玻璃幕墙新规范探讨.doc

玻璃幕墙新规范、工程检验标准的探讨和介绍山东省建筑科学研究院(山东省建设机械质量监督检测中心)李承伟山东省建设机械质量监督检测中心作为我省的专职建筑幕墙检测单位，同时也作为国家工业产品生产许可证指定检测单位，近年来，对我省建筑幕墙工程进行了长期的测试和跟踪调查，初步掌握了我省建筑幕墙工程制造质量和施工水平的第一手资料。对比国内先进企业的技术水平，我省幕墙企业不仅在生产技术水平上存在一定的差距，同时，在对建筑幕墙的技术设计和施工手段上也存在一定的距离，重点反映在对规范的理解和贯彻上存在较大的差距。下面，就针对建筑幕墙的设计、计算及对规范的理解等方面，谈一下我们的看法。一、玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003修订内容概述玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003自2004年1月1日起实施，原行业标准玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-96同时废止。JGJ102-2003修订内容较大，不仅增加了强制性条款、而且还增加了全玻幕墙及点支承幕墙内容、对其他内容也进行了较大的修订。(一)增加的强制性条款：1、硅酮结构密封胶在隐框和半隐框玻璃幕墙中使用，其玻璃与铝型材的粘结必须采用中型硅酮结构密封胶。硅酮结构密封胶使用前，应经国家认可的检测机构进行与其相接触材料的相容性和剥离粘结性试验，并应对邵氏硬度、标准状态下拉伸粘结性能进行复验。检验不合格的产品不得使用。进口硅酮结构密封胶应具有商检报告。硅酮结构密封胶和硅酮建筑密封胶必须在有效期内使用。硅酮结构密封胶应根据不同的受力情况进行承载力极限状态验算。除全玻幕墙外，不应在现场打注硅酮结构密封胶。2、结构件应按规定验算承载力和挠度并达到规范要求。立柱主要受力部位铝型材截面开口部位的厚度不应小于3.0mm，闭口部位的厚度不应小于2.5mm；型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部厚度尚不应小于螺钉的公称直径；钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于3.0mm。横梁主要受力部位铝合金型材的厚度不应小于2.0mm；当横梁跨度大于1.2 m时，其截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm。型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部截面厚度不应小于螺钉的公称直径。钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于2.5mm。3、人员流动密度大、青少年或幼儿活动的公共场所以及使用中容易受到撞击的部位，其玻璃幕墙应采用安全玻璃；对使用中容易受到撞击的部位，尚应设置明显的警示标志。(二)全玻幕墙的主要内容：面板玻璃的厚度不宜小于10mm，当面板玻璃为夹层玻璃时，其单片厚度不应小于8 mm。玻璃肋的截面厚度不应小于12mm，截面高度不应小于100mm。而且，该条为强制性条款。在风荷载标准值作用下，玻璃肋的挠度限值宜取其计算跨度的1/200。采用浮头式连接件的幕墙玻璃厚度不应小于6 mm；采用沉头式连接件的幕墙玻璃厚度不应小于8 mm。玻璃之间的空隙宽度不应小于10 mm，且应采用硅酮建筑密封胶嵌缝。该部分为强制性条款。点支承玻璃幕墙的支承结构宜单独进行计算。无论单根型钢或钢管作为支承结构、采用桁架或空腹桁架作为支承结构，在风荷载标准值作用下，其挠度极限宜取其跨度的1/250。张拉杆索体系应在正反两个方向上形成承受风荷载或地震作用的稳定结构体系，连接件、受压杆或拉杆宜采用不锈钢材料，杆件直径不宜小于10mm,拉索钢绞线直径不宜小于8 mm。拉杆不宜采用焊接，拉索不应采用焊接。在风荷载标准值作用下，其挠度极限宜取其跨度的1/200。张拉杆索体系的预拉力最小值，应使拉杆或拉索在荷载设计值作用下保持一定的预拉力储备。