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玻璃幕墙工程技术规范理解与应用概论样本.doc
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1、玻璃幕墙工程技术规范了解和应用张 芹 编写第一章 概 论 第一节 规范修订历史背景 二十一世纪开始,中国幕墙行业进入到一个新发展阶段从世界幕墙生产(使用)大国,向世界幕墙技术强国发展新阶段。中国建筑幕墙工业从1978年开始起步,经过20多年发展,尤其是90年代高速发展,到二十一世纪初,中国已成世界第一幕墙生产大国和世界第一幕墙使用大国。中国生产(使用)了约950万m2 建筑幕墙(其中点式玻璃幕墙约80万m2),当年幕墙产量(使用量)占全世界1400万m22/3左右,到底止中国共安装了约6000万m2建筑幕墙,占世界总量11000万m2二分之一以上。现在中国幕墙生产企业已能为多种不一样建筑,提供
2、所需多种类型幕墙,中国企业在中国市场中占有8085%左右份额,境外企业(含港、澳、台企业)占有不到20%市场份额。伴随北京申奥、上海申博成功,中国建筑幕墙会从现在平缓增加阶段进入新一轮增加,即从199957%年增加率,上升到二位数(1115%)年增加率。除了奥运(世博)场馆(展馆)及配套生活设施有很大一部份要采取建筑幕墙外,申奥、申博成功将带动经济全方面发展,申奥、申博成功不仅给北京、上海带来大发展机遇,而且会带动环渤海经济圈和长江三角洲经济圈发展。这两个经济圈有30个以上城市也会对应进入发展新阶段,这些城市将兴建一大批高层建筑和公共建筑(展览中心、大剧院、旅店、商场),同时,珠江三角洲经济圈
3、、开发大西北、振兴东北,一批城市将兴建高层建筑和公共建筑,而这些建筑全部会大量使用建筑幕墙。上海已渡过公共(办公)建筑房地产发展低谷,进入新一轮发展,上海在90年代兴建了一大批公共(办公)建筑,90年代后期开始放慢发展速度,因为这些高楼出售(租)不能在完工后全部售(租)完,而有一定百分比空置,到上海高层建筑出售(租)率已超出80%,依据房地产发展规律,当出售(租)率达成80%时,就是新一轮发展开始,因为建筑有一定周期,等到已建房产全部售(租)完后开始开工,就会衔接不上。这么预期建筑幕墙年增加率将逐步增加到15%左右,十五期间建筑幕墙用量估计以下表: 表1-1 万m2年份合 计玻璃幕墙石 材 幕
4、 墙其它小 计隐 框点 式75050035050402108005503807060190950650400808022010507004001001002501150730450110120300依据建筑幕墙发展二十多年历史经验,当建筑幕墙某一项技术得到突破,对一些品种幕墙将产生重大影响,甚至是关键性影响,比如硅酮结构胶技术突破,使隐框玻璃幕墙突飞猛进发展,从19921997年,中国隐框玻璃幕墙年增加率平均达35%。世界建筑幕墙发展历史告诉我们,新式幕墙全部是由建筑师创意,幕墙工程师最终实现,建筑师们要站在建筑幕墙发展时尚前列,领导这个时尚健康发展。多年来,中国建筑师创意设计了很多新型幕墙,
5、如北京植物园温室,深圳市民中心平行弦网采光顶,上海科技馆卵形大厅,由东南大学高民权教授创意南京新街口地下商场锥形玻璃采光顶和张拉膜雨蓬组合,巧妙将点支式玻璃结构和张拉膜组合发明了新结构体系,令人耳目一新。 世界上关键幕墙企业全部在中国承包了工程,建成了若干有影响工程,中国成了世界幕墙博览会。国外承包工程,部份是以中外合作方法进行,这么就为我们了解世界幕墙技术新发展,不出国门就能学习国外幕墙技术发明了条件。在建筑幕墙大发展同时,相关产业如玻璃、硅酮密封胶、铝合金建筑型材等也同时发展,不仅在数量上满足了幕墙需要(即建筑幕墙大部份材料由中国生产、提供,仅小部份进口),而且这些行业产品质量也和世界优异
