建筑幕墻抗震構造設計

王 寶 閉思廉

一、幕墻抗震構造措施

玻璃幕墻的抗震設計需考慮對幕墻本身設防和對幕墻所依附的建筑物主框架的變形限制。幕墻本身設防要求采用在設防烈度地震作用及其組合荷載作用下的面板不破損和幕墻框格桿件無殘余變形。幕墻應依據所依附的建筑物主框架在幕墻平面內的變形確定幕墻的變形承載能力加以限制。抗震設防采用三個水準與二階段設計，第二水準烈度地震作用是第一水準地震烈度的3倍。近似地，把在眾值烈度地震作用下采用彈性方法計算的樓層層間位移與層高之比折算成第二水準彈塑性位移，就得到了與幕墻平面內變形臨界值的對應值。以上分析表明，對幕墻平面內變形性能的要求與建筑結構類型有關，即要根據結構類型選用具有不同平面內變形性能的幕墻。

幕墻自身其結構上采用的各種位移、伸縮、變位能力的處理措施 （如幕墻立柱層間伸縮縫、立柱與橫粱間伸縮縫、板塊間縫隙控制填膠、玻璃的結構膠粘接、玻璃卡槽內間隙控制、膠墊軟接觸等等），使得幕墻構件不承擔因地震使建筑主體結構產生變位而對它產生荷載 （各種彎曲、拉伸、擠壓等應力），從而保持了幕墻自身結構的完整和安全以及作為建筑外墻圍護可靠功能。

1.不同幕墻體系的構造要求

（1）鋁合金玻璃幕墻的抗震能力主要取決于它所依附的建筑主框架的抗震能力和自身的抗震構造。這樣就需要對鋁合金玻璃幕墻和幕墻所依附的建筑物兩個方面都提出具體設防要求，即當鋁合金玻璃幕墻所依附的建筑物遭受低于本地區設防烈度的多遇地震影響時，普通型幕墻與幕墻平面平行和垂直兩個方向的主框架及隱框幕墻與幕墻平面垂直方向的主框架樓層內最大彈性層間位移角控制值可按下表的規定執行。

注：1）表中彈性層間位移角=Δ/h，Δ為最大彈性層間位移量，h為層高。

2）線性插值系指建筑高度在150m～250m間，層間位移角取1/800（1/1000）與1/500線性插值。

在罕遇地震作用下結構薄弱層應進行彈塑變形驗算。在抗震設計時，幕墻的抗震能力指標值應不小于主體結構彈性層間位移角控制值的3倍。特別要注意的是建筑結構為多、高層鋼結構時，幕墻的抗震能力是非鋼結構建筑幕墻的2倍以上，以適應鋼結構的柔性變動能力。

（2）明框、半隱框幕墻的玻璃邊緣至邊框槽底的間隙必須采用彈性材料填塞。

隱框、半隱框幕墻板塊間膠縫寬度應適當控制，應不小于12mm，并以彈性材料填塞，即內填泡沫棒外注硅酮耐候密封膠。

（3）石材幕墻，石材面板一般采用插件和掛件連接，為防止插件 （掛勾）從插槽 （掛槽）中脫出，GB/T21086《建筑幕墻》中石材面板掛裝系統安裝允許偏差對掛勾與掛槽搭接深度偏差、插件與插槽搭接深度偏差作了規定。

對于普通短槽掛件石材幕墻合理地使用掛件槽彈性類填膠，可實現良好的抗震性能。

對于背栓式石材 (采用雙切面背栓連接)具有良好抗震性能，但要嚴格控制孔徑偏差不超過0.5mm，且孔深要大于15mm。

（4）金屬幕墻，由于面板不屬于脆性材料，一般變形不會破壞。相對比玻璃幕墻有較好抗震性能。

（5）鋼結構雨篷由于采用鋼龍骨，一般為獨立系統，計算單獨考慮地震作用，也具有較好的抗震能力。

（6）點支承玻璃幕墻，由于支承頭連接都能適應玻璃面板在支承點處的轉動變形；支承頭的鋼材與玻璃之間應設置彈性材料的襯墊或襯套，襯墊和襯套的厚度不宜小于1mm，因此也具有較好抗震性能。