(三)其他内容的修订：1、幕墙材料：对铝合金型材表面处理层的厚度提出了明确的要求，如表面阳极氧化膜厚度不低于AA15级，即平均膜厚t15um, 局部膜厚 t12um。当使用碳素钢和低合金高强度结构钢采用氟碳漆喷涂或聚氨酯漆喷涂时，涂层的厚度不宜小于35um；在空气污染严重及海滨地区，涂层的厚度不宜小于45um。幕墙玻璃应进行机械磨边处理，磨轮的目数应在180目以上，倒棱宽度不宜小于1 mm。因此，幕墙玻璃不宜使用砂带磨边机磨边倒角。中空玻璃气体层的厚度不应小于9 mm，中空玻璃应采用丁基热熔密封胶和硅酮结构密封胶两道密封，而且，第二道密封应采用专用打胶机进行混合、打胶，即应使用双组分结构胶。其镀膜面应朝向中空气体层。2、建筑设计：幕墙抗风压性能应满足在风荷载标准值作用下，其变形不超过规定值，并且不发生任何损坏。玻璃幕墙的气密性能不应低于3级，其所对应的性能参数是固定缝部位空气渗透性能0.05q0.10m3/mh，可开启缝部位空气渗透性能1.5q2.5m3/mh。与JGJ102-96要求相同。玻璃幕墙的水密性能在热带风暴和台风袭击的地区固定部位水密性不宜小于1000Pa，其他地区固定部位水密性不宜小于700Pa，开启部位水密性等级宜与固定部位相同。因此，可以为开启部位水密性不小于150Pa即可。该要求较JGJ102-96“玻璃幕墙开启部分的雨水渗透压力应1大于250Pa。”有所降低。幕墙玻璃之间的拼接胶缝宽度不宜小于10mm，小于JGJ102-96中15 mm的要求。框支承玻璃幕墙，宜采用安全玻璃；点支承玻璃幕墙的面板玻璃应采用钢化玻璃，玻璃肋应采用钢化夹层玻璃。但，必须首先满足强制条款的要求。玻璃幕墙与各层楼板、隔墙外沿间的缝隙，当采用岩棉或矿棉封堵，其厚度不应小于100 mm，宜采用不小于1.5mm的镀锌钢板承托。3、结构设计：半钢化玻璃强度设计值可取浮法玻璃强度设计值的2倍。风荷载标准值所使用参数、系数应按建筑结构荷载规范GB50009的规定采用。并且不应小于1.0kN/m2。因此，无论风荷载标准值无论多小，都不应小于1.0kN/m2。幕墙与主体采用后置锚栓连接时：每个连接节点不应少于2个锚栓，锚栓直径不小于10mm，且应通过计算确定，承载力设计值不应大于其极限承载力的50%，应进行现场试验，必要时进行极限拉拔试验。幕墙与砌块结构连接时，宜在主体结构上增设钢筋混凝土或钢结构梁、柱。轻质填充墙不应作为幕墙的支承结构。硅酮结构密封胶的粘结宽度不应小于7mm，且不应大于12mm，厚度不应小于6mm。单片玻璃厚度不应小于6mm。风荷载标准值作用下，四边支承玻璃的挠度限值宜取其短边边长的1/60。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。立柱与主体之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于2个，直径不宜小于10mm。二、建筑幕墙风荷载计算方法三个规范的比较对比和统计分析玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003自2004年1月1日开始施行。在该规范风荷载标准值的计算中各系数的采用与JGJ102-96有了很大的不同。同时，在条文说明中，对各系数又提出了与建筑结构荷载规范GB50009-2001不同的要求。下面对按照GB50009-2001、JGJ102-2003、JGJ102-96三个规范计算风荷载标准值时，采用系数的不同作以比较。对由此影响而导致的计算结果的不同进行统计分析。(一)按照GB50009-2001规范：对垂直于建筑物表面的风荷载标准值，当计算围护结构时wk=gzszw0式中：gz 高度Z处的阵风系数 s 风荷载体型系数 z 风压高度变化系数 w0 基本风压1、阵风系数gz可按公式确定，也可按照规范中数据表取值。 gz=k(1+2f)=k(1+20.5351.8(0.16)(z/10)-，在式中： k 地面粗糙度调整系数，地面粗糙度指数，z 计算位置离建筑物地面的高度。