玻璃幕墙构造（共7篇）
玻璃幕墙构造 篇1
玻璃采光顶又称为玻璃屋顶, 玻璃采光顶它最早是以房屋采光为目的, 它的出现主要是解决建筑的采光问题。随着玻璃幕墙的大量应用及发展, 后来逐渐发展成为现在的以装饰和采光为目的的一种新的建筑形式。玻璃采光顶的设计形式也愈来愈新颖, 如宾馆、车站的网架式玻璃雨蓬, 建筑物大堂不同形式的采光顶, 游泳池的玻璃采光顶等。玻璃采光顶以其通透、开放、现代的外观效果, 逐渐成为建筑功能 (装饰) 的重要组成部份。
玻璃采光顶与玻璃幕墙最大的不同在于其朝向天空, 覆盖在建筑物的最上面。这一朝向使得其与玻璃幕墙相比承受的雨水荷载大大增加。渗漏成了长期困扰玻璃采光顶工程质量的顽症, 采光顶局部渗水或出现漏点时有发生, 因此, 玻璃采光顶的防水问题就特别突出。以下从玻璃采光顶设计、构造要求、施工等方面讨论其防水技术的应用。提出一些看法供探讨。
1 玻璃采光顶防水措施
玻璃采光顶屋面防水基本方法, 归纳起来有两种:“导”即利用玻璃采光顶的坡度, 将顶面雨水因势利导的迅速排除, 使渗漏的可能性缩到最小范围。“堵”即利用防水材料, 堵塞玻璃间的缝隙, 要求无缝、无孔, 以防止雨水渗漏。因此成功的处理玻璃采光顶防水时, 应合理设计、导堵结合、施工工艺得当。
1.1 采光顶排水设计及构造
不管什么形式的采光顶, 排水都是十分重要的, 因为如果玻璃采光顶排水系统设计紊乱或排水的细部处理不当, 造成排水不畅或积水, 都是产生渗漏的因素, 长期积水会使密封胶老化, 所以对玻璃采光顶的排水问题应予足够的重视。玻璃采光顶排水设计主要解决以下两个问题。
1.1.1 决定适宜的排水坡度
为了排除雨水, 玻璃采光顶需要一定的排水坡度, 坡度越大, 排水就越畅快。但当坡度相当大时, 会给施工和结构布置造成不利条件, 因此根据具体要求确定一个合适的坡度是很重要的。玻璃采光顶的坡度是由多方面因素决定的, 其中地区降水量, 玻璃采光顶得的体形、尺寸和结构构造形式对玻璃采光顶坡度影响最大, 玻璃采光顶内侧冷凝水的排泄和玻璃采光顶的自净也是必须考虑的重要因素, 一般的说, 玻璃采光顶坡面与水平的夹角以不小于18°, 不大于45°为宜。
1.1.2 合理组织排水系统
合理组织排水系统, 主要是确定玻璃采光顶的排水方向和檐口排水方式。为了使雨水迅速排除, 玻璃采光顶的排水方向应该直接明确, 减少转折。
1.2 玻璃采光顶接缝密封设计及构造
1.2.1 重视接缝防水密封
玻璃采光顶与传统屋面不同, 是由玻璃等不透水材质的构件装配组成, 只有接缝是可能的漏水部位, 因此, 接缝的处理和密封要求就成为玻璃采光顶防水技术的核心和重点。在建筑工程中, 幕墙是对密封接缝最为重视的行业, 然而传统方法中, 在接缝防水密封上没有细化, 对接缝预留尺寸和密封选材不重视, 有些设计往往不计算接缝位移量, 不了解密封材料承受位移的能力, 仅要求嵌填硅酮密封胶, 以为只要有了胶就不会漏。这种观念表现为接缝构造设定及细化选材的缺失。这些接缝层次和构造简单, 而且用了高档密封材料嵌缝密封, 以为防水不应该会成为问题, 但实际情况不是这样, 不少工程存在渗漏, 而且往往发生在交付使用期间, 一个部位维修治理后另一处可能又出现新漏点。因此, 在幕墙工程中, 要将接缝密封放在重要位置, 高度重视, 科学分析设计。
1.2.2 采光顶防水密封接缝分析
玻璃采光顶一般采用完全密封方法, 这种密封方法, 就是用硅酮耐侯密封胶将采光顶的面板间缝隙密封。图1中就是一个点式结构玻璃采光顶, 玻璃板块间就是采用的完全密封方法。
1) 接缝位移
采光顶接缝主要位于玻璃面板之间, 由于面板厚度尺不大, 接缝宽度较小, 而面板相对尺寸较大, 温度变化、自重挠度和局部集中荷载作用, 接缝可能产生较大的拉伸一压缩位移, 如图2所示。
2) 接缝密封胶变形特征
接缝位移必然导致粘结密封胶变形, 密封胶变形只能改变形状, 不改变体积 (截面积) , 典型状态如图2。值得注意的是密封胶形变应力可能会局部集中, 量值同具体产品的硬度而改变, 硬度增加边角应力越集中, 极易首先出现剥离。
3) 此外接缝密封胶的环境侵蚀和可能的意外伤害值得注意:
(1) 防水密封缝经受遇水。尽管规定采光顶设计有排水措施, 避免出现凹陷的密封缝积水, 但水对密封缝的侵蚀作用经常存在;
(2) 太阳光紫外线长期照射、高温和温度交变环境, 可能导致密封胶质量和体积变化, 改变力学性能;
(3) 密封缝经受大气酸雨、盐雾及化学清洁沾剂等液体产生的侵蚀;
(4) 可能的意外损伤。施工或维护人员踩踏屋面时, 密封缝经受短时间的集中荷载, 可能有意外刺伤, 凹陷缝积尘和杂物可能意外引起鸟类啄伤。
1.2.3 接缝密封设定
(1) 接缝密封宽度设定
接缝计算公式:
式中:L——玻璃长边尺寸, mm;
σ——玻璃线膨胀系数:0.9×10-5 (1/℃) ;
Δt——年度最大温差;
b——在恶劣条件交变荷载作用下密封胶允许位移量;
K——热伸缩限制率 (0.7～0.4) 。
接缝宽度设定的基础是接缝位移量和可供选择密封胶的位移能力。接缝宽度一般不应小于6mm, 必须保证工地密封施工的可挤注操作性。考虑到风荷载变化、雪荷载、地震、自重挠度, 以及材料随使用年限的增加而劣化的可能, 建议更安全的设定接缝, 可将接缝宽度在计算涂胶宽度的基础上适当加大 (如10mm或12mm) 。
(2) 接缝密封深度设定
由于采光顶玻璃面板较薄, 一旦涂胶施工稍有缺陷, 或者个别点遭受意外损伤, 将可能成为潜在的渗漏源。为有利于耐久密封, 接缝密封深度最好与接缝宽度相等。
(3) 接缝形状的设定
目前防水接缝涂胶一般修整为凹形, 容易积尘存水。考虑接缝密封胶变形后的应力分布, 接缝上表面形状最好修整为圆凸面可能更为有利。此外, 接缝涂胶是在工地现场, 个别部位难免潜在瑕疵、气泡或夹杂等隐患, 所以同一条接缝分成两次涂胶完成, 最后一道密封的形状有必要修宽, 搭接在玻璃表面上, 如图3所示, 既扩大了粘结宽度和密封面积, 又有利于减缓局部应力, 同时覆盖第一道密封可能存在的缺陷, 有利于彻底消除渗漏隐患。从产品固化质量分析, 对有较大深度的接缝, 两道密封也可较好的保证产品短时间内实现预定强度, 减少固化过程中遭受意外损伤或破坏的几率。
1.2.4 选用密封胶的注意事项
1) 幕墙玻璃按缝用密封胶选材, 必须符合设计要求级别的产品, 同一级别又有高模量 (标记H) 和低模量 (标记L) 产品, 选用时必须标明产品级别和模量, 产品进场验收时, 必须检查产品外包装上级别和模量标记的符合性, 不能用无标记的产品。如果采用图3形式的两道密封, 第一道密封可采用低模量产品, 第二道用高模量, 有利于提高按缝密封表面的耐用性。