6、水平相近,有些甚至超出了世界优异水平,这就为建筑幕墙发展提供了坚实基础。幕墙即使是由国外开发传到中国,因为中国生产和使用了如此大数量幕墙,在生产、使用中积累了丰富经验,在建造这些幕墙时进行了几千次物理性能试验和抗震试验,揭示了建筑幕墙内在规律,如此巨大市场使大家看出了中国发展幕墙技术学术价值和市场价值,同时也因存在巨大市场,从政府、学校到企业全部筹集资金投入幕墙技术开发和研究,并在开发研究中取得了丰硕结果,在一些领域对世界幕墙技术发展作出了新贡献。在生产经验和科学试验基础上,发扬中国已形成产、学、研协同配合作战传统,除了幕墙生产企业、专业试验机构(检测中心)对生产、试验进行总结外,全国很多科研
7、院所、高校(含所属研究所)对建筑幕墙进行了多学科研究,将上述生产经验、试验结果上升为科学理论,提出一大批研究汇报,开发出一大批新技术、新检测方法、新工艺和新理论和设计原理。同济大学结构学院颜德恒教授依据上海气象台风速仪纪录分析结果,提出了阵风系数随不一样粗糙度地域、不一样高度改变原理,并应用到上海市标准,现在GB50009也按这一原理要求了阵风系数。颜教授还和她硕士马锦明、马彩霞在世界上率优异行隐框玻璃幕墙抗震性能振动台试验,华南建设学院西院抗震研究中心徐忠根博士、中国建筑科学院王明贵博士前后进行了石材幕墙抗震性能振动台试验,这些试验揭示了模拟地震试验中建筑幕墙反应机理,证实了只要结构设计合理
8、,脆性材料面板幕墙也可含有良好抗震性能,为大规模建造隐框玻璃幕墙和石材幕墙奠定了理论基础,并据此编出了世界上第一个国家标准建筑幕墙抗震性能振动台试验方法(GB/T18575)。中国建筑科学院赵西安教授提出板材“沿四面围缘为简支边,中肋支承线为固定边”标准,为正确划分板区格支承条件奠定了基础。郑金峰教授和中国建筑科学院林若慈高工依据光学原理研究结果编制玻璃幕墙光学性能(GB/T18091),深入剖析了玻璃幕墙光影响及相关光学性能指标和技术要求,澄清了相关光污染种种非议,使玻璃幕墙健康发展。李子毅教授和厦门市建委甘南山高级工程师对玻璃幕墙在厦门市9914号台风中受损情况全方面调查、分析,使大家对玻
9、璃幕墙安全、可靠性有了更明确认识。上海金茂大厦建设过程中碰到风荷载强度和其沿高度分布要比中国当初规范要求小、型材壁厚小于当初规范要求问题,这两个问题全部由中国教授论证、试验顺利处理,这对于中国工程设计走出国门很关键。清华大学李少甫教授领导“建筑玻璃和金属结构研究所”在点支式幕墙理论研究和计算机软件开发上做出了重大贡献(比如提出“对一个确定结构,其预应力施加有一个可行范围,即确保结构受力索拉力小于其许可最大拉力,平衡索拉力仍大于零而不松驰”原理,对拉索幕墙设计有重大指导作用)。中国已开发出多个建筑幕墙设计、计算软件,并在大部分幕墙企业推广使用,初步实现了建筑幕墙和采光顶设计、计算电脑化。中国在幕
10、墙技术开发上有了新进展,在深入说明“雨幕原理”(在外壁消除渗漏三要素中作用要素,达成水淋不到内壁,而使内壁消除渗漏三要素中水要素,达成不渗漏或少渗漏)基础上,开发出超高性能单元式幕墙(水密性2500Pa),新开发含有三向转角微调功效、幕墙连接构件一侧固定定位、一侧活动并复位单元式幕墙连接装置,使单元式幕墙在吊装、固定过程中能顺畅就位,避免了单元式幕墙在吊装过程中受损。在二十多年幕墙发展过程中,中国自行培养一大批幕墙技术人才,这支人才队伍以博士、硕士为骨干,她们不仅成功设计了很多大型工程幕墙,同时在幕墙试验和理论研究领域有很多重大结果,这支上千人队伍分布在幕墙生产企业、专业试验机构(检测中心)、
