建筑設(shè)計
防火、隔煙設(shè)計。1, 水平和豎向，耐火帶水平耐火帶
樓面外緣應(yīng)有耐火時間不低于1.0小時、高度不小于800mm的水平耐火帶。水平耐火帶的位置可在樓面標(biāo)高之上、跨越樓面標(biāo)高或在樓面標(biāo)高之下?？梢杂嬋脒@個耐火帶高度的部件有：不燃燒的實體裙墻;樓面邊緣的鋼筋混凝土梁板;由耐火材料組成的防火裙墻;防火玻璃板。
1.1豎向耐火帶
室內(nèi)防火隔墻(防火隔斷)到樓面邊緣處與幕墻相交，兩側(cè)應(yīng)有耐火極限不低于1.0小時，寬度不小于1.0m的豎向耐火帶?？捎嬋脒@豎向耐火帶寬度的部件有：實體混凝土墻或砌體墻;玻璃幕墻的防火玻璃面板;石材幕墻的天然石板、微晶玻璃面板。
1.2 層間的防煙封堵
樓層是防火單元，層間防煙封堵主要作用是在幕墻被燒壞之前，防止煙霧從下一樓層通過幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間的空隙向上一層竄入。幕墻本身由鋁型材、玻璃、鋁板組成，不具備耐火能力，火災(zāi)后很快被燒毀，所以只要求防煙封堵在幕墻燒毀前的0.5~1.0小時內(nèi)起防煙作用。幕墻燒毀后，防煙封堵不再起作用，所以防煙封堵有1.0小時的耐火極限已經(jīng)足夠。
防煙封堵做法可以有許多種，并不局限于采用防火巖棉，例如還可以采用8mm或10mm的單層防火玻璃，只要達(dá)到1.0小時的防火要求，密實而不讓煙霧穿過即可。防煙封堵要求每層一道，有些設(shè)計做兩道也是可以的。
采用防火巖棉時，由水平托板支承，巖棉的厚度不應(yīng)小于100mm。防煙封堵的巖棉要求充填密實，不讓煙霧穿過。有工程理解為要防火巖棉充填整個窗下墻后的空間，這是不正確的，可能是將窗下面板后面豎向布置的玻璃棉保溫材料誤認(rèn)為是防煙巖棉了。實際上防煙巖棉封堵是水平布置的，厚度為100mm的那一部分。面板背后豎向分布、作為保溫材料的玻璃棉并不具備防火性能，不能作為防煙封堵使用，更不能據(jù)此提出“防煙巖棉必須填滿整個窗下墻”的不合理要求。
即使需要在玻璃面板后面設(shè)置保溫層，也要離開玻璃面板，形成較大的空間，絕不能“填充密實”，否則會因陽光透射積累熱量使玻璃溫度升高而開裂。
1.3 實體墻面上的防煙封堵
連續(xù)多層的實體墻面本身不透煙，因此不要求層間必須布置水平防煙封堵。不設(shè)水平的層間煙堵時，門窗洞口的邊緣四周應(yīng)進(jìn)行防煙封堵，防止煙霧從門窗四周側(cè)面竄入室內(nèi)。封堵常采用巖棉，封堵厚度不宜小于100mm。
安全玻璃指的是鋼化玻璃和夾層玻璃。現(xiàn)在有些地方標(biāo)準(zhǔn)和文件籠統(tǒng)規(guī)定“玻璃幕墻必須采用安全玻璃”，并不妥當(dāng)，不分場合一刀切，使用安全玻璃并不一定安全，有些時候反而是安全隱患。正確的做法是具體情況具體分析，根據(jù)使用條件選用能更大限度保障安全的玻璃品種，也就是“玻璃幕墻選用玻璃應(yīng)更大限度保證使用安全”。
2.1 容易受撞擊部位的玻璃;
