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提要：這幾年，幕墻設(shè)計中出現(xiàn)了一些新問題，有些是標(biāo)準(zhǔn)中沒解釋清楚的，有些是還需要進一步探討的，本文提出個人對這些問題的理解和觀點，供幕墻業(yè)內(nèi)人士參考。
關(guān)鍵詞：幕墻設(shè)計，問題探討
1 前言
隨著幕墻技術(shù)的不斷發(fā)展，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的不斷完善，在幕墻設(shè)計過程中，也常常會遇到一些新問題，這些問題中，有些可能是相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中沒有解釋清楚，有些還需要進一步探討和研究，這些新問題主要以下：
1. 不銹鋼與碳鋼或低合金鋼（詞條“低合金鋼”由行業(yè)大百科提供）的焊接
2. 夏熱冬暖地區(qū)傳熱系數(shù)K值要求
3. 幕墻防火構(gòu)件隔熱性要求
4. 按荷載規(guī)范計算值與風(fēng)洞試驗值的比對
5. 玻璃幕墻面板耐撞擊性能檢測
6. 強度提高的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠（詞條“硅酮結(jié)構(gòu)密封膠”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)用探討
類似的新問題還比較多，本文就不一一列舉，下面分別對以上這幾個新問題提出個人的見解，供業(yè)內(nèi)人員參考。
2 不銹鋼與碳鋼或低合金（詞條“合金”由行業(yè)大百科提供）鋼焊接
幕墻設(shè)計中經(jīng)常會遇到不銹鋼需與碳鋼或低合金鋼的焊接問題，比如不銹鋼玻璃欄桿系統(tǒng)的立柱能否與碳鋼預(yù)埋件焊接、幕墻配件或附件中局部異種鋼焊接等等，有人認(rèn)為不能焊接，依據(jù)是國家全文強制標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55006-2021中第4.3.3條“不銹鋼構(gòu)件不應(yīng)與碳素鋼及低合金鋼構(gòu)件進行焊接”。個人認(rèn)為不妥，主要有以下原因：
1. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中所涉及的構(gòu)件通常需承受的荷載很大、跨度也很大，直接關(guān)系到主體結(jié)構(gòu)的安全;而幕墻設(shè)計中的構(gòu)件一般荷載較小、跨度不大，比如陽臺欄桿立柱等;
2. 幕墻設(shè)計中不銹鋼構(gòu)件與碳鋼構(gòu)件的焊接一般屬于小受力構(gòu)件，在滿足設(shè)計要求的前提下，現(xiàn)有焊接工藝完全能夠滿足異種鋼材間的焊縫強度受力要求;
3. 幾十年來幕墻工程一直都在采用不銹鋼與碳鋼直接焊接的工藝。
所以，將鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范一刀切的套用到幕墻小構(gòu)件的設(shè)計中不合理。作為受力荷載較小的幕墻構(gòu)件時，不銹鋼與碳鋼等異種鋼材可進行焊接，但應(yīng)采用不銹鋼焊條，常用的焊條（詞條“焊條”由行業(yè)大百科提供）如A302、A312等能夠滿足幕墻結(jié)構(gòu)計算要求，當(dāng)然，采用幕墻構(gòu)件作為結(jié)構(gòu)主體受力構(gòu)件(即幕墻結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計時)時應(yīng)嚴(yán)格按GB 55006的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
