建筑幕墙结构连接的应用

由金属构件与各种板材组成的悬挂在主体结构上、不承担结构荷载与作用的建筑物外围护结构,称为建筑幕墙。按建筑幕墙的面板可将其分为玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙混凝土幕墙及组合幕墙等。按建筑幕墙的安装形式又可将其分为散装建筑幕墙、半单元建筑幕墙、单元建筑幕墙、小单元建筑幕墙等。
　　一、建筑幕墙的预埋件及膨胀螺栓设计依据及原则
　　建筑幕墙框格构造体系设计计算受力分析先从镶嵌体入手，可视为四边铰接的简支板，按45°与中线相交受荷分配法将承受荷 载分配给四边杆件上，再按简支梁计算杆件内力将其传至与建筑物主体结构固定的支座上，而嵌板构造体系设计计算受力分析是将板面受荷一次传给建筑物主体结构的连接点上。
　　近年来，根据国家有关部门的要求，我国土木工程界全面开展了工程结构可靠度设计标准的编制。以概率理论为基础的极限状态设计法取代以经济为主的定值表达容许应力设计法。由于建筑结构设计的标准是在正常荷载作用下不产生损害，在这种情况下，幕墙亦处于弹性状态，因此，其构件的内力计算应采取弹性计算方法进行。其截面最大应力设计值不应超过材料强度的设计值：σ≤?
　　式中：σ为荷载和作用截面最大应力设计值，亦为应力标准值乘以大于1的系数k1，通过效应组合得到；f为强 度设计值，由强度标准值fk除以大于1的系数k2得到：
　　结构安全度k＝k1×k2
　　在进行幕墙构件、连接件和锚固件承载力计算时，荷载和作用效应组合的分项系数分别是：
　　对于重力荷载γ G为1.2；
　　对于风荷载γW为1.4；
　　对于地震作用γE为1.3；
　　对于温度作用γT 为1.2。
　　幕墙应按效应组合中的最不利组合进行设计。
　　二、预埋件的应用与设计
　　幕墙构件与混凝土结构的连接一般是通过预埋件实现的。幕墙工程使用的各种预埋件必须经过计算确定，以保证其具有足够的承载力。为了保证幕墙与主体结构连接牢固可靠，幕墙与主体结构连接的预埋件应在主体结构施工时，按设计要求的数量、位置和方法进行埋设，埋设位置应正确。施工过程中如将预埋件的防腐层损坏，应按设计要求重新对其进行防腐处理。
　　预埋件的锚固钢筋是锚固作用的主要来源，混凝土对锚固钢筋的粘结力是决定性的，因此预埋件必须在混凝土浇灌前埋入，施工时混凝土必须振捣密实。目前实际施工中往往由于放入预埋件时，未采取有效措施固定预埋件，混凝土浇铸时往往使预埋件偏离设计位置，影响立柱的安装，甚至无法使用。因此应将预埋件可靠地固定在模板上或钢筋上。
　　按规定，螺栓只是在立柱与预埋件之间进行连接。对于预埋件，其锚筋的总截面面积As，当有剪力、法向拉力和弯矩共同作用时，按下列公式计算并取其中的较大值：
　　As≥V÷(αrαvfy)+N÷(0.8αbfy )+M÷(αrαbfyz)
　　As≥N÷（0.8αbfy ）+ M÷(0.4αrαbfyz)
　　当有剪力、法向压力和弯矩共同作用时，按下列公式计算并取其中的较大值：
　　As≥（V-0.3 N）÷(αrαvfy)+（M-0.4 N z）÷(1.3αrαbfyz)
　　As≥（M-0.4 N z）÷(0.4αrαbfyz) 
　　当M＜0.4 N z时，取M-0.4 N z＝0。
　　上述公式中的系数，应按下列公式计算：
　　αv=(4.0-0.8d)（fc/fy）有误
　　当αv＞0.7时，取αv=0.7。
　　αb =0.4+0.25t÷d
　　当采取措施防止锚板弯曲变形时：可取αb＝1.0
　　上述各式中：V---剪力设计值（N）；
　　N---法向拉力或法向压力设计值；法向压力设计值不应大于0.5fcA ，此处A为锚板的面积（m㎡）；
　　M---弯矩设计值（N .m m） ；
　　αr---钢筋层数影响系数，当等间距配置时，2层取1.0 ，3层取0.9；
　　Z---外层锚筋中心线间的距离（m m）；
　　αv ---锚筋受剪承载力系数；
　　d---锚筋直径（m m）；
　　αb ---锚板弯曲变形折减系数 ；
　　fy---钢筋抗拉强度设计值（N /m㎡）；
　　fc---混凝土轴心抗压强度值（N /m㎡），可按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GBJ10采用；
　　t---锚板厚度（m m）。
　　三、膨胀螺栓的应用 
　　当施工未设预埋件、预埋件漏放、预埋件偏离设计位置、设计变更、旧建筑加装幕墙时，没有条件采用预埋件连接措施，往往要使用后置埋件。采用后置埋件（膨胀螺栓或化学螺栓）时，应符合设计要求并应进行现场拉拔试验,通过试验决定其承载力。
　　在实际工程施工中，由于采用不同规格的膨胀螺栓，施工单位在设计过程中，大部分膨胀螺栓的握裹力设计值偏小，主要体现在：在各种荷载设计过程中，各种分项系数取值偏小，或不采用分项系数。在膨胀螺栓受拉力计算时，简单地将立柱受的拉力除以所用螺栓的个数，得每处螺栓所受的拉力来进行强度检验。笔者认为，以上算法是不准确的，因为膨胀螺栓是后置连接件，工作可靠性较差，只有在不得已时作为辅助、补救措施，不作为连接的常规手段。使用时必须确保安全，留有余地，按计算只需1个膨胀螺栓就够，实际上应设置2～4个螺栓。
　　后置埋件（膨胀螺栓或化学螺栓）的具体要求：
　　1．后置埋件的现场拉拔强度值应由设计人员根据结构计算书确定。
　　2．后置埋件使用的化学螺栓或膨胀螺栓应由设计人员根据幕墙的性质、种类、计算数据来确定，并应符合幕墙工程技术规范的规定。
　　3．现场拉拔测试应按照见证取样的有关程序进行。
　　4．后置埋件设置的位置与设置位置的结构基体应符合设计要求。 
　　5．后置埋件的结构砼构件强度等级不宜低于C30。
　　6．后置埋件原则上不宜采用膨胀螺栓，特殊情况若采用膨胀螺栓时应按照设计用量的2~4倍设置，且每层应采用有效拉结措施。螺栓应闭合处理，防止螺丝栓松动及锈。