落地玻璃墻距地面900mm以下的部位、玻璃欄桿、玻璃樓梯板、玻璃地面板等部位，采用單片鋼化玻璃并不安全。因為鋼化玻璃雖然也算安全玻璃，但有自爆現(xiàn)象，在沖擊下也容易飛散，一旦破壞就會產(chǎn)生人員墜落的危險。這些部位，宜采用夾層玻璃。
2.2 玻璃肋
玻璃肋是全玻幕墻和玻璃肋采光頂?shù)闹饕С薪Y(jié)構(gòu)，不應(yīng)采用單片鋼化玻璃。鋼化玻璃即使無外力沖擊，也可能自爆飛散，使整個結(jié)構(gòu)突然破壞，后果嚴(yán)重，所以宜采用夾層玻璃或夾層鋼化玻璃。
高度大于8m的全玻幕墻玻璃肋，如果夾膠有困難，不得已寧愿采用普通浮法玻璃。浮法玻璃不會自行爆裂飛散，即使開裂后仍可保留在原位，可以進(jìn)行更換而不至于整片墻垮坍。
點支承玻璃幕墻中的玻璃肋，應(yīng)采用夾層鋼化玻璃。如果長度受鋼化、夾膠工藝限制，可用不銹鋼板分段接駁。
2.3 夾層玻璃幕墻
有些工程在“幕墻應(yīng)采用安全玻璃”的導(dǎo)引下，整片墻面全部采用夾層玻璃，表面看來是安全了，其實埋下了重大安全隱患。一旦發(fā)生火災(zāi)，消防人員無法擊碎玻璃，射水、救人都難以進(jìn)行;室內(nèi)人員無法打開玻璃逃生，勢必葬身火海。因此，幕墻大面不能全部采用夾層玻璃，必須留出單片玻璃或中空玻璃的逃生口，并作出明顯標(biāo)記。
2.4 透光屋面的玻璃
透光屋面(采光頂)目前尚未頒布規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，所以采用鋼化玻璃還是采用夾層玻璃還有不同的看法。
鋼化玻璃破碎后成粒狀，不容易發(fā)生重大傷人事故。但飛散的顆粒形同玻璃冰雹，也有可能劃傷或擊傷下面的人員。如果采用，高度不宜大于5m。
夾層玻璃不會飛散，但破碎下垂后有可能從支承處拔出，整體下落，形同“蓋帽”，有可能產(chǎn)生重大傷亡事故。但相對于單片鋼化玻璃自爆率頗高而言，發(fā)生夾層玻璃整體“蓋帽”扣下的可能性是極其罕見的。因此目前多數(shù)工程傾向于室內(nèi)側(cè)采用夾層玻璃。為減少“蓋帽”的危險，采光頂?shù)膴A層玻璃尺寸不宜過大，邊長宜在2m以內(nèi);玻璃伸入框內(nèi)的嵌入深度不宜小于25mm，大塊玻璃還要適當(dāng)加深;盡量采用浮法夾層玻璃或半鋼化夾層玻璃，因為它們破裂后分成大塊，裂縫延伸至板邊被膠粘或邊框夾持，不會明顯下垂，減少整體拔出脫落的危險。
.3 石材面板的選用;
3.1 石材面板的質(zhì)量)
選用石材面板不能只考慮美觀、新穎和個性，首先還是要確保安全。建筑師在選用石材時，要滿足以下的安全要求：
石材要有足夠的強(qiáng)度，花崗石類型的面板(GXXXX)其彎曲強(qiáng)度試驗平均值不應(yīng)小于10N/mm2，更小值不應(yīng)小于8N/mm2;大理石類型(MXXXX)和板石類型(SXXXX)的面板，其彎曲強(qiáng)度試驗值不應(yīng)小于5N/mm2，更小值不應(yīng)小于4N/mm2。
2.
石材面板不應(yīng)夾有軟弱夾層或軟弱礦脈;有層狀紋理的面板，不應(yīng)有粗粒、疏松、多孔的條紋。
洞石的孔洞不宜過于密集，孔洞直徑不宜大于5mm?？锥床灰诉^深，更不應(yīng)穿透石板。
3.2 石材面板的連接方式
石板幕墻的面板，宜采用以下幾類連接方式：
1.