2) 采光顶两玻璃板块间的缝隙密封, 必须用同一厂家生产配套的硅酮耐侯密封胶。两种胶必须作相溶性试验, 并获取检测合格报告才允许施工。
3) 采光顶采用镀膜玻璃或夹胶玻璃时, 密封两玻璃板块间的缝隙必须用中性耐侯密封胶, 避免与镀膜和胶片产生化学反应。
1.3 加强施工质量控制和工程交付后维护
玻璃采光顶是现场施工作业, 好的防水性能有赖于施工技巧、质量意识、施工组织和过程检验及控制。
1) 施工环境条件保证;
2) 涂胶前玻璃接缝表面的清洁方式、清洁溶剂。建议增加必要的底涂处理工序, 保证粘结可靠性和耐久性;
3) 施工技艺培训, 应同焊接工一样要求持证上岗, 实现无缺陷注胶;
4) 完善施工质量记录, 实现密封施工和检验责任的可追溯性;
5) 工程完成向业主交付的资料中, 有关建筑维护检修内容应包括密封检查和维护周期和要求。检查工作不仅是侃侃系统外表面, 一般至少应包括结构密封胶或耐候密封胶的粘结性测试, 金属表面有机涂层的变化, 检查胶粘密封接缝是否出现因位移或其因素而导致的粘接破坏征兆。应仔细检查发现任何出现潮湿的部位, 因为可能是被刺破的密封胶或是失效的耐候胶, 标记可疑的区域并定期检测, 确保系统功能随着时间延长而仍保持长期的稳定。
2 工程实例
2.1 工程概况
某高校教学楼顶部采光带工程, 面积为580m2, 平面形状为带状弧形, 采光带形式为点支式玻璃采光顶, 结构采用钢架结构, 点驳系统采用220×220成品驳接爪, 玻璃采用6mm+6mm夹胶钢化玻璃。主要功能为装饰和采光, 如图4所示。
2.2 玻璃采光顶防水密封
1) 在工程防水措施方面, 我们综合考虑了影响玻璃采光顶防水性能的一系列问题, 采用完全密封方法。根据现场结构条件和排水要求, 设定本玻璃采光顶排水坡度为13.5°, 双向放坡。
2) 采光顶防水密封接缝设定。
根据接缝计算式 (1) :
式中:L——玻璃长边尺寸:2000mm;
σ——玻璃线膨胀系数:0.9×10-5 (1/℃) ;
Δt——年度最大温差:80 (夏日日照下玻璃最高温度和冬季玻璃最低温度差) ;
b——在恶劣条件交变荷载作用下密封胶允许位移量20%;
K——热伸缩限制率:0.7。
考虑风荷载变化、雪荷载、地震、自重挠度, 以及材料随使用年限的增加而劣化等其他因素, 设定接缝宽度为10mm。
3) 施工中接缝采用图3形式的两道密封, 有利于提高按缝密封表面的耐用性。保证了接缝在温度变化、自重挠度和局部集中荷载作用产生较大的位移时接缝密封的可靠性。此外密封胶选用中性硅酮耐侯密封胶, 尽量避免了密封胶与胶片产生化学反应对密封防水造成影响。总之通过一系列措施有效地解决了商学院主教学楼玻璃采光顶工程积水渗漏问题。
3 结语
根据跟踪检测, 教学楼玻璃采光顶工程在交付使用期间, 从未发生渗漏等质量问题, 说明玻璃采光顶防水密封技术措施是正确有效的, 方案科学合理、施工简便可行。实践证明, 采用的多种技术措施可以在类似工程中推广应用。
参考文献
[1]JGJl02-2003, 玻璃幕墙工程技术规范[S].
[2]玻璃幕墙设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社.
[3]玻璃幕墙工程技术规范应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社.
双层玻璃幕墙构造及其节能措施 篇2
关键词：双层玻璃幕墙,节能措施,建筑围护结构,建筑物,传热系数
在全世界的能源消耗中,建筑能耗约占总能耗的25%～45%,并且建筑能耗区别于生产性能耗,它属于消费性能耗[1]。建筑能耗除了保证正常消费需要的部分外,其余部分都被浪费,因而建筑节能成为世界建筑界共同关注的问题。建筑外围护结构的热工性能直接影响到建筑能耗,而玻璃幕墙是现代建筑较多采用的一种外围护结构,它使建筑更具有现代感和装饰艺术性,但由于自身较差的热工性能,大面积的玻璃幕墙造成建筑围护结构热隔断功能的显著降低,玻璃幕墙也就成为建筑能耗的一个薄弱环节。双层玻璃幕墙的出现,很好地解决了建筑美观与建筑能耗矛盾的问题。
1 双层玻璃幕墙的组成及其分类
1.1 双层玻璃幕墙的组成
双层玻璃幕墙不同于传统的单层幕墙,它由内外两道幕墙组成。内幕墙一般采用明框幕墙或活动窗,或开有检修门,以便维护、清洁;外幕墙可采用有框幕墙或点支玻璃幕墙。
1.2 双层玻璃幕墙的分类
1.2.1 封闭式内通风幕墙
封闭式内通风幕墙从室内的地下通道吸入空气,在热通道内升至上部排风口,再从吊顶内的风管排出。该循环在室内进行,外幕墙完全封闭。由于进风口进入的是室内空气,热通道中空气温度与室内基本相同,这就大大节省了取暖和制冷的能源消耗。这种形式的幕墙对取暖地区更为有利。由于内封闭通风幕墙的循环要靠机械系统,对设备有较高的要求。
1.2.2 开敞式外通风幕墙
与内通风幕墙相反,开敞式外通风幕墙的内幕墙是封闭的,采用中空玻璃。其外幕墙采用单层玻璃,设有进风口和排风口,利用室外新风进入,经热通道带走热量从上部排风口排出,可减少太阳热辐射的影响,节约能源。它无须专用机械设备,完全靠自然通风,维护和运行费用低,是目前应用最广泛的形式。开敞式外通风幕墙的风口可以开启和关闭。夏季开启上、下风口,可起自然通风作用;冬季关闭风口,形成温室保暖。
1.3 通风幕墙的效果
采用双层通风幕墙的最直接效果是节能,与单层幕墙相比,其采暖期可节能40%～60%,制冷时节能40%～60%[3]。采用双层幕墙隔声效果也十分显著,可大大改善室内使用条件。
2 外通风幕墙的气流组织
2.1 组织方式一
如图1所示,水平方向以柱间为单元,竖直方向以一层为一个单元,每个单元单独组织进风与排风。一般从楼板面进风,在顶棚下面出风口排风,直上直出,气流简捷,阻力小,但气流过于强烈。
2.2 组织方式二
这种方式是以柱间为单元,一个柱间全高打通,成为排风竖井,从建筑顶部排风到室外,相邻柱间则各层隔开,从本层下部进风口进风,在上部排风口向相邻排风竖井排风(见图2)。
2.3 组织方式三
为避免直上直下方式风速过大、气流过于激烈,可采用各层错开进风口和排风口,使气流转向相邻柱间排风口的组织方式(见图3)。
2.4 组织方式四
这种方式打破了一层作为一个通风单元的格局,从各层进风口来的新风,全部汇集至顶层顶部总排风口排出。借助于房屋全高产生的压差,可以形成强烈的通风气流(见图4)。
3 提高双层玻璃幕墙节能性能的措施
3.1 幕墙玻璃的选用
