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摘要：本文對構件（詞條“構件”由行業大百科提供）式玻璃幕墻用鋁合金橫梁在自重荷載（詞條“荷載”由行業大百科提供）作用下發生扭轉傾斜問題進行分析與研究，依據國家現行規范和標準要求，從設計、樣板、型材選用、加工方面提出了防治措施并應用于實際工程，對玻璃幕墻設計及施工提供參考和借鑒。
關鍵詞：玻璃幕墻;扭轉傾斜;構造設計;三角形特征
1.引言
玻璃幕墻是現代建筑的一種新型墻體,它賦予建筑的最大特點是將建筑美學、建筑功能、建筑節能和建筑結構等因素有機地統一起來，建筑物在不同角度呈現出不同的色調，隨陽光、月色、燈光的變化給人以動態美，玻璃幕墻是現代建筑的顯著特征。構件式玻璃幕墻是最傳統的結構形式，應用最廣泛，工作性能可靠，而橫梁扭轉傾斜的問題依然層出不窮，屢見不鮮。橫梁扭轉傾斜問題的發現往往是項目投入使用后，其整改修繕難度大、成本高、效率低。因而對橫梁扭轉傾斜的預防、研究及推廣應用顯得至關重要。本文結合實際工程案例進行分析和總結，供幕墻工程技術人員參考與探討。
2.橫梁扭轉傾斜的原因分析
2.1 幕墻分格尺寸劃分
幕墻立面的分格尺寸，是幕墻系統自重大小的最根本的原因，玻璃板（詞條“玻璃板”由行業大百科提供）塊越大，所用龍骨就越大，其整體自重就越大，對橫梁產生的偏心力也就越大，橫梁發生扭轉傾斜的概率就越大。不合理的劃分尤其是大板塊的分格劃分，對幕墻設計及施工要求較高，對橫梁的抗扭承載力是越不利。
2.2 抗扭承載力的復核
依據JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規程》6.2.6條規定：玻璃在橫梁上偏置使橫梁產生較大的扭矩時，應進行橫梁抗扭承載力計算。部分設計師未按照規范要求對橫梁的抗扭承載力進行復核，當幕墻施工完畢后，玻璃面板自重荷載、風荷載作用下，會加劇橫梁的扭轉傾斜。
2.3 施工樣板段的設置
施工樣板段設立，除了從觀感上直接了當的觀察到幕墻立面的分格比例、色彩配置、用料規格、施工工藝等，還可直觀的表現出幕墻設計中的構造是否合理，安裝工序是否得當等，通過對樣板段的研究與分析，更加可靠的落實理論數據,以保證批量安裝后的結構安全和觀感質量滿足要求，而部分項目往往容易忽略樣板段的設立，往往在批量安裝后才發現橫梁的扭轉傾斜，但為時已晚。
2.4 選用型材的合理性
當玻璃板塊較大時，盡可能選擇閉口型材，或考慮開模進行量身定制，使橫梁滿足構造要求，而多數情況下，設計師往往都會從鋁材廠家的現有模型中進行挑選，項目的獨特性會導致挑選的型材不適用在建項目，為橫梁的扭轉傾斜埋下伏筆。
2.5 橫梁與立柱（詞條“立柱”由行業大百科提供）的連接
依據JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規程》5.5.2條規定：玻璃幕墻構件連接處的連接件、焊縫、螺栓、鉚釘設計，應符合國家現行標準《鋼結構設計規范（詞條“鋼結構設計規范”由行業大百科提供）GB50017》和《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ99的有關規定。連接處的受力螺栓、鉚釘不應少于2個。而設計師在考慮橫梁與立柱連接時，往往按此要求進行配置。當橫梁跨度較大，玻璃偏置于橫梁上時使用2個螺栓，易出現橫梁扭轉傾斜。
2.6 加工誤差控制
幕墻構件加工時，構件加工圖的精度要求不明顯，驗收不嚴謹，如開孔直徑的精度、幾何尺寸、偏差等不滿足要求，從而嚴重影響安裝質量。
2.7 加工設備（詞條“設備”由行業大百科提供）老舊
幕墻施工中存在一定數量的老舊加工設備，長期不校核、不維修、不更新，其精度和效能有所下降，直接影響加工質量。
3.橫梁扭轉傾斜的防治措施——以“貴州機車文化廣場幕墻工程”為例
3.1 項目概況
該項目(圖1、圖2)是由1棟7層高不規則多邊形臨街主樓及1棟4層高矩形背街附屬用房半包圍式的建筑群組成。建筑面積約為39017.76平方米;建筑幕墻工程量合計約28000 ㎡，建筑幕墻工程主要為構件式玻璃幕墻、鋁合金裝飾格柵（詞條“格柵”由行業大百科提供）、鋁板幕墻、鋁板雨棚等組成。幕墻最大標高（詞條“標高”由行業大百科提供）：40.00米。該項目建筑結構類型為框架式剪力墻結構，基本風壓（詞條“基本風壓”由行業大百科提供）為0.3KN/㎡，基本雪壓為0.20KN/㎡;地面粗糙度類別為B類。抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，建筑抗震設防類別為標準設防(丙)類。結構的設計使用年限為50年，幕墻設計使用年限為25年。風壓重現期按50年一遇考慮，幕墻設計時考慮幕墻自重、風荷載、地震作用下的最不利組合以及組合系數。
3.2 玻璃幕墻系統
本工程玻璃幕墻系統主要為構件式全明框玻璃幕墻系統，采用大板塊玻璃與開啟位置小板塊玻璃相結合，保證立面美觀且自然通風功能相結合，依據《建筑門窗幕培用鋼化玻璃》JG/T455-2014和《建筑玻璃應用技術規程》JGJ113-2015對鋼化玻璃最大面積的要求進行玻璃配置，分別配置了12+12a+12mm、8+12a+8mm、6+12a+6mm雙鋼化中空玻璃，幕墻玻璃板塊最大尺寸為2200mm×3100mm，其標準立面分格圖見圖3，豎剖節點詳圖見圖4。
