建筑幕墻設(shè)計和施工中存在的常見問題探討

張曉波 （合肥市建筑工程施工圖審查中心，安徽 合肥 230000）

0 前言

幕墻是現(xiàn)代建筑常用的外維護結(jié)構(gòu)和裝飾結(jié)構(gòu)。我國建筑幕墻從1978年開始起步，進入21世紀初，中國已經(jīng)發(fā)展為世界第一幕墻生產(chǎn)大國和使用大國[1]。近年來，建筑幕墻繼續(xù)迅猛發(fā)展，合肥地區(qū)大量建筑物使用了玻璃幕墻、石材幕墻、金屬及人造板材幕墻。幕墻形式已經(jīng)涵蓋構(gòu)件式、單元式、點支撐、全玻璃以及雙層幕墻。目前，合肥市正在安裝世界使用高度最大的索結(jié)構(gòu)幕墻。及時總結(jié)幕墻設(shè)計、施工、施工圖審查工作中的經(jīng)驗，探討存在的問題，提出解決問題的方案具有重要的現(xiàn)實意義。

1 建筑幕墻對鋁合金材料的規(guī)定

建筑幕墻的支承結(jié)構(gòu)主要使用鋼材、鋁合金、不銹鋼等材料，其中鋁合金材料屬于幕墻特有的材料種類。民用建筑設(shè)計、施工、審圖人員對鋁合金材料性能熟悉程度不夠，有必要詳細闡述。

1.1 鋁合金材料必須是鍛造鋁合金，不允許使用鋁合金鑄造件

國家標準《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50429）中明確規(guī)定：“用于承重結(jié)構(gòu)的鋁合金應采用軋制板、冷軋帶、拉制管、擠壓管、擠壓型材、棒材等鍛造鋁合金”。就是結(jié)構(gòu)用鋁合金材料必須是經(jīng)過“軋、拉、擠、壓”等鍛造工藝處理后的鋁合金。因為鍛造鋁合金不僅強度較高，還有一定的延伸率，而鑄造鋁合金是脆性材料，抗拉強度低、延性很差，所以鑄造鋁合金不能作為結(jié)構(gòu)件材料使用。

1.2 鋁合金材料應同時注明牌號和狀態(tài)號

和鋼材不同，鋁合金材料有牌號和狀態(tài)號2個參數(shù)，必須同時注明。鋁合金牌號的第一位表示鋁的主要合金元素。例如6xxx，表示以鎂和硅為主要合金元素的鋁合金；3xxx表示以錳為主要合金元素；5xxx表示以鎂為主要合金元素。不同牌號的鋁合金強度差異很大。

狀態(tài)號表示鋁合金加工的狀態(tài)。常用的T狀態(tài)具體含義如下：T4固溶熱處理+自然時效；T5高溫成型+人工時效；T6固溶熱處理+人工時效。通過表1可見，同一牌號、不同狀態(tài)號的鋁合金強度也不相同，因此設(shè)計、施工文件必須注明鋁合金的牌號和狀態(tài)號。實際幕墻工程中就出現(xiàn)過設(shè)計方選用6063-T6鋁合金，施工方采用6063-T5的情況，導致幕墻尚未竣工就需要加固處理。

幕墻常用鋁合金的力學性能 表1

2 鋼化玻璃自爆是鋼化玻璃的固有特性

幕墻鋼化玻璃自爆后，玻璃渣墜落傷人的情況時有發(fā)生，社會影響很大。某些工程師誤認為采用均質(zhì)鋼化玻璃、超白玻璃可以完全避免鋼化玻璃自爆發(fā)生，這是誤解。

均質(zhì)鋼化玻璃、超白玻璃只能大大減少玻璃的自爆率。玻璃自爆的原因是玻璃中含有微小的硫化鎳晶體結(jié)核，硫化鎳晶體分為高溫下穩(wěn)定的高密度α相和室溫下穩(wěn)定的低密度β相。玻璃鋼化過程中的高溫將硫化鎳晶體轉(zhuǎn)化成高溫穩(wěn)定的高密度的α相，由于鋼化后玻璃冷卻很快，導致硫化鎳晶體α相沒有足夠的時間都轉(zhuǎn)化為室溫下穩(wěn)定的低密度β相。在玻璃鋼化冷卻后的使用過程中，硫化鎳晶體隨著時間的推移會發(fā)生晶態(tài)變化，即由高溫穩(wěn)定α相晶體無預兆轉(zhuǎn)化為室溫穩(wěn)定的β相晶體。此時，由于硫化鎳晶體的密度減小，其體積膨脹4%，膨脹應力可以使玻璃破裂，且破裂時間無法預測，可能發(fā)生在鋼化玻璃生產(chǎn)出來幾個月或幾十年后[1]。為了減少這種自爆，宜對鋼化玻璃進行二次熱處理，通常稱為引爆處理或均質(zhì)處理。但是，由于硫化鎳存在于玻璃原料中，目前無法完全清除，因此處理后的玻璃只能降低自爆率，不能完全避免玻璃自爆。避免玻璃自爆碎裂后脫落傷人的常用方法是對鋼化玻璃采用夾膠、貼膜等方法處理，可以做到玻璃碎而不落，避免安全事故的發(fā)生。

