主体框架挠度相一致， 能与结构主体一起抵抗来自于垂直和水平方向的地震力， 以满足建筑总体的抗震要求。
参考文献：
[1]刘志雄，建筑幕墙抗震性研究[J]，2010.8.
[2]许建航，影响建筑幕墙抗震性的因素分析及其构造措施[J]，2009.8.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。