11、高等院校、科研院所,她们是中国幕墙技术骨干力量。中国已建起了幕墙技术人才培养机制,自行编写了多种类型幕墙(隐框玻璃幕墙,金属和石材幕墙,单元式幕墙,点式幕墙等)系统教材,伴随幕墙技术发展,不停对幕墙技术人员进行培训和再教育,提升她们技术素质,正因为有了这么人才培训机制,极大促进了幕墙行业健康发展。中国建筑幕墙发展成就和发展需要,对规范进行提出了修订要求,也为修订规范准备了条件。 第二节 规范修订关键内容:(1)规范适用范围。JGJ102-规范要求规范适适用于非抗震设计和抗震设防烈度为6、7、8度抗震设防地域民用建筑玻璃幕墙设计、制作、安装施工、验收及维修保养。规范适用范围未包含工业建筑玻璃幕墙
12、,关键考虑到工业建筑范围很广,往往有不一样于民用建筑特殊要求,如可能存在腐蚀、辐射、高温、高湿、振动、爆炸等特殊条件,本规范难以全部涵盖。当然,通常见途工业建筑,其玻璃幕墙设计、制作等可参考本规范相关要求;有尤其要求,应专门研究处理,采取对应方法。设防烈度为9度建筑物,尚无采取玻璃幕墙可靠经验,而且9度时地震作用很大,主体结构变形很大,甚至破坏可能比较严重,而现在玻璃幕墙设计、制作、安装水平难以确保幕墙在9度抗震设防时达成规范第1.0.3条要求,所以规范未将9度设防地域列入适用范围。对因特殊需要,不得不在9度抗震设防区使用玻璃幕墙工程,应专门采取更有效抗震方法。 JGJ102-规范取消了玻璃幕
13、墙适用高度限制,同时增加了玻璃幕墙高度大于200m或体型、风荷载环境复 杂时,宜进行风洞试验确定风荷载;原规范JGJ102-96房屋高度适用范围是不超出150m,此次修订取消了规范适用范围,关键原因是:A 编制规范96版本时,超出150m玻璃幕墙工程不多,经验还比较少;1996-间,中国超出150m玻璃幕墙工程快速增加,积累了丰富工程经验,为本规范扩展其应用范围提供了技术依据和工程经验。另外,本规范扩大应用范围也跟主体结构适用最大高度调整相关,行业标准高层建筑混凝土结构技术规程JGJ3-中增加了B级高度高层建筑相关要求,使房屋最大适用高度有较大提升,非抗震设计时最高已达300m。B 玻璃幕墙本
14、身质量较轻,按现在地震作用计算方法,其地震作用效应很有限,且地震作用大小和幕墙高度无直接关系。经验表明,玻璃幕墙设计关键取决于风荷载作用,对于体形复杂幕墙工程或房屋高度较高(比如超出200m)幕墙工程应确保风荷载作用下可靠性。规范第5.3.4条已经有相关要求和要求。C 在确保重力、风荷载、地震作用计算合理,而且幕墙构件承载力和变形能符合规范相关要求前提下,高度是否超出150m并不是关键控制原因。D 国外相关标准通常也没有最大适用高度限制。 (2)依据新建筑结构荷载规范和建筑抗震设计规范,修订了玻璃幕墙风荷载计算、地震作用计算、作用效应组合等内容;(3)取消了相关温度作用效应计算内容;A幕墙玻璃
15、热炸裂是因为玻璃不一样部位温度不均匀,玻璃暴露在阳光直射部份吸收红外线和可见光转化为热量,温度升高,这一部分玻璃受热膨胀(升长),而处于镶嵌槽或阴影下那-部分玻璃因受不到阳光辐射,不能同时膨胀(升长),内部热应力形成,受热多区域对受热少区域产生张应力,这种张应力超出玻璃抗拉强度就会造成玻璃破裂。在玻璃边缘存在微小裂纹情况下更易引发烧炸裂。JGJ96-102式5.4.4给出了了验算玻璃中部和边缘温差应力t2计算公式: t2=0.74E1234(Tc-Ts),但规范修订时取消了该公式(该公式引自JASS14-85,JASS14=96已取消该公式),这并不是不再要求考虑热裂应力,而是因为该公式本身不