对于建筑物玻璃幕墙来说,由于玻璃的面积占据立面的绝大部分,可以参与热交换的面积较大,因此,玻璃是幕墙节能的关键。热反射玻璃是在优质浮法玻璃表面,镀一层或多层金属化合物薄膜而形成。它能有效地控制太阳直接辐射能入射量,同时还具有丰富多彩的反射色调和极佳的装饰效果,缺点是热反射玻璃使用不当,会给环境带来“光污染”。
低辐射镀膜玻璃是在优质浮法玻璃表面,镀数层低辐射材料及其他金属化合物薄膜而形成的。它可阻隔热量从热的一端向冷的一端传递,即冬季阻止室内的热量泄向室外,夏季阻止室外热量进入室内。对来自阳光中的红外热辐射部分有较高的反射率,对阳光中的可见光部分则有较高的透过率。低辐射镀膜玻璃可获得较高的可见光透过率和较低的反射率,能有效地避免“光污染”。
中空玻璃是由两片或多片玻璃以内部充满高效分子筛吸附剂的铝框间隔出一定厚度的空间,边部用高强度密封胶密封粘合而成的玻璃组件。中空玻璃密封空间内的空气,构成一道隔热、隔音屏障。若在该空间中充入惰性气体,还可进一步提高产品的隔热、隔音性能。
3.2 窗框型材的选用
由于玻璃与窗框之间会发生热传导,因此,窗框型材的选用也很重要。塑料窗框、木窗框因材料本身的导热系数较小,对外窗的传热影响不大;木塑窗框、钢塑窗框、铝塑窗框是在木骨架、钢骨架、铝骨架外覆盖了新型PVC材料,既形成了牢固耐用的保护层,又可降低窗框的导热系数;铝合金窗框、钢窗框由于材料本身的导热系数很大,形成的热桥对外窗的传热影响较大,所以必须进行相应的处理,设置断热桥。
3.3 设置遮阳
对于南方地区,遮阳是一种有效的隔热措施,建筑遮阳可以是来自附近的其他建筑物或遮挡物,也可通过人为方式设置附着在窗户顶端或侧面的遮阳板,还可以在窗的里边、外边设置可调节的百叶遮挡等。
4 结语
双层玻璃幕墙是一种新型的节能幕墙,是幕墙技术的新发展。它不同于传统的单层幕墙,由内外两层玻璃幕墙组成,或称为双层幕墙、可呼吸式幕墙、通风幕墙,内外幕墙间形成热通道。双层玻璃幕墙的节能原理是分别利用夏季双层玻璃间热通道的热烟囱效应和冬季双层玻璃间热通道的温室效应,达到减少夏季室外热量的传入和冬季室内热量的流失。不同的玻璃幕墙结构有着各自的优缺点,适用于不同建筑要求,同时为了提高双层玻璃幕墙的节能性能,必须考虑各种不同的措施。
参考文献
[1]宋德萱.节能建筑设计与技术[M].上海:同济大学出版社,2003.
[2]刘伯养.提高玻璃幕墙水密性的对策[J].山西建筑,2006,32(14):61-62.
[3]赵西安.双层通风幕墙的构造及工程应用[J].建筑技术,2002,33(9):651-655.
建筑幕墙抗震构造设计 篇3
关键词：幕墙抗震设计,幕墙抗震构造,变形缝处理
一、幕墙抗震构造措施
玻璃幕墙的抗震设计需考虑对幕墙本身设防和对幕墙所依附的建筑物主框架的变形限制。幕墙本身设防要求采用在设防烈度地震作用及其组合荷载作用下的面板不破损和幕墙框格杆件无残余变形。幕墙应依据所依附的建筑物主框架在幕墙平面内的变形确定幕墙的变形承载能力加以限制。抗震设防采用三个水准与二阶段设计, 第二水准烈度地震作用是第一水准地震烈度的3倍。近似地, 把在众值烈度地震作用下采用弹性方法计算的楼层层间位移与层高之比折算成第二水准弹塑性位移, 就得到了与幕墙平面内变形临界值的对应值。以上分析表明, 对幕墙平面内变形性能的要求与建筑结构类型有关, 即要根据结构类型选用具有不同平面内变形性能的幕墙。
幕墙自身其结构上采用的各种位移、伸缩、变位能力的处理措施 (如幕墙立柱层间伸缩缝、立柱与横粱间伸缩缝、板块间缝隙控制填胶、玻璃的结构胶粘接、玻璃卡槽内间隙控制、胶垫软接触等等) , 使得幕墙构件不承担因地震使建筑主体结构产生变位而对它产生荷载 (各种弯曲、拉伸、挤压等应力) , 从而保持了幕墙自身结构的完整和安全以及作为建筑外墙围护可靠功能。
1. 不同幕墙体系的构造要求
(1) 铝合金玻璃幕墙的抗震能力主要取决于它所依附的建筑主框架的抗震能力和自身的抗震构造。这样就需要对铝合金玻璃幕墙和幕墙所依附的建筑物两个方面都提出具体设防要求, 即当铝合金玻璃幕墙所依附的建筑物遭受低于本地区设防烈度的多遇地震影响时, 普通型幕墙与幕墙平面平行和垂直两个方向的主框架及隐框幕墙与幕墙平面垂直方向的主框架楼层内最大弹性层间位移角控制值可按下表的规定执行。
注:1) 表中弹性层间位移角=Δ/h, Δ为最大弹性层间位移量, h为层高。2) 线性插值系指建筑高度在150m~250m间, 层间位移角取1/800 (1/1000) 与1/500线性插值。
在罕遇地震作用下结构薄弱层应进行弹塑变形验算。在抗震设计时, 幕墙的抗震能力指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍。特别要注意的是建筑结构为多、高层钢结构时, 幕墙的抗震能力是非钢结构建筑幕墙的2倍以上, 以适应钢结构的柔性变动能力。
(2) 明框、半隐框幕墙的玻璃边缘至边框槽底的间隙必须采用弹性材料填塞。
隐框、半隐框幕墙板块间胶缝宽度应适当控制, 应不小于12mm, 并以弹性材料填塞, 即内填泡沫棒外注硅酮耐候密封胶。
(3) 石材幕墙, 石材面板一般采用插件和挂件连接, 为防止插件 (挂勾) 从插槽 (挂槽) 中脱出, GB/T21086《建筑幕墙》中石材面板挂装系统安装允许偏差对挂勾与挂槽搭接深度偏差、插件与插槽搭接深度偏差作了规定。
对于普通短槽挂件石材幕墙合理地使用挂件槽弹性类填胶, 可实现良好的抗震性能。
对于背栓式石材 (采用双切面背栓连接) 具有良好抗震性能, 但要严格控制孔径偏差不超过0.5mm, 且孔深要大于15mm。
(4) 金属幕墙, 由于面板不属于脆性材料, 一般变形不会破坏。相对比玻璃幕墙有较好抗震性能。
(5) 钢结构雨篷由于采用钢龙骨, 一般为独立系统, 计算单独考虑地震作用, 也具有较好的抗震能力。
(6) 点支承玻璃幕墙, 由于支承头连接都能适应玻璃面板在支承点处的转动变形;支承头的钢材与玻璃之间应设置弹性材料的衬垫或衬套, 衬垫和衬套的厚度不宜小于1mm, 因此也具有较好抗震性能。
(7) 全玻幕墙抗震性能较差, 因此要求全玻璃幕墙的周边收口槽壁与玻璃面板或玻璃肋的空隙均不宜小于8mm, 而且板面不得与其他刚性材料直接接触, 板面与装修面或结构面的空隙不应小于8mm, 且应采用密封胶密封。下端支承式全玻璃幕墙 (落地玻璃) 易被主体结构墙体变形挤坏, 按规范要求玻璃高度超限的全玻幕墙应悬挂在主体结构上 (即吊挂玻璃) 。
(8) 单元式幕墙, 一般为插接型, 单元部件之间应有一定的搭接长度, 竖向搭接长度不应小于10mm, 横向搭接长度不应小于15mm。因此具有良好的抗震性能。