在石板邊緣開槽口，用金屬掛件連接;
2.
在石材面板背后，開孔或開槽，用背栓、背槽或背卡連接;
3.
在面板的邊緣打結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)鋁型材附框，通過附框與橫梁、立柱連結(jié)，附框應(yīng)帶掛鉤固定石材面板。
3.3 石材面板背面的復(fù)合層
石板是脆性材料，自重也較大，為防止石材面板破碎后墜落造成人員和財產(chǎn)損失，可在面板背面粘貼玻璃纖維布或附加玻璃纖維加強(qiáng)樹脂層?？箯潖?qiáng)度試驗平均值低于8 N/mm2的石板、松散軟弱和多孔的石材面板，應(yīng)設(shè)背面復(fù)合層。
3.4 優(yōu)先采注膠式板縫
硅酮耐候密封膠注膠式板縫可以作為第二道防線，有效地防止石材面板破碎后墜落傷人，應(yīng)優(yōu)先采用。強(qiáng)度低，質(zhì)地疏松和多孔的石材面板，應(yīng)采用注膠式板縫。
4. 結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則
4.1 設(shè)計使用年限
目前，主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限一般工程為50年，特殊工程為100年。幕墻是維護(hù)結(jié)構(gòu)，是可以拆換的結(jié)構(gòu)，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限不低于25年。就是說，在25年內(nèi)，面板、支承結(jié)構(gòu)、連接部件都不應(yīng)產(chǎn)生安全問題。
至于建筑功能和幕墻外觀的使用年限，目前尚沒有一致的說法。
作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的面板材料(玻璃、石材、金屬板)、支承結(jié)構(gòu)的鋁型材和鋼型材、鋼連接件預(yù)埋件的有效壽命至少超過25年，可以滿足設(shè)計使用年限要求。硅酮結(jié)構(gòu)密封膠的實際壽命也不止25年，過去廠家出具結(jié)構(gòu)膠10年保證書只是例行的商業(yè)操作。目前國內(nèi)主要硅酮膠廠家已可以出具25年保證書。因此，幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為不小于25年是適當(dāng)?shù)?，國?nèi)外幕墻工程的經(jīng)驗證明也是可以辦得到的。
至于某些業(yè)主要求幕墻保用50年甚至更長，目前尚無確切依據(jù)。尤其是建筑外觀和水密、氣密功能，能否維持50年以上，沒有太多的工程實踐。
4.2 幕墻支承鋼結(jié)構(gòu)的焊接
焊接是目前鋼結(jié)構(gòu)更可靠的連接方式之一。萬噸巨輪的船體是焊接的，可以抗擊狂風(fēng)巨浪;核反應(yīng)堆的外殼是焊接的，可以耐受高溫、高壓和幅射;百層以上的高樓大廈是焊接的，可以抵抗強(qiáng)烈地震和臺風(fēng)。因此，在幕墻鋼結(jié)構(gòu)上采用焊接，完全是可以的。
正如本文1.1節(jié)中所述，幕墻有非常多的環(huán)節(jié)可以提供變形和位移的性能，部分環(huán)節(jié)采用焊接并不妨礙幕墻耐受大變形的能力。本文作者參與的十余項幕墻工程中，不少連接都采用焊接。深圳一些工程在強(qiáng)大臺風(fēng)吹襲下多次經(jīng)受了考驗;多個振動臺試驗表明，部分連接采焊接的幕墻，在8、9度罕遇地震作用下，位移達(dá)1/60~1/50，也無一破損。大量實踐證明：不允許焊接是沒有道理的。