3.3 橫梁扭轉傾斜的預防措施
基于上述提出橫梁扭轉傾斜的原因分析，依據本項目的特征具有針對性地提出相應的預防措施。
3.3.1 幕墻分格尺寸劃分
本項目在方案設計階段，經各參見單位多輪溝通后，最終確定外立面水平向玻璃板塊分格施工圖深化按照2200m+1025mm+1025mm+2200mm+1025mm+1025mm……，固定玻璃位置垂直向玻璃板塊分格規律為800mm+3100mm+800mm+3100mm……，可開啟位置垂直向玻璃板塊分格規律為800mm+1100mm+1200mm+800mm+800mm+1100mm+1200mm+800mm+800mm……的規律進行分格劃分，如圖3所示。玻璃最大板塊為2200mm+3100mm，玻璃配置為12(Low-E)+12A+12mm厚雙鋼化中空（詞條“中空”由行業大百科提供）Low-E玻璃(如圖3、圖4所示)，其單片面積為6.82平方米，按1.0mm厚玻璃每平方米自重為2.56KG計算，該玻璃單塊自重為(12+12mm)×2.56mm/KG×6.82㎡≈420KG,該玻璃板塊重量遠超常規用玻璃重量，其自重對幕墻橫梁的強度、撓度、抗剪強度（詞條“抗剪強度”由行業大百科提供）要求較高，在強度、撓度方面我們通過鋼鋁結合方式進行加強,基于玻璃板塊自重大且偏置于橫梁上，我們依據規范要求進行了抗扭承載力的復核，并設立了施工樣板段。
3.3.2 抗扭承載力的復核
本項目為全明框玻璃幕墻，玻璃面板（詞條“面板”由行業大百科提供）置于橫梁前端，鋁合金橫梁最大跨度約為2200mm，依據JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規程》6.2.6條規定：玻璃在橫梁上偏置使橫梁產生較大的扭矩時，應進行橫梁抗扭承載力計算，因此我們將橫梁構造進行了重新設計，將橫梁構造設計成為多腔體橫梁，重新設計橫梁構造模型(如圖5)，并對其抗扭承載力進行驗算，校核依據：τmax≤85MPa (型材的抗剪強度設計值)詳細計算書如下：
在玻璃幕墻的樣品、顏色選擇以及樣板段視覺樣式對比與確認階段(圖5)，為了校驗設計階段數據、分格樣式是否準確，我們在安裝主龍骨的同時，按照常規的鋁合金玻璃幕墻開口橫梁(如圖7)的安裝方式采購了部分鋁合金橫梁進行試裝，以檢驗推測數據是否準確，為改進橫梁構造、安裝工藝等提供參考數據，在樣板段玻璃面板安裝完成后，現場查驗發現橫梁出現了一定程度的扭轉現象，最大的扭轉傾斜約3mm(圖6)，其觀感質量和結構安全存在一定隱患。
3.3.4 選料開模，明確為本項目開具專屬型材模型，量身定制。
由樣板段數據可以得出常規構件式開口橫梁構造不適用，而通過抗扭承載力復核設計的模型力學性能滿足要求，明確該型材構造設計有效合理，確定橫梁型材模型如圖5，交付廠家開模生產。
3.3.5 增加橫梁與立柱的連接螺栓數量，重塑螺栓排列布局方式
橫梁與立柱的連接通過M6不銹鋼對穿螺栓和鋁合金角鋁進行連接，鋁合金角鋁與立柱的連接開孔直徑控制尺寸為6.5mm，樣板拆除后進行檢查復核，孔徑普遍偏大，在6.8mm至7.2mm之間，且立柱兩側孔位有1mm的誤差;角鋁與橫梁間存在0.2mm至0.5mm的安裝間隙，橫梁與立柱連接時，角鋁已呈現一定角度的扭轉，立柱、角鋁的開孔誤差累積后導致橫梁的扭轉傾斜變得更大更明顯。立柱與角碼開孔時，室外側開孔時孔徑中心點向上偏移3mm(如圖11)，通過抬高室外側中心點位置消化誤差尺寸，使橫梁在發生扭轉后扭轉角度在允許范圍，不影響觀感質量和結構受力。
3.3.7 加工設備的須滿足精度要求
JGJ103-2003《玻璃幕墻工程技術規范》中 9.1.2條規定：加工幕墻構件所采用的設備、機具應滿足幕墻構件加工精度要求，其量具應定期進行計量認證。幕墻施工中存在一定數量的老舊加工設備，其精度和效能均有下降，因此對老舊設備進行了檢查、維修、校核和更新,以保證設備加工進度符合設計要求，減少因設備老舊帶來的加工誤差導致的加工質量低下不滿足設計要求等。
4.結束語
通過設計校驗復核，施工樣板段的設立和評價研究，從理論上進行有效預防和改進，實現了設計先行，樣板段校驗糾偏，到施工中的質量控制過程，大大減少和規避了橫梁在重力作用下發生扭轉傾斜的概率。本文就類似項目的橫梁扭轉現象從設計之初、樣板段糾偏反饋、施工過程的質量控制提供了參考數據，供幕墻從業人員借鑒與研究，如有不當之處和錯誤，還請批評指正。
參考文獻：
[1] 中華人民共和國建設部.玻璃幕墻工程技術規范:JGJ103-2003[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.
[2] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑結構荷載規范:GB5009-2022[S].北京：中國建筑工業出版社，2022.
作者單位：貴州君望建筑科技集團有限公司