3 夏熱冬暖地區(qū)傳熱系數(shù)K值要求
國家全文強制標(biāo)準(zhǔn)《建筑節(jié)能與可再生能源（詞條“可再生能源”由行業(yè)大百科提供）利用通用規(guī)范》GB55015-2021表3.1.10-5規(guī)定了夏熱冬暖地區(qū)的傳熱系數(shù)和太陽得熱系數(shù)，具體見表1。
從表1可以看出，當(dāng)窗墻面積比大于0.3時，傳熱系數(shù)不應(yīng)大于2.5W/m2·K，太陽得熱系數(shù)應(yīng)小于0.35/0.40，其中傳導(dǎo)和對流部分傳遞的熱量是通過傳熱系數(shù)實現(xiàn)的，而太陽輻射傳遞的熱量是通過太陽得熱系數(shù)實現(xiàn)的。根據(jù)幕墻節(jié)能計算軟件結(jié)果可以得出，未采取隔熱措施的鋁合金型材幕墻的傳熱系數(shù)一般大于2.8W/m2·K，所以，只能采用鋁合金隔熱型材才能滿足節(jié)能計算要求，有些幕墻工程甚至采用三玻兩腔三銀的暖邊中空玻璃，但實際上，夏熱冬暖地區(qū)并不應(yīng)該重點考慮傳熱系數(shù)。
根據(jù)玻璃傳遞熱量的簡化計算公式(以深圳地區(qū)為例)
從上述計算公式中可以看出，透過玻璃傳遞的熱量中，傳導(dǎo)部分傳遞的熱量為22W/m2，太陽輻射部分傳遞的熱量為260W/m2，即玻璃傳熱系數(shù)K值在透過玻璃的總傳遞熱量中僅占不到8%，太陽輻射傳遞的熱量占92%，所以，深圳地區(qū)的節(jié)能設(shè)計應(yīng)重點控制太陽輻射產(chǎn)生的熱量，而不是去控制玻璃的傳熱系數(shù)，如盡可能降低玻璃的遮陽系數(shù)（詞條“遮陽系數(shù)”由行業(yè)大百科提供）或太陽得熱系數(shù)、采用外遮陽系統(tǒng)更佳的遮陽效果等，當(dāng)然，一味地降低幕墻綜合遮陽系數(shù)，導(dǎo)致增加室內(nèi)采光用電，又反而不利于節(jié)能了。
另外，采用超級節(jié)能玻璃配置的幕墻工程往往是為了綠色三星，國標(biāo)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2019表3.2.8規(guī)定三星綠色建筑（詞條“綠色建筑”由行業(yè)大百科提供）圍護結(jié)構(gòu)的熱工（詞條“熱工”由行業(yè)大百科提供）性能應(yīng)提高20%，這個要求被許多設(shè)計人員片面的理解為只提高傳熱系數(shù)要求，而不是傳熱系數(shù)和太陽得熱系數(shù)的綜合熱工性能提高，結(jié)果導(dǎo)致了在深圳地區(qū)居然出現(xiàn)了三玻兩腔且?guī)叺?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>中空玻璃配置，其實，在保持原有傳熱系數(shù)的前提下，只需在占90%多的太陽得熱系數(shù)中做一些提高，就完全能夠滿足建筑幕墻的節(jié)能要求，同時也顯著地降低了玻璃成本。
綜上所述，夏熱冬暖地區(qū)建筑幕墻限定傳熱系數(shù)不合理，同時，也不能過多地降低太陽得熱系數(shù)卻又增加了室內(nèi)照明，這樣的話反而是在浪費資源，與建筑節(jié)能的初衷背道而馳。
4 幕墻防火構(gòu)件隔熱性要求