（7）全玻幕墻抗震性能較差，因此要求全玻璃幕墻的周邊收口槽壁與玻璃面板或玻璃肋的空隙均不宜小于8mm，而且板面不得與其他剛性材料直接接觸，板面與裝修面或結構面的空隙不應小于8mm，且應采用密封膠密封。下端支承式全玻璃幕墻 (落地玻璃)易被主體結構墻體變形擠壞，按規范要求玻璃高度超限的全玻幕墻應懸掛在主體結構上 (即吊掛玻璃)。

（8）單元式幕墻，一般為插接型，單元部件之間應有一定的搭接長度，豎向搭接長度不應小于10mm，橫向搭接長度不應小于15mm。因此具有良好的抗震性能。

2.幕墻不同連接部位的構造要求

（1）立柱與橫梁之間的連接

立柱與橫梁連接可通過角碼、螺釘或螺栓連接。角碼應能承受橫粱的剪力，其厚度不應小于3mm；角碼與立柱之間的連接螺釘或螺栓應滿足抗剪和抗扭承載力要求。

立柱與橫梁之間應有1～2mm的間隙，橫梁兩端應涂密封膠或用柔性墊片隔離。

（2）立柱與立柱之間伸縮縫

上、下立柱之間應留有不小于15mm的縫隙，閉口型材可采用長度不小于250mm的芯柱連接，套筒伸入鋁合金立柱內不應小于100mm；芯柱與立柱應緊密配合，其配合間隙應控制在0.5mm～1mm之間。芯柱與上柱或下柱之間應采用機械連接方法加以固定。開口型材上柱與下柱之間可采用等強型材機械連接。

（3）與主體連接

幕墻主桿件一般采用懸掛形式，與主體必須連接牢固，一般采用螺栓連接。立柱與主體結構之間每個受力連接部位的連接螺栓不應少于2個，且連接螺栓直徑不宜小于10mm。加工鋁合金立柱與結構連接的螺栓孔時，立柱孔直徑要比螺栓直徑大1mm。

立柱與連接件之間應采用墊片隔離。鋁合金立柱與結構連接角鋼之間必須采用彈性墊片 (如尼龍等)且墊片厚度≥2mm。

玻璃幕墻構架與主體結構采用后加固錨栓連接時，對于后補錨栓應符合下列規定：

①產品應有出廠合格證；②碳素鋼錨栓應經過防腐處理；③應進行承載力現場試驗，必要時應進行極限拉拔試驗；④每個連接點不應少于2個錨栓；⑤錨栓直徑應通過承載力計算確定，并不應小于10MM；⑥不宜在與化學錨栓接觸的連接件上進行焊接操作；⑦錨栓承載力設計值不應大于其極限承載力的50%。

另外，后補錨栓采用后切式膨脹螺栓，抗震性能也較好。

（4）變形縫處理

地震時建筑物主框架變形縫處主框架變位是必然的 （主框架變形縫大小由主體結構決定），對于幕墻要正確處理主框架變形縫部位幕墻的構造。在建筑物主框架變形縫處的幕墻采用可伸縮構造（如采用風琴板構造等），使變形縫處兩側面板分屬不同兩個獨立的單元。

變形縫抗震作用大，門窗幕墻應重視變形縫節點設計。按照建筑抗震設計規范要求，設計變形縫時起碼龍骨間的距離要和土建變形縫大小一致，滿足第三水準要求；易擠壓破碎掉落的面板間距離可以根據第二水準計算確定；中間過渡材料可采用彈性材料 (比如橡膠)或采用較薄的金屬板材，最好可以水平滑動。

3.幕墻龍骨系統對抗震性能的影響

一般鋼結構支撐系統抗震性能較好。

二、結束語

面對近年頻發的地震災害，建筑結構安全越發引起高度重視，幕墻作為建筑物的外圍護結構，其安全性更不容忽視，我們一定要貫徹國家抗震規范，做好幕墻抗震設計，確保其完整和安全的使用功能。

[1]《建筑抗震設計規范》GB50011一2001(2008年版)

[2]《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223一2008

[3]《玻璃幕墻工程技術規范》（JGJ l02一2003）