玻璃幕墙的安全问题分析与建议（3）

  本文接上文《玻璃幕墙的安全问题分析与建议（2）》。

3、幕墙结构设计

  幕墙杆件的刚度是幕墙结构安全性的关键。对于竖直的玻璃幕墙，风荷载是主要的作用，地震效应相对于风荷载效应是比较小的，通常不会超过风荷载效应的20%，因此，对于幕墙构件本身而言，抗风压设计是主要的考虑因素。

  玻璃幕墙的抗风压性能是一个整体概念，是由玻璃面板和杆件强度和刚度决定的。玻璃幕墙中承接风荷载的主要是玻璃，再通过玻璃传递到幕墙杆件。幕墙玻璃和杆件在风荷载作用下势必都要发生变形。在幕墙玻璃的变形设计中，对四边支承玻璃面板采用的是弹性小变形薄板理论计算应力，但是玻璃是典型的脆性材料，按弹性理论计算的应力和挠度值要比实际值大很多，尽管采用了折减系数予以修正，仍然不能够完全准确地反应玻璃面板的实际受力和变形状态。

  幕墙玻璃的挠曲变形还和玻璃安装的边界条件有关。幕墙玻璃安装在框架槽口内，幕墙的框架是通过连接件组合在一起的，幕墙竖框是单向受弯杆件，只在水平风荷载方向发生挠曲变形，而幕墙横框是双向受弯杆件，在重力方向和水平风荷载方向都产生挠曲变形，竖框和横框在变形后，玻璃面板的边缘就不会在同一平面内，而是呈扭曲状态，尤其是在横框与竖框的连接采用自由度较大的连接方式时(比如钢销式连接)，横竖框的相对扭曲会更大，在极端气候条件下，玻璃面板就会因受力不均而破碎。

  在幕墙玻璃面板保持完整的前提下，幕墙的抗风压性能最终是由幕墙的框架杆件决定的。只有幕墙杆件刚度足够，幕墙的抗风压强度才能满足要求。

  幕墙结构设计是采用钢结构设计中的近似概率极限状态设计法，概率极限状态设计法是指在设计基准期(一般50年)内，满足结构的功能要求：即安全性,适用性，耐久性。

  安全性：满足特定的与建筑物功能相适应的承载力极限状态

  适用性：保证结构在日常使用中满足要求

  耐久性：保证结构的承载力的持续时间与环境适应度

  结构的极限状态包括承载力极限状态与正常使用极限状态。承载能力极限状态是结构或构件达到最大承载能力或出现不适于继续承载的变形。整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，结构构件或连接因超过材料强度而破坏;正常使用极限状态是结构或构件达到正常使用或耐久性能的某项规定值，影响正常使用或外观的变形，或者耐久性能的局部损坏。

  承载力极限状态与正常使用极限状态相比，前者可能导致人身伤亡和大量的财产损失，而后者对生命的危害则较小，主要是引起人们的不适。

  作为幕墙结构的极限状态设计应该要求受力构件不超过正常使用极限状态，也就是说必须要保证足够的安全度，绝不应该趋近于承载力极限状态设计。而现实的幕墙施工设计中却有很多都采用承载力极限值，存在着很多不安全的因素。

  一方面，许多建筑师都在追求大跨度、大分格的立面设计效果，同时又要求幕墙杆件足够纤细;另一方面，一些开发商采取高成本低造价的中标方式，将幕墙施工单位的利润空间挤压殆尽。为了达到建筑师的要求，同时又要获得微薄的利润，幕墙施工单位就不得不在幕墙材料上动脑筋——最大程度的减小幕墙龙骨的截面尺寸，挠度最大限度地趋近极限值，应力比趋于最大。幕墙杆件的荷载力多数都接近极限状态，一旦遇到极限恶劣的天气，就难免酿成大祸。

  2016年8月7日下午，四川省成都市遭遇了一阵狂风暴雨加冰雹，位于成都高新南区天府大道北段的“环球中心”天堂洲际大饭店的大堂玻璃幕墙遭到破坏，100平方左右玻璃掉落。

  在《铝合金门窗工程技术规范》JGJ 214-2010中，玻璃面板和框架槽口的前后间隙如下表。

  从图7~9中看到爪件已经扭曲变形，推测应该是瞬间的风荷载超过了爪件的承载力，不锈钢驳接爪丧失了支撑能力而变形，从而导致玻璃的破碎。

  2016年9月15日凌晨，第14号台风“莫兰蒂”在厦门翔安以强台风级别登陆，登陆时最大阵风17级以上，中心最大风力达15级，48米/秒、中心气压945帕，为建国以来厦门遭遇的最强级别台风。台风过后行业内专家对厦门的幕墙、门窗受损情况进行了考察，大部分的幕墙、门窗在这次强台风中表现良好，没有结构受损情况发生，只有少数门窗幕墙的玻璃出现局部受损现象，极个别项目处于风口位置的落地门窗受损较为严重。

  后续文章请见《玻璃幕墙的安全问题分析与建议（4）》。

来源：中国幕墙网