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摘要：随着社会的发展与进步，重视影响建筑幕墙抗震设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍影响建筑幕墙抗震性的因素分析及其构造措施的有关内容。
关键词建筑幕墙；抗震设计；构造；措施；因素；
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着高层建筑的迅速崛起，建筑幕墙的抗震安全性问题已引起广泛的关注。由于我国大部分地区都处于地震区域，根据我国建筑抗震设计中提出 “小震不坏，中震可修和大震不倒”的设计原则，即在建筑抗震设计规范中提出的3个设防标准和两个阶级设计的抗震设计标准。
一、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。
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。幕墻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。
二、幕墙抗震构造措施分析
幕墙自身其结构上采用的各种位移、伸缩、变位能力的处理措施(如幕墙立柱层间伸缩缝、立柱与横粱间伸缩缝、板块间缝隙控制填胶、玻璃的结构胶粘接、玻璃卡槽内间隙控制、胶垫软接触等等),使得幕墙构件不承担因地震使建筑主体结构产生变位而对它产生荷载(各种弯曲、拉伸、挤压等应力),从而保持了幕墙自身结构的完整和安全以及作为建筑外墙围护可靠功能。
1.不同幕墙体系的构造要求
(1)铝合金玻璃幕墙的抗震能力主要取决于它所依附的建筑主框架的抗震能力和自身的抗震构造。这样就需要对铝合金玻璃幕墙和幕墙所依附的建筑物两个方面都提出具体设防要求,即当铝合金玻璃幕墙所依附的建筑物遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,普通型幕墙与幕墙平面平行和垂直两个方向的主框架及隐框幕墙与幕墙平面垂直方向的主框架楼层内最大弹性层间位移角控制值可按下表的规定执行。
在罕遇地震作用下结构薄弱层应进行弹塑变形验算。在抗震设计时,幕墙的抗震能力指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍。特别要注意的是建筑结构为多、高层钢结构时,幕墙的抗震能力是非钢结构建筑幕墙的2倍以上,以适应钢结构的柔性变动能力。
(2)明框、半隐框幕墙的玻璃边缘至边框槽底的间隙必须采用弹性材料填塞。隐框、半隐框幕墙板块间胶缝宽度应适当控制,应不小于12mm,并以弹性材料填塞,即内填泡沫棒外注硅酮耐候密封胶。
(3)石材幕墙石材面板一般采用插件和挂件连接,为防止插件(挂勾)从插槽(挂槽)中脱出,GB/T21086《建筑幕墙》中石材面板挂装系统安装允许偏差对挂勾与挂槽搭接深度偏差、插件与插槽搭接深度偏差作了规定。对于普通短槽挂件石材幕墙合理地使用挂件槽弹性类填胶,可实现良好的抗震性能。对于背栓式石材(采用双切面背栓连接)具有良好抗震性能,但要严格控制孔径偏差不超过0.5mm,且孔深要大于15mm。
(4)金属幕墙,由于面板不属于脆性材料,一般变形不会破坏。相对比玻璃幕墙有较好抗震性能。
(5)钢结构雨篷由于采用钢龙骨,一般为独立系统,计算单独考虑地震作用,也具有较好的抗震能力。
(6)点支承玻璃幕墙,由于支承头连接都能适应玻璃面板在支承点处的转动变形;支承头的钢材与玻璃之间应设置弹性材料的衬垫或衬套,衬垫和衬套的厚度不宜小于1mm,因此也具有较好抗寰性能。
(7)全玻幕墙抗震性能较差,因此要求全玻璃幕墙的周边收口槽壁与玻璃面板或玻璃肋的空隙均不宜小于8mm,而且板面不得与其他刚性材料直接接触,板面与装修面或结构面的空隙不应小于8mm,且应采用密封胶密封。下端支承式全玻璃幕墙(落地玻璃)易被主体结构墙体变形挤坏,按规范要求玻璃高度超限的全玻幕墙应悬挂在主体结构上（即吊挂玻璃)。
(8)单元式幕墙,一般为插接型,单元部件之间
应有一定的搭接长度,竖向搭接长度不应小于10mm,横向搭接长度不应小于15mm。因此具有良好的抗震性能。
2.幕墙不同连接部位的构造要求
(1)立柱与横梁之间的连接
立柱与横梁连接可通过角码、螺钉或螺栓连接。角码应能承受横粱的剪力,其厚度不应小于3mm;角码与立柱之间的连接螺钉或螺栓应满足抗剪和抗扭承载力要求。
立柱与横梁之间应有1～2mmm的间隙,横梁两端应涂密封胶或用柔性垫片隔离。
(2)立柱与立柱之间伸缩缝上、下立柱之间应留有不小于15mm的缝隙,闭口型材可采用长度不小于250mm的芯柱连接,套筒伸入
铝合金立柱内不应小于100mm芯柱与立柱应紧密配合,其配合间隙应控制在0.5mm～1mm之间。芯柱与上柱或下柱之间应采用机械连接方法加以固定。开口型材上柱与下柱之间可采用等强型材机械连接。
(3)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%∶
另外,后补锚栓采用后切式膨胀螺栓,抗震性能也较好。
(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。在建筑物主框某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。
三、结束语
面对近年频发的地震灾害,建筑结构安全越发引起高度重视,幕墙作为建筑物的外围护结构,其安全性更不容忽视,我们一定要贯彻国家抗震规范,做好幕墙抗震设计,确保其完整和安全的使用功能。
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.