2. 幕墙不同连接部位的构造要求
(1) 立柱与横梁之间的连接
立柱与横梁连接可通过角码、螺钉或螺栓连接。角码应能承受横粱的剪力, 其厚度不应小于3mm;角码与立柱之间的连接螺钉或螺栓应满足抗剪和抗扭承载力要求。
立柱与横梁之间应有1~2mm的间隙, 横梁两端应涂密封胶或用柔性垫片隔离。
(2) 立柱与立柱之间伸缩缝
上、下立柱之间应留有不小于15mm的缝隙, 闭口型材可采用长度不小于250mm的芯柱连接, 套筒伸入铝合金立柱内不应小于100mm;芯柱与立柱应紧密配合, 其配合间隙应控制在0.5mm~1mm之间。芯柱与上柱或下柱之间应采用机械连接方法加以固定。开口型材上柱与下柱之间可采用等强型材机械连接。
(3) 与主体连接
幕墙主杆件一般采用悬挂形式, 与主体必须连接牢固, 一般采用螺栓连接。立柱与主体结构之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于2个, 且连接螺栓直径不宜小于10mm。加工铝合金立柱与结构连接的螺栓孔时, 立柱孔直径要比螺栓直径大1mm。
立柱与连接件之间应采用垫片隔离。铝合金立柱与结构连接角钢之间必须采用弹性垫片 (如尼龙等) 且垫片厚度≥2mm。
玻璃幕墙构架与主体结构采用后加固锚栓连接时, 对于后补锚栓应符合下列规定:
(1) 产品应有出厂合格证; (2) 碳素钢锚栓应经过防腐处理; (3) 应进行承载力现场试验, 必要时应进行极限拉拔试验; (4) 每个连接点不应少于2个锚栓; (5) 锚栓直径应通过承载力计算确定, 并不应小于10MM; (6) 不宜在与化学锚栓接触的连接件上进行焊接操作; (7) 锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。
另外, 后补锚栓采用后切式膨胀螺栓, 抗震性能也较好。
(4) 变形缝处理
地震时建筑物主框架变形缝处主框架变位是必然的 (主框架变形缝大小由主体结构决定) , 对于幕墙要正确处理主框架变形缝部位幕墙的构造。在建筑物主框架变形缝处的幕墙采用可伸缩构造 (如采用风琴板构造等) , 使变形缝处两侧面板分属不同两个独立的单元。
变形缝抗震作用大, 门窗幕墙应重视变形缝节点设计。按照建筑抗震设计规范要求, 设计变形缝时起码龙骨间的距离要和土建变形缝大小一致, 满足第三水准要求;易挤压破碎掉落的面板间距离可以根据第二水准计算确定;中间过渡材料可采用弹性材料 (比如橡胶) 或采用较薄的金属板材, 最好可以水平滑动。
3. 幕墙龙骨系统对抗震性能的影响
一般钢结构支撑系统抗震性能较好。
二、结束语
面对近年频发的地震灾害, 建筑结构安全越发引起高度重视, 幕墙作为建筑物的外围护结构, 其安全性更不容忽视, 我们一定要贯彻国家抗震规范, 做好幕墙抗震设计, 确保其完整和安全的使用功能。
参考文献
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011一2001 (2008年版)
[2]《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223一2008
单元式幕墙构造要点解析 篇4
建筑防水一直是建筑功能完整实现的一个重要前提。单元式幕墙的安装方式主要采用上下插接、左右插接两种,无论采用何种安装方式,从其结构构造来说,都必须满足在整个使用周期中不能够出现漏水、漏风;从安全使用角度来说,则必须满足防雷、抗震等基本要求。本文以此为切入点,重点解析单元式幕墙的防水密封构造要点。
1 单元式幕墙防渗漏构造设计
以某一实际高层建筑为例,根据建筑特点及构造尺寸,设计出单元体幕墙主受力构件构造。构造荷载承受能力应能满足相关规范的要求。在此基础上,进一步考虑单元式幕墙的安装方式(左右插接还是上下插接),并按照选定的安装方式选择EPDM胶条的形状。统一使用常规形状的EPDM胶条或EPDM胶条形状选择不当,都可能造成系统防渗构造失效,产生漏水、漏风隐患。
具体来说,当选择左右插接安装方式时,应同时选择EPDM爪型胶条进行搭接处理。它可以根据不同的左右插接顺序,扭转单爪的方向;同时,安装位置确定后,单爪将发挥胶条自身的弹性特点紧密与铝合金结构面接触(图1)。
当选择上下插接安装时,若仍选用EPDM爪型胶条,板块插接时就会出现单爪胶条发生扭曲、不能与铝合金结构面完全充分接触,从而产生漏水、漏风的隐患;应选用EPDM柱型空心胶条,以保证整个单元体构件能够承受更高的弹性压缩量,满足构造空间的压缩、安装要求(图2)。
EPDM柱型空心胶条也可以用于左右插接安装方式,但当胶条在固定槽口内搭接量不充分或在槽口内的固定不特别牢固时,会发生胶条脱离安装槽口现象。
2 单元式幕墙的安全封边设计
常规构件式幕墙,无论采用明框或隐框形式,都是框架与装饰面板分阶段安装;而单元式幕墙则多为整体安装。因此,构件式幕墙即使出现装饰面板损坏,可从建筑外墙部位进行更换;而单元式幕墙装饰面板的更换却有一定的难度,这就要求设计人员在设计时进行充分的“安全保护构造”,保证其面板不容易被损坏。对于明框单元式幕墙而言,由于在幕墙外侧已经设计了外露金属边框,不仅起到一定的装饰作用,还能沿玻璃板块的周边形成封边,起到保护玻璃的作用(图3),上述“安全保护构造”要求已经存在。
对于隐框单元式幕墙而言,想要达到同样的外饰面效果,除了需要进行玻璃的安全封边设计,确保单元板块在工厂生产、运输及现场安装过程不会因为边部磕碰导致损坏;还要进行合理的结构计算,选择合适的结构密封胶,确保玻璃板块不会由于粘接失效导致坠落事件;并在单元板块外侧选择耐候密封胶进行全密封处理,确保整个单元板块的防水、密封性能(图4)。
3 单元式幕墙层间插接构造
单元式幕墙层间插接构造示意见图5。不难发现,单元体板块的四周边都设有EPDM胶条、形成典型的弹性插接构造。板块之间无论是上下,还是左右,均不具有互相传递热能、电能的能力,能够满足单元板块的密封构造要求。
考虑到单元式幕墙主要用于高层、超高层建筑,有些甚至是地标性建筑。从安全角度分析,通常还会在单元体幕墙防雷区域内,设置贯通的柔性导线,使得幕墙所有板块都相互连接,具有防雷安全(图6)。
4 开启窗扇构造设计
开启窗扇的构造要保证通风、隔声等要求,密封是关键。
常规构件式幕墙的开启窗一般采用金属铰链进行固定安装,由于金属铰链质量不统一、金属铰链断裂导致开启窗扇在使用过程中突然脱落的事件也时有发生。单元式幕墙本身品质较高,其开启窗的构造建议采用挂钩方式,且偏向采用内挂钩设计,避免出现挂钩脱落的隐患。开启窗的防水则通过开启密封和构造排水共同完成,在开启窗的上部采用隐蔽式EPDM密封胶条,阻止雨水的正常流入;在开启扇边框上设计一圈闭合的有组织集水槽,即使仍有少量渗水也可经集水槽分别流入两侧竖向线路,由集水槽的底部排出室外(图7)。
