一級結構工程師輔導:建筑幕墻的封邊設計(1)


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從1917年在美國舊金山,建造了第一棟玻璃幕墻建筑物和1930年在美國威斯康星州,出現了用擠壓鋁型材建造的幕墻建筑后,世界各國的超高層建筑的華麗外衣,幾乎全部采用幕墻這種外圍護結構來實施。那么,什么叫建筑幕墻呢?概括的說:具備以下四大特征的外墻才能稱為幕墻。
1、懸掛在結構框架的前面,(立柱偏心受壓在不失穩情況下,可以反支);
2、不承受建筑結構的荷載:包括水平、垂直方向的荷載的非承重外墻;
3、墻體自重和所受風荷載等,都通過錨點傳至建筑物的結構框架;
4、幕墻構件之間的接縫設計和連接工藝,應能使幕墻架設成任何樣式的邊續墻面。
這四大特征缺一不可,如下圖―所示,這是鑲嵌在建筑洞口里的大固定窗,因安裝縫隙被水泥粉刷填充,建筑結構只要有一點變位馬上就會傳給窗框,使窗玻璃受到威脅。
這種縫隙可傳力的結構,長寬尺寸再大也不具備幕墻特征,如果說屬于墻類,也只能算作建筑的填充墻。
幕墻為不承受建筑結構水平和垂直方向荷載的非承重外墻,幕墻的周邊平面方向必須與主體結構留有一定的間隙,來消除主體結構因不均勻沉降造成的沉降差、地震作用產生的樓層間位移和因季節溫差變化產生的伸縮。凡是幕墻建筑都有封邊的問題,就是一棟大樓四面交圈全部采用幕墻,也還存在著幕墻的封頂和封底問題。如果一個幕墻工程無論分格、顏色都很漂亮,因封頂沒封好,下雨天,雨水在樓內一瀉到底,什么窗簾呀、壁紙呀、泡了個一蹋糊涂,用戶肯定找制造廠家。如果一個較高的幕墻,兩側邊和底部都用水泥砂漿抹死,輕者可將玻璃擠碎,重者可將鋁板擠變形甚至將石板擠裂。經常注意觀察幕墻工程的人,肯定會見到不少上述的現象。對這樣的工程在驗收時,工程監理和質檢部門能通過嗎?這主要是所有有關幕墻的標準和規范中,對封邊問題都沒有作出明確的規定,還有些工程在驗收時沒有損壞,而是隨著建筑沉降將板塊擠裂。對正確的幕墻封邊節點設計院不甚了解、工程監理無法辯正施工、質檢部門的無法可依、生產廠家為了省工省料、隨之埋下了隱患,造成不應有的損失。
一、幕墻封邊設計要滿足建筑地基基礎沉降
在建筑物及其荷載作用下,或經地表浸水、地下水升降變化、地震以及地下采動等其它多種因素的復合影響,地基將發生變形。因地基變形使建筑離開建筑時的初始位置,沿重力方向移動的現象就稱作建筑沉降。
一個較大型建筑在施工前地基設計時,已對建筑將會產生的不均勻沉降進行了必要的控制,甚至分別計算預估建筑物在施工期間和使用期間的地基變形值,以便預留建筑物有關部分之間的凈空,選擇連接方法和施工順序,一般多層建筑在施工期間完成的沉降量:
對于砂土可認為其最終沉降量已完成80%以上。
對其它低壓縮性土可認為已完成最終沉降量的50―80% 。
對于中壓縮性土可認為已完成20―50% 。
對于高壓縮性土可認為已完成5―20% 。
從以上地基的四種土層不同,表現出建筑的沉降快慢不同。建筑物在施工過程中隨之越建越高的逐步加載,沉降量也逐漸加大,下層建筑的層間沉降也將伴隨著逐步發生。
在國家國標準《建筑地基基礎設計規范GB50007-2002》中,明確規定了建筑物的地基變形 .
由地表浸水,地下采動,地震、特殊的地質構造的及建筑物間相互影響等因素引起的地基沉降叫附加沉降,一般附加沉降包括濕陷沉降,牽引沉降和陷落沉降三大類:
1、濕陷沉降:
多數發生在黃土地基的建筑區域內,為了美化環境,制造一些人工湖、池塘、防水作的不好,甚至沒有防滲漏的防水層,由于池塘水的滯滲或地下水的上升,受水浸潤一定深度的地基土瞬間發生濕陷變形,從而引起建筑物突然下沉。即稱作濕陷沉降。
2、牽引沉降:
建筑物自身壓縮沉降過程中或沉降穩定后,由于是黃金地段,地皮緊張,緊靠著舊建筑又新打地基建高樓,包括在舊建筑附近大量堆積砂石磚瓦等重物,由這些荷載的疊加作用,從而加快了原有建筑物的沉降速度,加大了沉降量,這種對建筑物施加強制牽引作用而產生的沉降,則稱為牽引沉降。
3、陷落沉降
由于地下掘洞,抽取地下水等原因,造成地基下空虛,而使建筑物沉降,稱為陷落沉降。
綜上所述這三種附加沉降一發生沉降量有時很大,建筑的勘測單位在建筑群內新建大樓也是非常小心的把關精心設計,盡管如此,對舊建筑的微量影響還是時有發生,所以在設計幕墻封邊時,必須預留出這些吸收建筑變位的空間,使幕墻與建筑同壽命。
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