[3]《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ1O2— 2003)
关键词建筑幕墙；抗震设计；构造；措施；因素；
中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：
引言
随着高层建筑的迅速崛起，建筑幕墙的抗震安全性问题已引起广泛的关注。由于我国大部分地区都处于地震区域，根据我国建筑抗震设计中提出 “小震不坏，中震可修和大震不倒”的设计原则，即在建筑抗震设计规范中提出的3个设防标准和两个阶级设计的抗震设计标准。
一、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。
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。幕墻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。
二、幕墙抗震构造措施分析
幕墙自身其结构上采用的各种位移、伸缩、变位能力的处理措施(如幕墙立柱层间伸缩缝、立柱与横粱间伸缩缝、板块间缝隙控制填胶、玻璃的结构胶粘接、玻璃卡槽内间隙控制、胶垫软接触等等),使得幕墙构件不承担因地震使建筑主体结构产生变位而对它产生荷载(各种弯曲、拉伸、挤压等应力),从而保持了幕墙自身结构的完整和安全以及作为建筑外墙围护可靠功能。
1.不同幕墙体系的构造要求
(1)铝合金玻璃幕墙的抗震能力主要取决于它所依附的建筑主框架的抗震能力和自身的抗震构造。这样就需要对铝合金玻璃幕墙和幕墙所依附的建筑物两个方面都提出具体设防要求,即当铝合金玻璃幕墙所依附的建筑物遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时,普通型幕墙与幕墙平面平行和垂直两个方向的主框架及隐框幕墙与幕墙平面垂直方向的主框架楼层内最大弹性层间位移角控制值可按下表的规定执行。
在罕遇地震作用下结构薄弱层应进行弹塑变形验算。在抗震设计时,幕墙的抗震能力指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍。特别要注意的是建筑结构为多、高层钢结构时,幕墙的抗震能力是非钢结构建筑幕墙的2倍以上,以适应钢结构的柔性变动能力。
(2)明框、半隐框幕墙的玻璃边缘至边框槽底的间隙必须采用弹性材料填塞。隐框、半隐框幕墙板块间胶缝宽度应适当控制,应不小于12mm,并以弹性材料填塞,即内填泡沫棒外注硅酮耐候密封胶。
(3)石材幕墙石材面板一般采用插件和挂件连接,为防止插件(挂勾)从插槽(挂槽)中脱出,GB/T21086《建筑幕墙》中石材面板挂装系统安装允许偏差对挂勾与挂槽搭接深度偏差、插件与插槽搭接深度偏差作了规定。对于普通短槽挂件石材幕墙合理地使用挂件槽弹性类填胶,可实现良好的抗震性能。对于背栓式石材(采用双切面背栓连接)具有良好抗震性能,但要严格控制孔径偏差不超过0.5mm,且孔深要大于15mm。
(4)金属幕墙,由于面板不属于脆性材料,一般变形不会破坏。相对比玻璃幕墙有较好抗震性能。
(5)钢结构雨篷由于采用钢龙骨,一般为独立系统,计算单独考虑地震作用,也具有较好的抗震能力。
(6)点支承玻璃幕墙,由于支承头连接都能适应玻璃面板在支承点处的转动变形;支承头的钢材与玻璃之间应设置弹性材料的衬垫或衬套,衬垫和衬套的厚度不宜小于1mm,因此也具有较好抗寰性能。
(7)全玻幕墙抗震性能较差,因此要求全玻璃幕墙的周边收口槽壁与玻璃面板或玻璃肋的空隙均不宜小于8mm,而且板面不得与其他刚性材料直接接触,板面与装修面或结构面的空隙不应小于8mm,且应采用密封胶密封。下端支承式全玻璃幕墙(落地玻璃)易被主体结构墙体变形挤坏,按规范要求玻璃高度超限的全玻幕墙应悬挂在主体结构上（即吊挂玻璃)。
(8)单元式幕墙,一般为插接型,单元部件之间
应有一定的搭接长度,竖向搭接长度不应小于10mm,横向搭接长度不应小于15mm。因此具有良好的抗震性能。
2.幕墙不同连接部位的构造要求
(1)立柱与横梁之间的连接
立柱与横梁连接可通过角码、螺钉或螺栓连接。角码应能承受横粱的剪力,其厚度不应小于3mm;角码与立柱之间的连接螺钉或螺栓应满足抗剪和抗扭承载力要求。
立柱与横梁之间应有1～2mmm的间隙,横梁两端应涂密封胶或用柔性垫片隔离。
(2)立柱与立柱之间伸缩缝上、下立柱之间应留有不小于15mm的缝隙,闭口型材可采用长度不小于250mm的芯柱连接,套筒伸入
铝合金立柱内不应小于100mm芯柱与立柱应紧密配合,其配合间隙应控制在0.5mm～1mm之间。芯柱与上柱或下柱之间应采用机械连接方法加以固定。开口型材上柱与下柱之间可采用等强型材机械连接。
(3)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%∶
另外,后补锚栓采用后切式膨胀螺栓,抗震性能也较好。
(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。在建筑物主框某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。
三、结束语
面对近年频发的地震灾害,建筑结构安全越发引起高度重视,幕墙作为建筑物的外围护结构,其安全性更不容忽视,我们一定要贯彻国家抗震规范,做好幕墙抗震设计,确保其完整和安全的使用功能。
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.
[3]《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ1O2— 2003)