2、体型系数s 采用局部风压体型系数：外表面正压区按表采用，一般为0.81.0；负压区，对墙面取-1.0；对墙角边取-1.8，墙角边的作用宽度为房屋宽度的0.1倍或房屋平均高度的0.4倍，取小者，但不小于1.5m。3、高度变化系数z应根据地面粗糙度确定，地面粗糙度分为A、B、C、D四类，可简略地以房屋2km半圆影响范围内建筑物的平均高度h来划分，当h18m(相当于6层楼高)为D类，当9mh18m为C类，当h9m为B类。对于C类cz=0.616(z/10)0.44。4、基本风压w0为当地50年一遇的最大风压。(二)按照JGJ102-2003规范：虽然计算公式与GB50009-2001相同，且各项系数要求按照GB50009-2001的规定采用，但在JGJ102-2003条文说明中有附加规定如下。1、体型系数s：由于围护结构大多有开启窗，所以还应考虑室内压，因此，对于墙面可取-1.2。对于墙角部位可取-2.0。2、JGJ102-2003规范中规定风荷载标准值不应小于1.0kN/m2。(三)按照JGJ102-96规范:1、阵风系数Z为瞬时风压阵风系数，取为2.25。2、体型系数s对于竖直幕墙外表面按1.5取用。3、高度变化系数z同样根据地面粗糙度确定，但地面粗糙度分为A、B、C三类。对于C类cz=0.713(z/10)0.40。4、基本风压w0为当地30年一遇的风压，在条文说明中提出基本风压w0可由设计人员自行决定乘以放大系数1.1转为50年一遇的风压值。同时为了保证幕墙的抗风安全性，风荷载标准值至少取为1.0kN/m2。(四)计算结果的比较分析：以基本风压w0=0.45kN/m2(济南市50年一遇)，地面粗糙度为C及转D类，建筑幕墙计算高度z=60m为例，计算数据如下表：计算项目GB50009-2001JGJ102-2003JGJ102-96C类地区D类地区阵风系数gz1.691.691.942.25体型系数s-1.0-1.2-1.21.5高度变化系数z1.351.350.931.46基本风压w0，kN/m20.450.450.450.35风荷载标准值Wk, kN/m2-1.027-1.232- 0.97 -1.01.725墙 角 部 位体型系数s-1.8-2.0-2.01.5风荷载标准值Wk, kN/m2-1.848-2.053-1.6241.725仅 考 虑 正 风 压体型系数s0.81.00.81.00.81.01.5风荷载标准值Wk, KN/m20.8211.0271.01.0211.01.725通过数据对比可以看出：墙面负风荷载标准值，按GB50009-2001计算结果约为JGJ102-96计算结果的59.5%；按JGJ102-2003计算结果约为JGJ102-96计算结果的71.4%；墙角负风荷载标准值，按JGJ102-2003计算结果最大，约为JGJ102-96计算结果的119%；当仅考虑正风压作用时，按GB50009-2001和JGJ102-2003计算结果远远低于按JGJ102-96计算的结果，约为JGJ102-96计算结果的58%。由以上对比可见，新规范对各种情况如墙面、墙角、正负风压的影响考虑更加全面、具体，并加以区别对待，数据趋向合理。而且，在GB50009-2001和JGJ102-2003均明确提出当周边建筑环境复杂，无法确定风荷载标准值时，可进行风洞试验确定风荷载标准值。因此，这对建筑幕墙企业提出了更高的要求，要求企业应根据建筑物、幕墙的情况合理地计算风荷载标准值、对幕墙结构进行优化设计。三、安全玻璃的定义及规定(一)安全玻璃的定义：在建筑玻璃应有技术规程JGJ113-2003中对安全玻璃是这样定义的：指破坏时安全破坏，应用和破坏时给人的伤害达到最小的玻璃，包括符合国家标准GB9962规定的夹层玻璃、符合国家标准GB9963规定的钢化玻璃和符合国家标准GB15763.1规定的防火玻璃以及由它们构成的复合产品。其中，GB9962标准为夹层玻璃；GB/T9963标准为钢化玻璃；GB15763.1建筑用安全玻璃 防火玻璃(二)安全玻璃的分类：1、夹层玻璃：由一层玻璃与一层或多层玻璃、塑料材料夹中间层而成的玻璃制品。夹层玻璃具有抗冲击、阳光控制、隔音等性能。按照夹层玻璃抗霰弹袋冲击能力分为类、类、类夹层玻璃。