《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016-2014(2018年版)第6.2.5規(guī)定耐火等級為一級的建筑幕墻上、下層開口之間最少應(yīng)設(shè)置高度不應(yīng)小于0.8m的不燃性實體墻，且實體墻的耐火極限不應(yīng)低于相應(yīng)耐火等級中非承重外墻的要求，即耐火極限為1.00h。
當(dāng)主體結(jié)構(gòu)不燃性實墻體高度小于0.8m時，幕墻防火層底部至結(jié)構(gòu)頂面的有效高度不應(yīng)小于0.8m，具體詳見圖1。同時，為達(dá)到主體結(jié)構(gòu)(鋼筯混凝土梁)相同的耐火極限，應(yīng)增設(shè)幕墻防火層構(gòu)件系統(tǒng)，防火構(gòu)件的耐火隔熱性同樣也不應(yīng)小于1.00h，并獨立支承在主體結(jié)構(gòu)上。幕墻防火構(gòu)件可采用國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2014附錄中的附表1“各類非木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限”非承重墻部分提供的構(gòu)件，如采用兩塊8mm厚硅酸鈣板（詞條“硅酸鈣板”由行業(yè)大百科提供）中間填厚度為75mm以上，容重為100kg/m3的巖棉等，也可采用經(jīng)國家級相關(guān)權(quán)威機構(gòu)認(rèn)可的其它防火構(gòu)件。
但實際幕墻工程中，該部位往往只是采用1.5mm厚鍍鋅鋼板+防火巖棉的防火構(gòu)造措施，來替代圖1中的防火構(gòu)件，但該防火構(gòu)件系統(tǒng)只能滿足1.00h的耐火完整性要求，無法滿足1.00h的耐火隔熱性要求，可能存在安全隱患，具體如圖2所示。
當(dāng)主體結(jié)構(gòu)梁高度遠(yuǎn)小于規(guī)范0.8m的要求時，由于未達(dá)到建筑防火（詞條“建筑防火”由行業(yè)大百科提供）的卷火高度要求，且該防火構(gòu)件僅有耐火完整性要求，所以，一旦遭受火災(zāi)，箭頭位置的溫度可能超過500℃，甚至達(dá)到上千度，從而通過樓面層的防火封堵將熱能傳遞到上一樓層，而引燃上一樓層的可燃物，造成火災(zāi)進一步蔓延。采用不小于1.00h的耐火隔熱性要求的防火構(gòu)件，能有效地將箭頭位置的溫度控制在200℃以內(nèi)，并有效阻止熱能進一步向上傳遞。
公安部印發(fā)《建筑高度大于250米民用建筑防火設(shè)計加強性技術(shù)要求(試行)》的通知公消【2018】57號文第九條規(guī)定，“在建筑外墻上、下層開口之間應(yīng)設(shè)置高度不小于1.5m的不燃性實體墻，且在樓板（詞條“樓板”由行業(yè)大百科提供）上的高度不應(yīng)小于0.6m”，其中在樓板上不燃性實體墻的高度小于0.6m時，也同樣應(yīng)采取不小于1.00h的耐火隔熱性要求的防火構(gòu)件以替代原主體結(jié)構(gòu)的不燃性實體墻，而不能只有耐火完整性要求。
5 按荷載規(guī)范計算值與風(fēng)洞試驗值的比對
風(fēng)荷載計算是建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中保障安全性的關(guān)鍵點，主要是依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，當(dāng)建筑幕墻做了風(fēng)洞試驗時，保守一些的幕墻設(shè)計單位通常取兩者間最大值;而激進一些的幕墻設(shè)計單位通常直接采用風(fēng)洞試驗值，個人認(rèn)為兩種方案均不合適。