至于現(xiàn)場焊接的質(zhì)量，那是施工管理的問題，管理不到位，什么連接都要出問題。北京多個奧運(yùn)工程、央視大廈、北京電視中心的大尺寸厚板鋼梁焊接都可以保證質(zhì)量，難道一般的幕墻焊接就無法保證質(zhì)量?所以保證質(zhì)量不是禁止焊接的理由。
因此，JGJ102-2003和修訂中的JGJ133規(guī)范，刪除了這一不合理規(guī)定，代之以對焊接設(shè)計和施工的相應(yīng)規(guī)定。
4.3 化學(xué)錨栓的受熱問題
化學(xué)錨栓主要靠化學(xué)粘結(jié)劑完成連接，而一般化學(xué)粘結(jié)劑對溫度的耐受能力較弱，因此JGJ102-2003規(guī)范規(guī)定：在有可能導(dǎo)致化學(xué)錨栓溫度升高的熱影響區(qū)范圍內(nèi)，不應(yīng)對鋼連接件進(jìn)行焊接作業(yè)。但是，如果不是進(jìn)行連接焊縫施焊，而僅僅是對螺帽下的墊板進(jìn)行間斷、快速的少量定位點焊，不至于使化學(xué)錨栓溫度升高過多，應(yīng)該是允許的。
當(dāng)確實需要進(jìn)行連續(xù)焊接作業(yè)時，應(yīng)采取相應(yīng)散熱措施，或采用耐熱化學(xué)錨栓。
4.4 后加錨栓的安全度
在JGJ133-2001中未對錨栓安全度作出規(guī)定，JGJ102-2003中規(guī)定不具體。在JGJ133修訂中明確列出：后加錨栓承載力設(shè)計值應(yīng)按其極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以材料性能分項系數(shù)后采用。錨栓材料性能分項系數(shù)，對可變荷載作用不應(yīng)小于2.15;對永久荷載作用不應(yīng)小于2.50。即是說，錨栓的總安全度對可變荷載作用約為3.0;對永久荷載作用大約為3.5。
4.5 高強(qiáng)硅酮結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度設(shè)計值
國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》GB16776中，結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)抗拉強(qiáng)度定為0.6N/mm2，因此在風(fēng)荷載和地震作用下，其強(qiáng)度設(shè)計值f1取為0.2N/mm2;在永久荷載作用下，其強(qiáng)度設(shè)計值f2取為0.01N/mm2。
由于高性能硅酮結(jié)構(gòu)膠(如白云SS922)的粘結(jié)拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到1.2N/mm2，甚至1.5 N/mm2，再采用上述規(guī)定不盡合理，因此JGJ133修訂中規(guī)定，高性能硅酮結(jié)構(gòu)膠，f1可按其粘結(jié)拉伸強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)3.0后采用;f2可按其粘結(jié)拉伸強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)60.0后采用。
相應(yīng)地，高性能膠的變位承受能力δ，取對應(yīng)于其受拉應(yīng)力為0.7 f1時的伸長率。
面板設(shè)計
5.1 背部連接的石材面板
5.1.1 背栓、背槽和背卡
背部連接件形式多樣，經(jīng)過檢驗和論證后可以在工程中應(yīng)用。
背栓應(yīng)采用擴(kuò)大端部、機(jī)械嵌固的切底螺栓，直徑不應(yīng)小于6mm，材質(zhì)應(yīng)采用316不銹鋼或更高性能的不銹鋼。