夹层玻璃的加工方法大体分两种，即干法和湿法。干法生产的夹层玻璃质量稳定可靠，而湿法加工的夹层玻璃质量不如干法。夹层玻璃的中间夹层材料为聚乙烯缩丁醛(PVB)胶片。2、钢化玻璃：钢化玻璃是由浮法玻璃制作而成，浮法玻璃在钢化前应首先进行裁割，并进行磨边倒棱处理。浮法玻璃中存在细微的硫化镍结石容易导致钢化玻璃自爆，因此，应采用二次处理过的钢化玻璃，或称为引爆处理或均质处理的钢化玻璃。钢化玻璃在破碎后的碎片状态应达到：在50mm50mm的计数区域内碎片数必须超过40个，长条形碎片的长度不超过75mm，其端部不能是刀刃状，延伸至玻璃边缘的长条形碎片与边缘形成的角不大于45。3、防火玻璃：防火玻璃按耐火性能分为A、B、C三类A类防火玻璃：同时满足耐火完整性、耐火隔热性要求B类防火玻璃：同时满足耐火完整性、热辐射强度要求C类防火玻璃：满足耐火完整性要求其中：耐火完整性指能在一定时间内防止火焰穿透或防止火焰在背火面出现的能力；耐火隔热性指在一定时间内其背火面温度不超过规定值的能力。热辐射强度指在玻璃背火面一定距离、一定时间内不超过热辐射强度的能力。4、复合玻璃：指由安全玻璃组合而成的复合产品，如两面使用钢化玻璃的中空玻璃。玻璃层间形成有干燥气体空间的制品均可称为中空玻璃。中空玻璃的密封有单道密封(如玻璃间有铝方管、干燥剂、密封胶但无丁基胶)，双道密封(如玻璃间有铝方管、干躁剂、密封胶及丁基胶)，胶条密封(使用胶条支撑间隔而无密封胶)。只有具备两道密封的中空玻璃才具有较好的密封性能、露点性能、气候循环耐久性能及高温高湿耐久性能。玻璃幕墙要求中空玻璃应采用双道密封。(三)建筑安全玻璃的相关规定2003年12月1日，国家四部委联合发布了“建筑安全玻璃管理规定”，并于2004年1月1日实施。在规定第六条明确规定了建筑物在玻璃作为建筑材料的下列部位必须使用安全玻璃的要求：a. 7层及7层以上建筑物外开窗；b. 面积大于1.5m2的窗玻璃或玻璃底边离最终装修面小于500mm的落地窗；c. 幕墙(全玻幕除外)；d. 倾斜装配窗、各类天棚(含天窗、采光顶)、吊顶；e. 观光电梯及其外围护；f. 室内隔断、溶室围护和屏风；g. 楼梯、阳台、平台走廊的栏板和中庭内拦板；h. 用于承受行人行走的地面板；i. 水族馆和游泳池的观察窗、观察孔；j. 公共建筑物的出入口、门厅等部位；k. 易遭受撞击、冲击而造成人体伤害的其他部位。四、玻璃幕墙工程质量的验收玻璃幕墙工程是建筑物的外围护工程，是建筑物的包装工程，直接影响到一个城市的形象。玻璃幕墙工程不出事故则已，出事故即为大事故，或为人员伤亡事故，或成为建筑物的一个伤疤，或为城市外衣上的一块补丁，而且，不宜修补。因此，把好玻璃幕墙工程全过程的质量关非常重要。为此，国家在2001年发布实施了玻璃幕墙工程质量检验标准JGJ/T139-2001。下面就如何保证幕墙工程质量，贯彻JGJ/T139标准做出论述。(一)把好材料关：在工程材料进场前，所采购材料如铝合金型材、钢材、玻璃、硅酮结构密封胶应提供合格证、质量保证材料。进场后应检验铝合金型材、钢材的力学性能，应进行硅酮结构密封胶的剥离试验、硅酮结构胶、密封胶与实际工程用基材的相容性试验。在我中心作结构胶相容性试验时，有两种方法：1、企业提供结构胶2支、密封胶2支、与结构胶粘结的玻璃附框铝合金型材、玻璃、聚乙烯泡沫棒、双面胶带等，试件大小、数量参照建筑用硅酮结构密封胶GB16776的规定。2、企业制样。虽然标准中要求在实验室标准环境下制样，但这并不能反映施工的真实情况，特别是双组分结构胶的制样。企业制样可以提供针对工程的更有说服力的有关剥离和相容性的检测结果。(二)节点检验(拉拔力试验)：节点指幕墙与建筑物主体连接节点，节点的检验主要是检查节点与建筑物主体连接是否牢固可靠。当使用预埋件时，由于，预埋件与混凝土梁柱的配筋焊接，而且是连接后浇筑混凝土，可以认为连接牢固可靠，与梁柱是等强度的。只有当施工双方对质量有严重质疑时才作节点拉拔力试验。但是，当幕墙构架与主体结构采用后加锚栓连接时，由于，锚栓的质量因素、锚栓的施工工艺因素导致锚栓安装质量的不稳定性，而锚栓的质量直接影响到整个幕墙的稳定、牢固。因此，后置锚栓节点应做拉拔力试验。