16、够成熟,按该公式计算结果不能真实反应热裂应力本质,会造成对热裂应力误解,必需对热裂应力发生和发展进行深入研究,待成熟后再列出计算公式,在没有计算公式情况下,要采取必需结构方法来预防热炸裂。 B玻璃在温度改变影响下会热胀冷缩,玻璃线胀系数为110-5,一块边长1500mm玻璃,当温度升高800c时会伸长1 .2mm。假如在安装玻璃时,玻璃和镶嵌槽底紧密接触,一旦伸长就会产生挤压应力,这种应力很大,t=ET 。当T=800C时,t=110-50.7210580=57.6Nmm2,大于浮法玻璃强度标准值,所以在设计玻璃幕墙节点时,应使玻璃边缘和镶嵌槽底板间留有配合间隙,预防玻璃产生挤压应力。JGJ1
17、02-96式5.4.3给出在年温度改变影响下,玻璃边缘和边框之间发生挤压时,在玻璃中产生挤压温度应力t1计算公式: t1=Et(2c-de)/b。在规范修订时已将此公式删除(该公式引自JASS14-85,JASS14=96已删除该公式),关键是该公式对挤压温度应力描述不符合温度挤压应力规律,即温度挤压应力不会随t(2c-de)/b改变,但并不是说规范否定了温度挤压应力,而是要求在结构上采取方法,务必使玻璃不产生挤压应力。(4)玻璃面板应力和挠度计算中,考虑了几何非线性影响,对按弹性小变形理论计算结果进行了修正; (5)增加了中空玻璃和夹层玻璃面板计算方法和相关要求;(6)增加了单元式幕墙设计、
18、加工制作、安装施工相关要求;(7)增加了点支承玻璃幕墙设计、制作、安装等要求;(8)依据荷载和作用效应组合情况,对正常使用状态下玻璃幕墙构件变形验算和变形控制条件进行了修改、调整,更符合工程实际要求;(9)修改、增加了玻璃幕墙设计、安装、使用等步骤相关安全要求;(10)修改、调整了玻璃幕墙相关结构设计要求。玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-对幕墙分类作了要求,玻璃幕墙是建筑幕墙一个形式.依据幕墙面板材料不一样,建筑幕墙通常可分为玻璃幕墙、金属幕墙(不锈钢、铝合金等)、石材幕墙等。实际应用上,尤其是大型工程项目中,往往采取组合幕墙,即在同一工程中同时采取玻璃、金属板材、石材等作为幕墙面板,形成愈
19、加灵活多变建筑立面形式和效果,玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-适适用于采取玻璃面板建筑幕墙。幕墙分类方法较多,而且不完全统一,玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-根据下列方法分类:A.依据幕墙玻璃面板支承形式可分为框支承幕墙、全玻幕墙和点支承幕墙。框支承幕墙面板由横梁和立柱组成框架支承,面板为周围支承板;立面表现形式能够是明框、隐框和半隐框。全玻幕墙面板和支承结构全部为玻璃,玻璃面板通常为对边支承单向板(整肋)或点支承面板(金属连接玻璃肋)。点支承幕墙特点是支承面板方法是点而不是线,通常应用较多为四点支承,也有六点支承、三点支承等其它方法;面板承受荷载和地震作用,经过点支承装置传输给其后面支承
20、结构(常为钢结构,也有玻璃肋),支承结构将面板受到作用传输到主体结构上。B.依据框支承幕墙安装方法可分为构件式和单元式两大类。构件式幕墙面板、支承面板框架构件(横梁、立柱)等均在工程现场次序安装;单元式幕墙通常在工厂将面板、横梁和立柱组装为多种形式幕墙单元,以单元组件形式在工程现场安装为整体幕墙。C.依据幕墙本身平面和水平面夹角大小可分为垂直玻璃幕墙、斜玻璃幕墙和玻璃采光顶等。这种划分并无严格标准。依据和现行行业标准建筑玻璃应用技术规程JGJ113协调意见,玻璃幕墙工程技术规范应用范围关键是垂直玻璃幕墙和水平面夹角在75度和90度之间斜玻璃幕墙。水平面夹角在0度和75度之间多种玻璃幕墙(包含通
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