背槽采用鋁合金型材為連接件，鋁合金型材的性能應(yīng)符合規(guī)范要求。背卡的材質(zhì)為0Cr17Ni12Mo2熱處理高彈性不銹鋼，厚度不小于0.5mm，長度不小35mm。
5.1.2 背部連接石材面板的計算
1.背部連接石材面板分別按四角支承面板或四點支承、周邊懸挑板計算。有較大懸挑而不考慮，只考慮中間部分計算的方法不一定安全。
2.在風(fēng)力或地震力作用下，連接件抗拉壓計算應(yīng)考慮1.25的受力不均勻系數(shù);在自重作用下，應(yīng)根據(jù)其連接構(gòu)造確定承受重力荷載的連接件個數(shù)，除考慮1.25的受力不均勻系數(shù)外，重力荷載分項系數(shù)γG應(yīng)取1.35。
背部連接件的承載力設(shè)計值按其承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以系數(shù)2.15后采用，即其總安全系數(shù)約為3.0。
5.1.3 背部連接試驗
背部連接件形式多樣，所連結(jié)的石材種類繁多，性能各異，故應(yīng)通過試驗具體確定該工程設(shè)計中所采用的承載力大小。
拉拔試驗破壞形式應(yīng)為石材破壞或連接件破斷，不允許出現(xiàn)連接件整體從石材面板中拔出的試驗結(jié)果。
5.2 玻璃面板
5.2.1 夾層中空玻璃
JGJ102目前也正在進(jìn)行修訂，更明確了夾層中空玻璃的設(shè)計方法。規(guī)定：由夾層玻璃組成的中空玻璃，可首先按規(guī)定計算夾層玻璃的等效厚度te，將夾層玻璃視為等效厚度為te的單片玻璃，按中空玻璃的計算方法分配內(nèi)外片的荷載，將分配后的荷載分別作用于內(nèi)外片玻璃，再按夾層玻璃的計算方法在夾層玻璃內(nèi)部進(jìn)行二次荷載分配，更后分別計算各片單片玻璃。
5.2.2 玻璃肋設(shè)計-
玻璃肋是全玻幕墻、透光屋面中面玻璃的支承結(jié)構(gòu)，它的可靠工作關(guān)系到安全問題。
玻璃肋下不宜采用單片鋼化玻璃，因為單片鋼化玻璃一旦自爆飛散，后果十分嚴(yán)重。玻璃肋宜采用夾層玻璃，當(dāng)玻璃肋跨度過大而無法采用夾層玻璃時，寧愿采用浮法玻璃，因為浮法玻璃開裂后不會立即飛散，有時間予以更換。點支承玻璃肋應(yīng)采用鋼化夾層玻璃，長度不夠時可采用金屬板連接。
玻璃肋位于室外時，宜采用夾層玻璃，并且要進(jìn)行垂直于玻璃肋平面的風(fēng)荷載承載力計算。
5.2.3 全玻幕墻的膠縫厚度
全玻幕墻面板和玻璃肋之間的膠縫，當(dāng)高度較大時會計算出很大的厚度，很不合理。實際上高度很大時，肋玻璃和面玻璃都吊掛在頂部，整個幕墻可以通過吊具吸收主結(jié)構(gòu)的位移，無須膠縫獨(dú)自承受這一位移。所以JGJ102-2003規(guī)范中第7.4.2條第3款關(guān)于膠縫厚度的規(guī)定在修訂中將予以取消。
5.2.4 玻璃板后面的襯板)
許多玻璃幕墻采用透明玻璃，為遮擋層間梁板或保溫材料，層間的玻璃后面往往設(shè)置襯板。由于陽光通過透明玻璃射入會使玻璃與襯板之間空間的溫度上升，造成玻璃開裂。所以應(yīng)保持襯板與玻璃間有較大的距離，或設(shè)置通風(fēng)孔洞，使熱量可以迅速排出。
5.2.5 橫框豎隱的半隱框玻璃
橫框豎隱的半隱框玻璃幕墻，當(dāng)玻璃自重完全由橫梁承受時，只要承托構(gòu)造符合明框幕墻的規(guī)定，面板的豎向結(jié)構(gòu)膠縫可以不進(jìn)行自重作用下的應(yīng)力計算。
5.3 開放式板縫
現(xiàn)在許多工程要求采用開放式板縫。開放式板縫應(yīng)符合以下要求：
背部空間應(yīng)防止積水，要采取措施使之能順暢排水;
面板背部的保溫材料應(yīng)有防水措施，可采用金屬防水襯板;
背部空間應(yīng)保持通風(fēng)，使水汽可以排出;
4.