5 保证粘接安全的其他构造设计
仅从外表面来看,单元式幕墙同构件式幕墙具有几乎同样的建筑效果,都具有竖向分格、横向分格装饰效果;都具有竖向主受力龙骨构件、横向水平龙骨构件。但二者在龙骨构造上却具有较大差别。
构件式幕墙的主受力竖向龙骨是一支单独的竖向龙骨,采用简支梁体系悬挂在建筑主体结构上;上下主受力立柱的接口处恰好设在建筑层间梁位置;并在层间梁上下适当的位置设置水平横梁,即竖向主立柱伸缩接口处没有水平横梁结构(图8);立柱与玻璃附框之间采用EPDM胶条搭接处理,中空玻璃通过合适的结构胶固定在玻璃附框上。这样的构造用于高层建筑时,如遭遇沿纵向、横向较大的变形及位移(如地震),很难满足变位要求。
单元式幕墙的主受力竖向龙骨由左右两支立柱插接组成;同时,在安装构件上增加防脱落构造,在铝合金转接构件上设置限位构件孔,插入限位构件控制单元板块的位移,这样设计不仅可以让所有单元板块都完全简支,更能在不同的方向预设出满足要求的变形、位移量,保证了单元式幕墙在使用过程中的粘接安全(图9、图10),并具有更好的抗震效果。
6 结语
按照目前建筑市场的发展趋势,我国还会出现更多的高层、超高层建筑,单元式幕墙由于构造安全、施工周期短的特点,应用也会更加广泛。本文仅从防水、密封、防雷、抗震等角度对单元式幕墙进行了简单的构造设计分析;而其生产、施工过程中可能出现的许多不可预计事件,以及使用过程中一旦幕墙单元板块出现问题,如何快速更换等问题,同样需要从业人员解决。希望广大幕墙从业人员不断总结经验、攻克技术难题,最终建成符合社会发展需求的单元式幕墙工程。
摘要：单元式幕墙具有施工周期短、安全性高的特点,其安装方式主要采用上下插接、左右插接两种。无论采用何种安装方式,从其结构构造来说,都必须满足在整个使用周期中不能够出现漏水、漏风;从安全使用角度来说,则必须满足防雷、抗震等基本要求。本文以此为切入点,重点解析单元式幕墙的防渗漏构造要点。
关键词：单元式幕墙,防渗构造,上下插接,左右插接,EPDM胶条,密封胶
参考文献
浅谈单元式幕墙的构造设计 篇5
澳门新葡京酒店作为澳门特别行政区的地标, 楼高44层228m, 采用上阔下窄的设计, 外形犹如一朵盛开的巨大莲花。新颖的造型预示着幕墙的构造会相当复杂, 是一个典型的案例。
2 幕墙形式的选取
选用单元式幕墙是对以下几方面考虑的结果:
⑴酒店位于澳门的中心闹市, 施工场地有限, 不能在现场铺开构件作二次组合安装;
⑵澳门工人劳动力成本高, 如采用对现场工人安装水平要求相对较高, 安装工时相对较长的构件式幕墙, 对成本和工期控制很不利;
⑶复杂的造型, 使渗漏的机会增加, 对幕墙质量的控制提出更高的要求, 选用什么构造形式的幕墙, 是这个项目成功与否的关键。
单元式幕墙就能很好解决以上的问题。它分为两个部分:安装在大楼主体结构上的支座码件, 和一个个在工厂加工好的幕墙单元。安装流程是这样的:浇注主体结构时, 工人把槽型码件预先埋在混凝土里, 结构完成后, 模板和棚架都可以拆除。把码件固定到槽型预埋件上, 并调整到设计的标高, 通过带牙的T型螺栓调整到预定的平面位置, 码件的安装就完成了。幕墙单元是在
工厂加工和组装的, 每个单元都有自己的编号, 生产出来后运到工地现场, 对应图纸上的位置, 把对应编号的单元通过吊机吊到指定位置的支座码上挂好, 室内的工人用螺丝把幕墙单元锁紧在支座码上, 而室外的工人通过刷窗机的吊篮作业, 用硅酮耐侯密封胶把单元与单元之间的缝作密封处理, 整个安装过程就完成了。如果发现单元有损坏或者尺寸不符合要求, 就整个单元直接运回工厂处理, 在工地现场基本不对单元作加工。
3 支座码及挂码的构造设计
幕墙作为建筑的外围护结构和装饰性结构, 由支承结构体系与面板组成, 并能相对主体结构有一定位移能力, 不分担主体结构所受作用。而支座码则起到连接幕墙单元和主体结构的作用, 对于幕墙来说, 它是基础, 直接影响到幕墙体系的安全和外观质量, 在幕墙的四性中, 起到决定性的作用。
如何设计才能满足以上的要求呢, 首先要解决地台码在平面上即XY方向上的位置。由于混凝土模板精度问题, 安装时会存在误差, 导致钉在模板上的槽型预埋件会有位置上的偏差。正常误差范围在±25mm以内, 而幕墙的允许偏差则只有±1mm, 因此就要求支座码起码具备±25mm的调节能力了。并且安装精度要高, 能在调整到位后有效地固定下来, 而且操作要尽量简单, 减少施工工序、劳动量和劳动强度;码件的加工也要简单。
X方向的调整, 主要是靠槽型预埋件和T型带牙螺栓来实现的。从图2左下角的放大大样可见, 在槽型预埋件的内侧带有牙, 每格牙的间距是1mm, 对应T型螺栓上也有同样的牙, 刚好可以配合扣紧, 而钢槽和螺栓的尺寸是经过结构设计计算的, 并由专业厂家订造, 完全可以满足幕墙单元使用过程中产生的恒载和风荷载。安排两粒T型螺栓, 可以使码件不会绕Z轴转动。
Y方向的调整就靠地台支座码和带牙的铝垫片了。两者都是T6的铝型材, 具有比一般铝型材高的强度, 上面的牙的间距同样是1mm。在地台支座码上开了两个长圆孔, 它的长度就是码件能够调节的范围, T型螺栓在这个范围内可以自由活动。为了能够方便加工钻孔时能对中, 在带牙铝垫片的中线上特意留了一条小凹槽。当X跟Y两个方向的位置都调到设计要求时, 就把T型螺栓拧紧, 既不需要烧焊, 又不会翻松, 如果发现错误需要再调节, 只要松开螺母就可以, 操作非常方便。
最后是Z方向的调整。从图3就能清楚地了解上下调节是如何实现的。主要分两部分, 固定在幕墙单元上的铝挂码A, 和挂在地台支座码上的铝挂码B。A和B挂码是配套使用的, 先把调位螺栓扣进挂码A, 再套到挂码B里, 穿上方型铝垫片, 通过调节螺母, 就能实现Z方向的调节, 之所以用两个螺母, 是为了当下面的螺母调整到位后, 第二个螺母把第一个螺母逼紧, 不让它翻松。使用这套设计, 幕墙单元在Z方向上的调节范围可以达到±50mm。
出于对整栋塔楼造型复杂, 幕墙单元与垂直方向之间的夹角每层都有变化的考虑, 地台支座码与铝挂码的接触面选用圆型轴, 这样的处理, 面对各种角度, 都不会出现接触点局部应力集中的问题, 受力均匀合理。
码件调节好, 幕墙单元挂上地台码, 到达设计预定位置后, 最后一个步骤就是现场钻孔, 攻牙, 然后把限位螺丝装上并拧紧;在地台码上也钻孔, 把限位铝角装上, 至此, 就完成幕墙单元码件部分的安装了。