节点检验(节点拉拔试验)分节点、锚栓两种试验，按照JGJ/T139标准规定：每幅幕墙应按各类节点总数的5%抽样检验，且每类节点不应少于3个；锚栓应按5抽样检验，且每种锚栓不得少于5根。该两个抽样比例是不对等的，如节点抽样5%，以每个节点4个锚栓计算，锚栓抽样1.25%应该是合适的。在进行拉拔试验前应提交幕墙节点立面布置图以确定抽样数量、提交节点法向拉力设计值以确定试验拉拔力、提交锚栓的质保材料、描述现场情况以确定拉拔试验类型。现场应具备作业条件。(三)安装质量试验(物理性能试验)：安装质量检验包含安装尺寸检验和物理性能检验。物理性能试验的基本检验项目有三项：空气渗透性能、雨水渗漏性能、风压变形性能。当幕墙所在建筑为重要建筑或有抗震要求时应作平面内变形检测。当业主提出保温性能要求时可作保温性能试验。试件准备和安装说明如下：1、试件：a. 试件在结构胶固化达到上墙要求后，运至我中心。在我中心的试验装置上进行组装。b. 试件各组成部分应为生产厂家检验合格的产品。试件的安装、镶嵌应符合设计要求，不得加设任何特殊的附件或其它特殊措施。试件所用的玻璃应与工程所使用的相同。c. 试件高度最少包括一个层高，宽度最少包括三个竖直承力构件。试件应结合实际工程，安装和受力状况与实际相符，并取实际工程中的受力最不利位置。图示附后，立柱连接钢角码(含钢角码)向外的所有件企业自带。钢角码与连接梁的连接螺栓实验室提供。连接梁为试验设备的附件。d. 试件须包括典型的垂直接缝、水平接缝、开启扇。如附图所示(附图为示意图，玻璃或铝板的分格形式视工程而定。)e. 试验装置的试件安装口在高度、宽度方向可任意调节，最大尺寸可达高：6.0m，宽：4.5m。试件安装后，空洞部分由我中心提供材料补口。2、有关资料：委托方在办理委托检验手续时，请提供：a. 三份试件图样。其中包括立面图、横剖面图、纵剖面图、开启扇节点图、型材截面图。b. 设计说明，含所用主要材料的牌号、材质和生产厂家，如型材、玻璃、结构胶、耐候胶等，并注明风荷载标准值Wk。c. 设计计算书。d. 属工程验收检验的，还请提供幕墙施工图样。注：计算书和施工图样经我中心确认后即返还委托方。3、办理程序a. 委托方电话联系或到我中心咨询了解检测有关事项。b. 委托方准备试件、制作玻璃板块(幕墙组件)，与我中心预约试件安装时间。c. 委托方到我中心办理检验委托手续，交付检验费，提交有关资料。e. 委托方安装试件。f. 试验。i. 委托方拆除试件，试件返回。j. 中心出具检验报告。(四)防火、防雷、连接检验(隐蔽工程检验)：在内装饰装修进行完以后，防火、防雷、连接等部位将无法看到，因此，称为隐蔽工程。隐蔽工程的检验主要是过程检验，必须做好隐蔽工程记录。防火措施应满足建筑设计防火规范GB50016的有关规定。在JGJ102-2003中规定：玻璃幕墙与各层楼板、隔板外沿间的缝隙，应采用岩棉或矿棉封堵时，其厚度不应小于100mm，并应提倡填充密实；楼层间水平防烟带的岩棉或矿棉宜采用厚度不小于1.5mm的镀锌钢板承托；承托板与主体结构、幕墙结构及承托板之间的缝隙宜填充防火密封材料。防雷措施应满足建筑防雷设计规范GB50057的有关规定。在JGJ102-2003条文说明中规定：玻璃幕墙应与主体结构的防雷体系可靠了解。幕墙的铝合金立柱的伸缩缝处采用柔性导线上、下连通，铜质导线不宜小于25mm2，铝质导线不宜小于25mm2。预埋件或固定件应采用圆钢或扁钢与水平均压环焊接连通，扁钢截面不小于5mm40mm，圆钢直径不小于12mm。连接部位的规定部分与JGJ102-2003部分，应执行JGJ102-2003的要求，综述如下：立柱、横梁及幕墙板块与主体结构之间空隙宽度不应小于15mm。上下立柱之间应留有15mm的伸缩缝，立柱中芯柱长度不应小于250mm。立柱与主体结构之间每个受力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。钢角码与铝合金型材之间应采用绝缘垫片以防止双金属腐蚀。由于现在玻璃幕墙资料将存入建筑物原始档案，且实行终身负责制，因此，幕墙企业应做好施工档案工作，将工程所有检验资料汇订成册，档案管理。