支承結(jié)構(gòu)和連接件應(yīng)采取更有效的防腐措施;
5.石板要背面貼防墜落的玻璃纖維織物或設(shè)置粘膠層;
6. 石板宜采取六面防水處理;
7.背面襯板應(yīng)能承受相應(yīng)的風(fēng)荷載。
復(fù)合鋁板采用開放式板縫時，要防止芯材直接暴露于室外大氣中。
6.支承結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.1 冷成型薄壁型鋼的應(yīng)用
JGJ102-2003和JGJ133-2001規(guī)范中，均未對冷成型薄壁型鋼的應(yīng)用作出規(guī)定，修訂后的規(guī)范，將對冷成型薄壁型鋼作出專門的規(guī)定。
冷成型薄壁型鋼的應(yīng)用，應(yīng)遵照國家標(biāo)準(zhǔn)《冷彎薄壁型鋼技術(shù)規(guī)范》GB50018的有關(guān)規(guī)定。且用于橫梁的冷成型薄壁型鋼截面有效部分的厚度不應(yīng)小于2.0mm;用于立柱，不宜小于2.5mm，不應(yīng)小于2.0mm。由于薄壁型鋼允許受力計算時考慮部分屈曲狀態(tài)，所以其板件寬厚比限制較為寬松。
6.2 自攻螺釘在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
自攻螺釘用于鋁型材受拉連接時，鋁型材要在截面連接處局部加厚，連接處局部壁厚不應(yīng)小于螺釘?shù)墓Q直徑。受拉自攻螺釘用于鋼型材時，不要求局部加厚，但應(yīng)校核螺紋的承載能力，必要時可采用細(xì)牙螺紋。
6.3 立柱的上、下柱連接
6.3.1 一般樓層上、下柱連接
JGJ133-2001中關(guān)于上、下柱連接閉口截面應(yīng)采取400mm芯柱連接的規(guī)定是針對鋁型材立柱而言的。因為該規(guī)范于1998~2000年期間編制，當(dāng)時幕墻絕大部分都是采用閉口截面鋁型材，基本上不用鋼型材。鋁型材采用高精級和超高精級，可以做到緊密滑動配合。
2001年以后，鋼型材在幕墻中應(yīng)用越來越多，鋼型材尺寸偏差大，閉口方鋼管內(nèi)置方鋼管芯柱難以做到滑動緊密配合，因此JGJ102-2003改為可用芯柱連接?？捎眯局?，也就意味著不一定采用芯柱。修訂中的JGJ133規(guī)范也作了相應(yīng)的修改。對于立柱，芯柱不再是唯一的連結(jié)方式，只要達(dá)到鉸節(jié)點處上下柱位移一致，能承受水平剪力就可以了。
6.3.2 實體墻面上鋼立柱的上、下柱連結(jié)
在實體墻面上鋼立柱上、下柱之間如作為鉸結(jié)，也可采用型鋼、鋼板連接，只要上、下柱位移一致，連接件可以承受水平剪力。至于具體連接的形式可以多種多樣。在實體墻面上，支座可以加密，位置也可以靈活安排。因此也可以將橫梁、立柱分段設(shè)置，左右梁間、上下柱間留15mm空隙，支座布置在空隙旁邊，梁柱懸臂段很短，這時也可以留空而不加連接。留空不連接時，各梁段、柱段獨(dú)立進(jìn)行計算分析。
6.4 造型鋼框架
許多建筑立面設(shè)置外凸假柱子或其它建筑造型，有時外凸尺寸很大，這時石材面板、金屬面板的荷載要由造型鋼框架承受后，再傳給主體結(jié)構(gòu)樓面梁板或剪力墻上。這種造型鋼框架受力大，懸挑尺寸也大，所以往往由型鋼焊接成框架后，每層一個構(gòu)件再固定到主體結(jié)構(gòu)上去。這些框架允許采用焊縫連接，不要求每一個地方都采用螺栓。
6.5 幕墻鋼結(jié)構(gòu)與主體鋼結(jié)構(gòu)連接
幕墻鋼結(jié)構(gòu)與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接應(yīng)在主體鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時提出連接要求。焊轉(zhuǎn)接件，鉆螺栓孔等工序，均應(yīng)在鋼結(jié)構(gòu)加工時完成，現(xiàn)場不宜再主體結(jié)構(gòu)梁柱上焊接其它連接件。