整套系统安全可靠, 产品的质量稳定, 具有三维空间调节功能, 可以吸收较大的建筑误差, 具有较大的调节余量, 连接灵活, 较少施工工序, 无需烧焊, 消除了火灾隐患, 而且体积小, 重量轻, 节省了材料, 直接降低了成本。
4 水密和气密的构造设计
单元式幕墙是通过对插实现接缝的, 图4是完成了下面一层单元的安装, 上面一层从左往右安装时的状态, 可以想象当右面一个单元都装上去后, 在四个单元的共同交接点上, 就会有一个洞, 把室内和室外连通, 做好这个洞的密封, 成为整个设计的关键问题。这个问题主要通过两方面来解决, 首先在型材截面设计上, 要做好配合, 如图5所示;然后再在接缝的构造设计上想办法。
幕墙发生渗漏要具备三个要素, 分别是:幕墙面上要有缝隙;缝隙周围要有水;有使水通过缝隙进入幕墙内部的作用。其中水和缝隙是无法完全消除的, 只有通过消除作用来使水不通过外避缝隙进入等压仓, 这就是雨幕原理。从图5可见, 底横料跟水槽料组装后, 加上胶条和装饰线, 就形成ABC三个腔了, 其中A是跟户外连通的, 这个就是等压仓, 胶条内外侧连通, 压力相等, 水就不会进入到A腔。水槽料的外侧设置了雨披, 就算在阵风作用下, 有部分水进入了A腔, 也不会积存, 可以立即排出。而公母竖料组装后, 加上胶条和装饰线, 同样就形成几个腔, 分别是DEFG, 其中D是等压仓。多腔的设计是为了使室内外的压力差能逐级减压, 提高气密和水密性能。
装饰线上面的胶条也要注意, 要保持离边距离的一致, 这样才能使横竖方向的胶条在单元转角处能接上, 形成闭合圈, 全部单元组装起来就形成了一个档水面。
在十字缝的位置, 竖料需要开个缺口避开水槽料的一边翼缘, 还要考虑到层间相对运动产生的位移, 要预留20mm的活动空间, 所以需要设计到当竖料开完缺口后, 水槽料的翼上的胶条刚好可以压到竖料的壁, 不会出现穿孔, 如图6。由于水槽的翼缘顶到雨坡有50mm的高差, 水是不能爬升上去的, 但气体就可以从这个孔通过, 所以在单元交接处放一段150mm长的气密泡沫 (图4的02) 阻隔空气的流动。至于左右两条水槽料之间的缝隙就用硅酮耐侯密封胶密封 (图4的04) , 使水槽能绕整栋楼走通一圈, 起到对水的分层集水的作用, 避免水沿全高下落越往下水层越厚, 最后漫出水槽进入室内的情况发生。前端的缝出于美观的考虑, 先用一块100mm的三元乙丙橡胶片封口, 保持雨披的坡度, 周围再打上硅酮耐侯密封胶 (图4的01) 。
5 排水的构造设计
由于幕墙把室内和室外隔开, 与室外的环境温度相比就会产生温差, 就会使空气中的水蒸气凝结成水滴, 这些冷凝水附着在玻璃上, 如果没有留进孔道排走, 就会积在幕墙单元的空腔内, 既影响外观, 又影响幕墙的使用寿命。
排水路线的设置也有讲究, 不能太短, 太短的话当风压大时, 雨水会被倒灌进幕墙内部, 不但起不到排水的目的, 反而成了渗漏的源头。所以要有组织地排水。
这里采用分层排水, 以一层作为个排水段。首先在中横料截面设计时, 在上表面留有集水槽, 在竖料的侧面钻了对应的排水孔, 让水进入竖料的后空腔并引流到下一层单元的水槽料;在荷载的作用下, 水槽料的中点是最低点, 所以在这里留了个长圆的排水孔, 使水流流到水槽料的前腔内 (图7线路a) ;接下来水又会分开左右流回到水槽前腔的两端, 那里也留了圆孔, 让水流进竖料的前腔, 经过一个标准层的行程, 水流到下一层的水槽料的前端雨披上, 直接排到室外 (图7线路b) , 完成整个排水过程。
6 防噪音的构造设计
幕墙因热胀冷缩和风荷载的原因, 单元与单元之间金属相互接触的地方会产生摩擦噪音。而这与相对高档的幕墙建筑很不协调, 特别是作为高级酒店的幕墙, 客人晚上睡觉会受到这些摩擦噪音的影响。因此, 如何防噪也应该体现到幕墙的构造设计上来, 一般在公竖料和水槽料的胶条附近设有凹槽, 穿上PVC条, 使铝型材不会直接接触并缓冲了震动。而新葡京的这套铝型材没有把防噪设计考虑进去, 可以说是设计上的一点缺陷和遗憾。
摘要：本文以澳门新葡京酒店塔楼单元式幕墙的设计为例, 阐述单元式幕墙的构造设计, 其中需要考虑到的包括安全性、水密性、气密性、平面内移动、安装、维修等多个方面的问题。
探讨单元式幕墙防水构造设计要点 篇6
建筑幕墙是目前建筑工程主要的外墙结构之一,是集功能、技术与艺术为一体的综合性建筑外围结构物。就当前的工程项目而言单元式幕墙是一种高等级、高档次和新型建筑结构物,作为一种高等级建筑外墙结构而备受人们欢迎与青睐。随着社会经济和建筑市场的不断发展,幕墙市场对于高水准、高质量和高等级的幕墙设计提出了更高要求。同时,各种新的幕墙结构形式不断涌现,以单元式幕墙设计作为幕墙设计工作人员研究的重点而成为引导市场、指导发展的关键。通过多方面的比较分析,当前的幕墙结构中单元式幕墙具有代表性作用,是促进幕墙市场发展和进步的基础。但是就目前单元式幕墙的开发设计而言,由于企业工作方式和工作技术水准还存在着一定的差异而无法满足市场需求,与市场发展中存在着严重的脱节现象,以致于在工作的过程中存在着严重的水密性不达标问题,进而影响了单元式幕墙在当前建筑工程项目中的推广与应用。
2 单元式幕墙水密性概述
水密性一直以来都是建筑工程项目设计与施工的重点,尤其是在幕墙节点工程中,这种现象表现的尤为明显,其水密性高低直接影响着工程质量与施工效率。在当前社会发展中,90%的幕墙产品需要在施工后再经过修复方可进行良好的应用。同时就目前的工程项目统计得出,多数工程项目在施工的过程中还存在着水密性不佳和漏水现象。为了解决幕墙工程中存在的水密性问题,多数学者与工作人员对防水原理进行了深入总结与分析,并提出了相对完整的设计理论和知识。目前较为常见的主要有雨幕原理和压力平衡原理。
2.1 雨幕原理
雨幕原理是当前幕墙设计中最为常见的设计工作流程之一,是通过雨天雨水对幕层造成的影响进行分析,结合各种科学技术深入总结如何合理的将这些雨水阻挡在幕墙之外。当前,雨幕原理被广泛的应用在接缝部位的处理工作中,由于在当前的接缝工程中,通常都是在其内部设置一定的空腔,而这些空腔的存在造成了内部压力与所有部位之间形成了一种等压状态,这种状态的存在可以有效的将外部存在的雨水阻挡在墙壁之外,避免了雨水对于墙体结构中造成的侵蚀。其在应用中需具备的条件主要有:幕墙面上必须设置一定的缝隙和空腔;缝隙和空腔的周围存在一定的水分,能够使得水通过裂缝进入幕墙的内部空间进而发生相应作用。这三个因素的存在是相互作用、相互制约,进而形成一套统一的整体。
2.2 压力平衡原理
