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高之上、跨越樓面標高或在樓面標高之下?？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?，F(xiàn)在有些地方標準和文件籠統(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)范標準，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：
石材要有足夠的強度，花崗石類型的面板(GXXXX)其彎曲強度試驗平均值不應(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樹脂層?？箯潖姸仍囼炂骄档陀? 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)對鋼連接件進行焊接作業(yè)。但是，如果不是進行連接焊縫施焊，而僅僅是對螺帽下的墊板進行間斷、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)按其極限承載力標準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 高強硅酮結(jié)構(gòu)膠的強度設(shè)計值
國家標準《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》GB16776中，結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)抗拉強度定為0.6N/mm2，因此在風(fēng)荷載和地震作用下，其強度設(shè)計值f1取為0.2N/mm2;在永久荷載作用下，其強度設(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)拉伸強度可以達到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)拉伸強度標準值除以系數(shù)3.0后采用;f2可按其粘結(jié)拉伸強度標準值除以系數(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)采用擴大端部、機械嵌固的切底螺栓，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)計值按其承載力標準值除以系數(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)遵照國家標準《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。可用芯柱，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、柱段獨立進行計算分析。
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。