荷載計算值與風(fēng)洞試驗值主要有以下三種情況：
1. 風(fēng)荷載計算值遠(yuǎn)大于風(fēng)洞試驗值時
可按《建筑工程風(fēng)洞試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T 338-2014第3.4.9條規(guī)定“1無獨立的對比試驗時，風(fēng)荷載取值不應(yīng)低于國標(biāo)GB50009規(guī)定值的90%;2有獨立的對比試驗結(jié)果時，應(yīng)按兩次試驗結(jié)果中的較高值取用，且不應(yīng)低于GB50009規(guī)定值的80%”的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行，即風(fēng)荷載計算值可適當(dāng)降低，但必須以荷載計算值的80%或90%兜底，不應(yīng)直接采用風(fēng)洞試驗值進行幕墻結(jié)構(gòu)計算。
2. 風(fēng)荷載計算值與風(fēng)洞試驗值接近時
由于兩值相差不大，可取兩者間的最大值。
3. 風(fēng)荷載計算值遠(yuǎn)小于風(fēng)洞試驗值時
以風(fēng)洞試驗值為準(zhǔn)。鑒于不同風(fēng)洞試驗室試驗得出的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可能相差很大，有些可能相差幾倍，特別是建筑外立面造型比較復(fù)雜的區(qū)域。在這種情況下，宜增加另一家風(fēng)洞試驗室進行風(fēng)洞試驗值對比，以確定原風(fēng)洞試驗值是否準(zhǔn)確，是否存在較大的系統(tǒng)偏差等。
另外，當(dāng)兩家獨立的風(fēng)洞試驗室對比試驗的結(jié)果差別較大時，可請兩家風(fēng)洞試驗室相互間先溝通和比對，再經(jīng)專門論證確定合理的試驗取值。
6 玻璃幕墻面板耐撞擊性能檢測
業(yè)主和建筑師往往對玻璃幕墻樓面透明部分設(shè)置室內(nèi)安全護欄難以接受，會影響室內(nèi)效果，希望能夠取消，而取消的前提就需要進行幕墻玻璃面板的耐撞擊性能檢測，所以，玻璃幕墻耐撞擊性能檢測廣泛用于不設(shè)置建筑幕墻室內(nèi)安全護欄時的超限專項方案論證，耐撞擊性能檢測方法主要依據(jù)《建筑幕墻耐撞擊性能分級及檢測方法》GB/T38264和《建筑幕墻》GB/T21086這兩個標(biāo)準(zhǔn)。
目前，玻璃幕墻性能第三方檢測機構(gòu)通常以受撞擊檢測的玻璃被撞擊后是否脫落、破碎作為判定玻璃耐撞擊性能不合格的標(biāo)準(zhǔn)，個人認(rèn)為不妥。
1. 人體可撞擊部位的幕墻玻璃面板配置通常都是中空玻璃或中空夾層玻璃，均由數(shù)層單片玻璃構(gòu)件組成的玻璃組件制品，單片受撞擊檢測的玻璃破碎并不能代表整個玻璃制品（詞條“玻璃制品”由行業(yè)大百科提供）的安全防護失效，只有當(dāng)整個玻璃面板制品出現(xiàn)脫落、破碎或開裂，如中空玻璃內(nèi)外兩片玻璃都破碎時，才應(yīng)判定為幕墻玻璃面板耐撞擊性能不合格;
2. 采用中空夾層幕墻時，當(dāng)夾層玻璃設(shè)置在室內(nèi)側(cè)，在進行耐撞擊試驗時，如夾層玻璃中兩片玻璃的內(nèi)片出現(xiàn)破碎，但另一片玻璃未破碎時，通常判定為合格，考慮的就是夾層玻璃是一個組合制品，但為何作為整個玻璃組件制品的中空夾層玻璃卻又將單片玻璃和夾層玻璃分開考慮呢?