在设计中,是否只要能够做到压力平衡就能够确保幕墙密封性达到相应的设计标准,这一问题在目前的设计工作中还存在着一定的疑问。实际上在目前的幕墙工程中,设计工作通常都容易受到其他因素的影响而无法达到合理的等压状态。这主要是由于自然界中的风压、气压和其他压力引起的室内外压强变化,从而引起压力波动。这些压力作用在幕墙表层而引起幕墙外表分布的不平衡和不完整。
3 单元式幕墙防水系统设计要点
单元式幕墙作为一项技术与艺术综合性高技术结构,其设计质量直接影响着建筑结构的安全性、经济型、工艺性和施工维护简单的优势。然而这个系统模式是一项整个系统复杂的工作模式,其在工程设计中涉及到许多的知识,也牵涉到工程施工项目的各个方面,因此就需要在工程设计中对各方面专业知识和技术要求进行全面阐述。
目前,单元式幕墙在设计中存在着各种不同程度的难题与隐患。就设计要点来看,其存在的水密性和气密性问题较为突出。同时,这些问题的存在也表明单元式幕墙设计工作还存在着一定的缺陷与不足,需要我们在工作中进行深入总结与分析。
当前,多数单元式幕墙工程施工都是在厂房中进行组装、设计和生产的,一般只是在现场进行直接安装到相应的主体结构上。这种设计与施工方法无论是从插接还是对接上都存在着一定的不足和隐患,极容易造成工作中的隐患。因此,要在工程项目中对于单元板块之间的接口层进行严格处理和密封。当前工程设计处理分析中,对自由缝腔内的气体进行严格分析,并对室外气压相等,进而避免压力的不均匀将水分与水流送入空腔。
3.1 型材断面构造设计的合理性
在设计中,对型材断面的选择与参数的控制是十分重要的,是整个工程领域中的核心。型材断面的设计不仅决定着单元式幕墙施工安全和施工效益,而且更是直接关系着其工艺和功能的发挥。一般情况下,在设计过程中还要对于其物理性进行全面总结与深入分析,统计其相关的物理参数,进而为设计工作人员提供科学合理的数据参数。
3.2 胶条合理设计
在设计中,胶条的设计也是非常重要的一个环节。它决定了单元式幕墙的水密性、气密性以及幕墙防水性能的耐久性。目前,工程上所用的胶条大多存在一些问题。究其原因是对胶条的产品性能缺乏了解,胶条的断面设计存在不合理现象。事实上,胶条的材质、延伸率、压缩量以及断面形式都很关键。单元式幕墙密封性胶条主要是三元乙丙(EPDM)胶条,这种材料具有卓越的耐臭氧老化性、耐气候老化性、耐热老化性、耐水性,还具有较好的耐化学药品性,可以长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用。EPDM橡胶有很多种牌号,不同的牌号各有不同的特点,因此,可以说三元乙丙橡胶的化学成分及配方决定了胶条的使用环境和工作性能。
但含胶率过高,成本会提高,同时材料的性能也同样变差。其中,补强剂、硫化剂、增塑剂并不仅仅起到降低成本的作用,只要加入适量,比例得当,就能够改善材料的性能。
4 结语
建筑幕墙在我国随着高层/超高层建筑物的增多而增多,几乎哪里有高层建筑哪里就有各种幕墙。国外发达国家幕墙业经历百余年的历史,而在我国仅用了十多年时间即迎头赶上。从大的城市直至部分乡镇,均可看到各种形式的幕墙,因此对其防水设计就显得尤为重要。
摘要：单元式幕墙的出现与应用是建筑幕墙发展史上的一大创新,是一个新的里程碑。单元式幕墙概念的提出为建筑工程设计师幕墙设计提供了一个广阔的设计舞台。就目前工程项目施工设计而言,是否达到了过去人们所要求的高质、高效率和高档次要求是人们关注的重点,也是幕墙工程施工质量保证依据。在单元式幕墙设计中,其水密性问题一直以来都是摆在设计工作人员面前的主要问题之一,其质量高低直接影响着工程效益与寿命。本文就单元式幕墙防水设计中存在的各方面问题进行了深入总结与分析,从设计、施工以及相关检验的基础上提出了新的施工标准和设计要点。
平板玻璃厂贮仓设计与构造 篇7
1 贮仓的设计与构造
1.1 物料特性
贮仓是为玻璃生产工艺服务的,物料的物理特性参数包括重力密度、内摩擦角及贮料与仓壁之间的摩擦系数等,是计算贮料作用与仓壁上压力的重要依据。贮料的特性参数受颗粒形状与级配、含水量等因素影响,造成同一物料的物理参数有差异。《平板玻璃厂设计规范》中常用原料特性指标见表1。
各物料的摩擦系数μ对混凝土板和钢板不尽相同,缺少实验数据。根据经验,对混凝土板而言摩擦系数可取0.4～0.55,对钢板而言可取0.3～0.4。
1.2 贮料压力
考虑贮料在仓壁产生的摩擦力对其水平侧压力的影响,将筒仓区分为深仓与浅仓,压力计算公式略有不同。深浅仓的划分标准是贮料的最大计算高度h与矩形筒仓的短边(或圆仓的直径)b之比来划分,即h0/b<1.5时为浅仓,h0/b≥1.5时为深仓。贮料计算高度h值确定的正确与否,对贮料压力有很大影响,取值应符合下列规定:1)上端:贮料顶面为水平时,按贮料顶面计算;贮料顶面为斜坡时,按贮料锥体的重心计算;2)下端:仓底为钢筋混凝土或锥形漏斗时按漏斗顶面计算;仓底为平板无填料时,按仓底顶面计算;仓底为填料做成的漏斗时,按填料表面与仓壁内表面交线的最低点处计算。所以在计算钢仓压力之前,需判别贮仓的种类,应用不同的压力计算公式。
1)深仓中,贮料作用于仓壁单位面积上的水平压力ph、仓底或漏斗顶面单位平面竖向压力pv、漏斗壁单位面积上的法向压力pn,按下式计算
式中,Ch、Cv为深仓贮料压力修正系数;γ为贮料的容重;k为侧压力系数(k=tg2(45-ϕ/2));s为贮料顶面或贮料锥体重心至所计算截面处的距离;Kvs为摩擦折减系数;ξ为法向压力系数(ξ=cos2α+ksin2α)。
深仓的计算结果有两点注意:(1)仓底的总竖向压力值不大于贮料的总重,pv≤γh;(2)漏斗壁中单位面积法向压力,在漏斗高度范围内均取漏斗顶面之值。
2)浅仓中,贮料作用于仓竖壁单位面积上的水平压力ph、仓底单位平面竖向压力pv、漏斗壁单位面积上的法向压力pn,按下式计算
式中,C为贮料直接卸入浅仓时的冲击影响系数,采用皮带装料时取1;γ为贮料的容重;k为侧压力系数(k=tg2(45-ϕ/2));s为贮料顶面或贮料锥体重心至所计算截面处的距离;ξ为法向压力系数(ξ=cos2α+ksin2α)。
当浅仓的h/b接近1.5时,应按深仓的公式复核贮仓水平压力,取二者计算结果的较大值。
1.3 结构布置与内力计算
贮仓的仓壁、漏斗及边梁整体连接时,其计算模型可简化为由薄板、杆单元组成的一个空间体系,在荷载作用下,它们参与结构共同受力。单贮仓的仓壁及角锥漏斗壁在物料作用下的内力计算,包含以下内容:1)在仓壁平面内,水平、垂直的拉力计算;2)在漏斗壁平面内的斜向拉力计算;3)仓壁、漏斗壁平面外的弯曲计算;4)仓壁、漏斗壁平面内的弯曲计算。