3 玻璃幕墻鋁型材與螺釘之間有匹配要求

隱框、半隱框玻璃幕墻的面板玻璃與鋁合金副框在工廠完成粘接后，需要用螺釘將副框連同玻璃一起固定到立柱和橫梁上。螺釘與鋁合金立柱及鋁合金橫梁之間有匹配要求，設(shè)計單位經(jīng)常忽視?！恫Ａ粔こ碳夹g(shù)規(guī)范》（JGJ102）以強制性條文的形式規(guī)定：“…型材孔壁與螺釘之間直接采用螺紋受力連接時，其局部截面厚度不應小于螺釘?shù)墓Q直徑”。這是為了保證受力螺紋連接的可靠性。因為連接螺釘過粗時，單個螺釘受力大，容易引起螺釘拉脫破壞。正確的做法應該是控制螺釘直徑與鋁合金龍骨的厚度相匹配，減小螺釘間距。就是通過增加緊固螺釘?shù)臄?shù)量來保證連接的可靠性。

4 云石膠只能用于石材幕墻的臨時固定

石材幕墻石板與掛件的連接十分重要，直接關(guān)系到幕墻安全。另外，為防止掛件與面板之間剛性接觸而造成面板損壞，防止面板滑移，掛槽和掛件之間的空隙也要灌注具有一定的彈性且模量較高的結(jié)構(gòu)膠粘劑固定。在實際工程中，由于云石膠凝固快，能在低溫下施工，價格低廉，有些石材幕墻被發(fā)現(xiàn)采用云石膠粘接。由于云石膠是一種不飽和聚酯類膠粘劑，而不飽和聚酯結(jié)構(gòu)中存在過多的親水性較強的酯鍵，在潮濕的環(huán)境中樹脂會逐步水解，導致云石膠粘結(jié)強度急劇下降，甚至完全喪失，引起石板脫落。所以云石膠只能用于石板的快速定位，石材與掛件之間的粘接必須使用石材專用環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠。圖1是某工程石板脫落的現(xiàn)場圖片，可見云石膠與石材之間粘接破壞，石板已經(jīng)脫落。

圖1

5 玻璃幕墻的室內(nèi)防護

當前，建筑外立面整體設(shè)置玻璃幕墻的建筑物越來越多。由于外側(cè)有玻璃幕墻圍護，樓層是否需要另行設(shè)置防護欄桿是很受業(yè)主和設(shè)計單位關(guān)注的問題。相關(guān)規(guī)范有下列規(guī)定。

①《住宅設(shè)計規(guī)范》（GB50096-2011）5.8.1強制條文規(guī)定：“窗外沒有陽臺或平臺的外窗，窗臺距樓面、地面的凈高低于0.90m時，應設(shè)置防護設(shè)施?！?/p>

②《民用建筑設(shè)計通則》（GB50352-2005）6.10.3條注2：“低窗臺、凸窗等下部有上人站立的寬窗臺面時，貼窗護欄或固定窗的防護高度應從窗臺面起計算?！眹鴺藞D集《民用建筑設(shè)計通則》圖示06SJ813 6～30頁也與上述意見一致。

③按照《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 規(guī)劃·建筑·景觀》10.5.2條，“低于規(guī)定窗臺高度h的窗臺（以下簡稱低窗臺），應采取防護措施（如：采用護欄或在窗下部設(shè)置相當于欄桿高度的防護固定窗，且在防護高度設(shè)置橫檔窗框），其防護高度h應滿足本節(jié)第10.5.1條的規(guī)定，…”。

所以，外側(cè)是玻璃幕墻的建筑物，樓層內(nèi)應有防護措施。防護措施的具體做法，按照《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施 規(guī)劃·建筑·景觀》的說法是采用護欄或在窗下部設(shè)置相當于欄桿高度的防護固定窗，且在防護高度設(shè)置橫檔窗框。因此，具體防護形式可以由設(shè)計單位按相關(guān)規(guī)范和各地方的具體要求確定。如果采用防護固定窗，橫檔窗框應滿足陽臺欄桿的要求，其強度計算應與風荷載疊加計算。上海市《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（DBJ08-56-2012）4.3.5有一些具體規(guī)定，具有一定的參考價值。同時，幕墻玻璃應設(shè)置醒目警示標志，幕墻內(nèi)片玻璃應采用鋼化夾膠安全玻璃，并滿足《建筑玻璃應用技術(shù)規(guī)程》（JGJ113-2015）的要求。兼做防護的玻璃幕墻在施工完畢后應抽樣做靜載和撞擊試驗。撞擊實驗可以參照《建筑幕墻》（GB/T21068-2007）附錄F進行。耐撞擊性能按照《建筑幕墻》（GB/T21068-2007）第5.1.7.1條應由設(shè)計單位確定。

6 幕墻的日常保養(yǎng)和維護

建筑幕墻不是永久圍護結(jié)構(gòu)，幕墻的安全使用有賴于及時的檢查維護。業(yè)主和施工單位對幕墻日常檢查維護重視不夠，是幕墻出現(xiàn)脫落等安全事故的重要原因。

《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》和《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》都用專門的章節(jié)對幕墻的保養(yǎng)和維修做了規(guī)定。例如《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：幕墻工程竣工驗收后一年時，應對幕墻工程進行一次全面檢查，此后每5年應檢查1次；幕墻使用10年后應對該工程不同部位的結(jié)構(gòu)硅酮密封膠進行粘接性能抽樣檢查，此后每3年宜檢查1次；幕墻遇強風襲擊后，應及時全面檢查等。同時還規(guī)定：幕墻工程承包商在幕墻交付使用前應為業(yè)主培訓幕墻維修、維護人員。

因此，幕墻承包單位應切實履行規(guī)范規(guī)定的義務，規(guī)避法律風險。建議相關(guān)管理部門鼓勵業(yè)主委托專業(yè)幕墻單位對幕墻工程開展日常檢查、維護工作。

[1]張芹.幕墻工程百問[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010（1）.

[2]JGJ102-2003，玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JGJ33-2001，金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[4]DGJ08-56-2012，建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[5]GB50429-2007，鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].