3. 采用中空夾層玻璃的，如從玻璃面板的耐撞擊性能角度來說，夾層玻璃設(shè)置在室內(nèi)或室內(nèi)側(cè)的功能均相同，作為一個玻璃組件制品，中空夾層玻璃出現(xiàn)整個玻璃面板在耐撞擊性能檢測時失效的概率極低。但如從高空墜落的安全角度出發(fā)，夾層玻璃應(yīng)設(shè)置在室外側(cè)，盡可能減少單片鋼化玻璃破碎后墜落的風(fēng)險。
最后，我想強調(diào)的是，從目前國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)來看，玻璃幕墻應(yīng)在室內(nèi)設(shè)置安全護欄的要求沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。另外，玻璃幕墻人體可碰撞部位的玻璃通常都是雙層，甚至三層玻璃，即使撞碎室內(nèi)側(cè)單片鋼化玻璃，雙層或三層玻璃組件制品全部撞碎的概率極低，發(fā)生玻璃碎片高空墜落的概率也極低，幕墻行業(yè)發(fā)展這么多年來，也只有在電影上能看到玻璃被撞碎后人體從高空墜落的情景，所以，玻璃幕墻必須采用安全護欄不合理，國內(nèi)非常多的標(biāo)致性建筑均未設(shè)置室內(nèi)安全護欄。當(dāng)然，可能發(fā)生人體碰撞沖擊的玻璃宜按《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》第7章“建筑玻璃防人體沖擊規(guī)定”中安全玻璃最大許用面積的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
7 強度提高的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠應(yīng)用探討
地處臺風(fēng)或強風(fēng)易發(fā)多發(fā)地區(qū)在進行超高層玻璃幕墻設(shè)計時，風(fēng)荷載設(shè)計值（詞條“荷載設(shè)計值”由行業(yè)大百科提供）往往很大，可達(dá)7.0MPa以上，再加上業(yè)主和建筑師越來越偏向于大玻璃分格，導(dǎo)致在進行結(jié)構(gòu)膠計算時，結(jié)構(gòu)膠寬度可達(dá)50mm以上，受結(jié)構(gòu)膠寬厚比的限制，只能進行分段打膠，但有些工程即使分段打膠，也可能不滿足結(jié)構(gòu)膠寬厚比的要求。
《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102規(guī)定硅酮結(jié)構(gòu)密封膠在短期荷載作用下拉應(yīng)力（詞條“拉應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）強度設(shè)計值不應(yīng)大于0.2MPa，那能不能進一步提高硅酮結(jié)構(gòu)膠設(shè)計值呢?比如將承受短期荷載作用的抗拉強度設(shè)計值由0.2MPa提高到0.3MPa，從而減少結(jié)構(gòu)膠的計算寬度?這首先需要考慮以下幾個方面：
1. 適度提高硅酮結(jié)構(gòu)膠拉伸粘接強度（詞條“粘接強度”由行業(yè)大百科提供）。結(jié)構(gòu)膠23°C拉伸粘接強度標(biāo)準(zhǔn)度宜在1.0~1.2MPa之間，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相比，材料安全分項系數(shù)有所提高，同樣具有較高的安全富余，但又不能片面提高強度而影響到其它力學(xué)性能參數(shù)，比如伸長率、老化性能等，所以一定要適度;
2. 《建筑幕墻用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》JG/T 475要求硅酮結(jié)構(gòu)膠的設(shè)計使用年限不應(yīng)低于25年，為確保安全可靠，提高抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值后的結(jié)構(gòu)膠應(yīng)以滿足此標(biāo)準(zhǔn)的要求為底線;
3. 在抗拉強度滿足要求的前提下，硅酮結(jié)構(gòu)膠的耐老化性和耐久性是另外兩項非常關(guān)鍵的指標(biāo)。其中耐老化性指標(biāo)主要是通過水-紫外線人工加速老化和自然曝曬兩種試驗方法進行檢測;而耐久性指標(biāo)主要是通過抗疲勞循環(huán)試驗進行檢測。