在钢仓中,钢仓竖壁及斜斗壁布置角钢水平加劲肋,按平面封闭框架计算。该肋承受相邻竖壁或斜壁传来的水平拉力,以及壁板传来的水平或法向压力引起的弯矩。水平加劲肋间距可视为斜壁的弹性支点,其间距为壁板的计算跨度。水平压力的传递路径为:物料压力作用在薄钢板上,薄钢板传递到水平加劲肋上,水平加劲肋为自平衡的封闭框架。物料的重力通过仓壁薄钢板直接传递到仓的支承结构上。
混凝土仓壁平面外的弯曲,按周边支承板在三角形荷载作用下进行计算。竖壁与框梁、框柱连接时,可作为固定端。当仓平面尺寸为矩形,若长短边之差小于20%时,竖壁之间按固定考虑,反之则按弹性嵌固考虑。矩形群仓仓壁除应按单仓计算外,尚应计算在空、满仓不同荷载条件下的内力。内力的计算可参照《钢筋混凝土筒仓设计规范》GB50077附录G的方法。
1.4 构件设计
在物料压力作用下贮仓,按照承载能力极限状态和正常使用极限状态设计,需对各构件进行承载力、挠度和裂缝的验算,以满足规范规定。
1.5 贮仓构造
1)仓内衬:
平板玻璃厂中贮料仓,根据所存物料的不同,选择不同的内衬。混凝土贮仓中的物料在排料过程中,贮料会对仓壁产生很小的磨损作用,可利用加厚的混凝土保护层抗磨,不宜采用普通砂浆作为内衬,以免砂浆脱落,混入原料,影响玻璃质量。存储碎玻璃的仓受到磨碎程度最大,混凝土壁的受摩擦一面的保护层应加厚20 mm兼作内衬。钢斗的内衬采用高硬度的复合耐磨钢板,应根据壁板的受磨损程度选择耐磨层厚度。存放碱性物料的贮仓,防止物料对钢斗的腐蚀,一般采用聚乙烯PE板材,这种内衬摩擦系数小,化学稳定性也较好,但是这种内衬与结构材料变形不协调,气温温差较大时,衬板易大面积脱落,并且该材料属于易燃物,所以,PE板应限制或不应作为仓的内衬。
2)
原料车间群仓,在筒仓下环梁与竖壁交接处,常常形成死料区。可采用轻骨料混凝土填充,形成比物料的自然休止角大5°的塌陷角,使物料可以自动排除贮仓。
3)
钢仓设置的水平角钢加劲肋与壁板形成组合截面,形式见图2。水平加劲肋形成封闭框架,转角处加劲肋之间采用对接焊缝,见图3。
4)钢仓壁开洞构造:
当仓壁应工艺要求需开设排废洞口时,需在洞口周边设置角钢加劲肋以抵消仓壁开洞引起的仓壁整体削弱,洞口周边物料压力通过角钢加劲肋传递至上下水平加劲肋。洞口周边加劲肋应根据洞口的大小选择角钢或钢板,洞口加劲肋应与仓壁削弱部分等强,通常应保证洞口角钢加劲肋的截面积大于该方向仓壁削弱的截面积。
5)钢仓的隔热防护:
投料钢仓安装在投料池前,受其高温辐射的影响。料仓长期在高温条件下工作,钢材的弹性模量和强度设计值要按照《建筑钢结构防火技术规范》(CECS200:2006)的要求进行折减。钢仓受高温的辐射面及两侧面应采取隔热措施,如设置钢板防护罩,或采用隔热材料包裹构件处理。此处若处理不当,料仓的热面会在贮料压力的作用下变形外鼓,形成较大的变形,影响正常使用。
6)防贮料的冲击:
玻璃厂的一些大块喂料仓,常采用翻斗车机卸料,物料对仓的冲击很大。为阻止一些超规格的大物料和杂物进入贮仓,减小磨损,可在仓口设置钢格栅,在仓壁上铺焊与贮料流动方向一致的角钢或钢轨内衬。
1.6 施工安装
贮仓的施工,难点在于混凝土与钢两种建筑材料的连接节点。座式钢仓斗与支承结构连接的节点形式,易于吊装安装,所以施工质量控制得较好。而支承结构梁下预埋螺栓或钢板,钢斗吊挂其下的节点形式,对支承梁混凝土的浇筑质量、埋件的焊接质量有更高的要求。某玻璃厂出现过贮仓满料后,钢锥斗脱落,后调查事故原因,就是埋件锚筋的焊接制造出现了问题。
2 计算实例
玻璃熔窑是玻璃厂的心脏,是生产玻璃的关键热工设备,玻璃的熔制过程就是在玻璃熔窑中进行的。窑头钢料仓起缓冲给配料的作用,即接受原料系统的配合生料,又向投料机输送生料,从而将生料投入熔窑。因钢料仓只起缓存作用,生料贮存量不大,配合熔窑投料池的入口尺寸,故此仓的平面形状为矩形,长短边之比可达到4.5,本例钢仓的几何特性见图4。此处不考虑钢材在高温条件下的强度、模量折减。投料钢仓贮料装至仓顶,计算高度h下端取到10个出料小锥体的上平面。投料钢仓中的生料容重γ=1.15 t/m3,安息角35°。
承受贮料的水平压力。钢梁需在腹板范围内设置的水平、垂直钢板加劲肋,不仅是钢梁的构造要求,还要承受水平压力的作用。另在两梁的下翼缘焊接若干型钢,以抵抗物料的水平压力。由于压力效应对水平加劲肋环箍跨度的作用为平方关系,为减小水平加劲肋的计算跨度,在两长跨之间设置若干角钢拉杆。
该例中,按前述浅仓压力公式,计算截面3、4之间的壁板:
侧压力系数:k=tg2(45-ϕ/2)=tg2(45-35/2)=0.271;
法向压力系数:ξ=cos2α+ksin2α=cos262°+0.271×sin262°=0.431;
N=(1.2×2+1.3×9.33×11.5)/(2×sin62°)=80(kN/m) (取单位长度计算,不考虑重心位置因素);
计算截面3处的水平加劲肋在单位贮料压力作用下的内力,见图5,图6:
ph=0.271×11.5×3.6=11.22(kN/m2);
Nh=(1.3×11.22×0.7)×1.3=13.27(kN);
Mmax=(1.3×11.22×0.7)×0.49=5.0(kN·m);
选用角钢L100×63×10查表:
Iv=1 177(cm4),A=45.47(cm2),W=119(cm3);
水平加劲肋强度及挠度为
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仓中设置的角钢拉杆承受的拉力为:F=2.04×10.2=20.8(kN)
选用等边角钢L100×10,A=19.3(cm2);
F/A=20.8×103/1 930=10.8(N/mm2)。
该拉杆虽然承受的拉力很小,但是它直接影响水平加劲肋的计算跨度,任何一个拉杆的屈服或连接节点的破坏,都将改变封闭框架的计算跨度,引起弯矩急剧增长,最终造成钢仓的屈服变形。曾有玻璃厂窑头料仓的中间拉杆出现问题,料仓进料后就发生大变形,影响正常生产,这必须引起设计与施工的重视。
3 结 语
贮仓结构随着计算力学和计算手段的发展和进步,其设计与构造也在不断改进和更新。我们在设计的过程中采用的技术条件和应用系数等,都应以国家现行的各类技术标准、规范和规程为依据,设计出既安全、经济,又耐用的贮仓结构。
摘要：文章介绍了平板玻璃厂贮仓设计中常见物料参数的选择、贮仓的结构布置以及贮仓的一些特殊构造,简略计算了窑头钢仓的内力以进行构件设计。
关键词：贮仓,结构布置,窑头钢仓
参考文献
[1]GB50435—2007,平板玻璃工厂设计规范[S].
[2]GB50077—2003,钢筋混凝土筒仓设计规范[S].