1) 水-紫外線人工加速老化試驗。根據(jù)JG/T 475要求，結(jié)構(gòu)膠在放入水-紫外線試驗箱后應(yīng)進行1008h浸水輻照試驗，拉伸粘結(jié)強度保持率應(yīng)大于75%。經(jīng)大量試驗驗證可知，1008h偏低，結(jié)構(gòu)膠基本上都能滿足，如對提高強度的結(jié)構(gòu)膠進行相關(guān)檢測，應(yīng)大幅提高到3000h以上[1]，才有可能區(qū)分出水-紫外線光照加速老化性能更強的結(jié)構(gòu)膠;
2) 自然曝曬試驗是綜合考核結(jié)構(gòu)膠自然老化性能的關(guān)鍵因素。經(jīng)試驗驗證，經(jīng)過3年以上曝曬后，不同品質(zhì)的結(jié)構(gòu)膠會出現(xiàn)明顯的差距，質(zhì)量差的結(jié)構(gòu)膠拉伸強度、最大強度伸長率等出現(xiàn)明顯的降低[2]，通過自然曝曬這塊“試金石”，能夠有效地檢測出結(jié)構(gòu)膠自然老化性能的優(yōu)劣，當(dāng)然，如果曝曬時間更長，比如7~10年，應(yīng)該更能說明問題;
3) 考核耐久性指標(biāo)主要依靠抗疲勞循環(huán)試驗。但JG/T 475中的疲勞循環(huán)試驗條件為8s為一周期，且僅做反復(fù)拉伸，最大循環(huán)次數(shù)也僅為5000次，指標(biāo)要求嚴(yán)重偏低，與玻璃幕墻實際受力工況相差甚遠(yuǎn)，所以，需根據(jù)玻璃幕墻的實際工況，比如反復(fù)拉壓工況等，重新編寫結(jié)構(gòu)膠抗疲勞循環(huán)試驗方法標(biāo)準(zhǔn)。
4. 現(xiàn)有規(guī)范中硅酮結(jié)構(gòu)膠計算公式不能完全適用。當(dāng)玻璃尺寸過大時，由于風(fēng)荷載的偏心作用，很可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠在寬度方向上兩側(cè)受力不均勻，受拉面積很可能明顯減小，已不是結(jié)構(gòu)膠全部的粘接面積，此時，再用《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102中的軸心抗拉強度計算公式進行計算可能存在安全隱患，所以，可通過有限元分析軟件進行結(jié)構(gòu)膠受力計算，并根據(jù)計算結(jié)果進行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)膠構(gòu)造設(shè)計，以確保結(jié)構(gòu)膠計算的準(zhǔn)確性和安全性。
總之，要提高結(jié)構(gòu)膠抗拉強度設(shè)計值，應(yīng)進行大量的相關(guān)試驗，耗費大量財力和時間(時間最少要3年以上)，只有建立在充分試驗的基礎(chǔ)上，才能通過大數(shù)據(jù)分析得出一些基本結(jié)論，所以，當(dāng)結(jié)構(gòu)膠提高拉伸強度值時，一定要慎之又慎，不能隨便“拍腦袋”。
如何解決目前臺風(fēng)或強風(fēng)地區(qū)硅酮結(jié)構(gòu)膠計算過寬的問題呢?只有笨辦法。
1. 控制建筑分格和玻璃面積，減少玻璃分格尺寸，從而減小結(jié)構(gòu)膠寬度;
2. 盡可能采用全明框幕墻形式，避免硅酮結(jié)構(gòu)膠直接受力，也更安全更可靠;
3. 分段打結(jié)構(gòu)膠，控制結(jié)構(gòu)膠寬厚比，且必須按結(jié)構(gòu)膠打膠工藝嚴(yán)格執(zhí)行。
8 結(jié)束語
隨著幕墻技術(shù)的不斷發(fā)展以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的不斷修訂，必然會出現(xiàn)一些新問題，對待新問題，只能以客觀、務(wù)實的態(tài)度，以及幕墻行業(yè)已積累的豐富經(jīng)驗來正確對待和解決，而不宜唯標(biāo)準(zhǔn)論、唯教條論。以上所述的問題還具有較多的爭議，有些個人見解已經(jīng)與相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求相左，這里僅代表個人觀點。
[參考文獻(xiàn)]
[1] 潘成,王有治,龐坤海等.加速老化試驗對建筑用有機硅結(jié)構(gòu)膠拉伸粘接性能的影響[J].有機硅材料,2018,32(2):118~123.
[2] 羅銀,張宇旋,蔣金博等.硅酮結(jié)構(gòu)膠自然曝曬老化試樣表征方法研究[J].中國膠粘劑（詞條“膠粘劑”由行業(yè)大百科提供）,2022,31(12):48~53.
作者單位：深圳市建筑門窗幕墻學(xué)會
