建筑幕墙抗震构造设计

胡向群

【摘 要】在地震的影响下，社会大众对建筑的抗震性能要求也越来越严格，幕墙作为提高抗震能力的关键，如何进行有效设计，使其抗震能力得到提升有了更为积极的要求。本文对抗震构造设计的相关要求进行了简单分析，并对如何进行抗震设计提出了几点看法，旨在为建筑幕墙抗震构造设计提供更加可靠的理论依据。

【关键词】幕墙；抗震构造；设计

1幕墙抗震构造措施

对于竖直的建筑幕墙，风荷载是主要的外作用力，而建筑幕墙自重较轻，即使按最大地震作用系数，也不过是0.1～0.3kN/㎡，远小于风力。但是，地震是动力作用，对连接部位会产生较大的影响，若是变形大的话会导致幕墙脱落，倒塌。所以，在幕墙设计中除计算地震力外，构造上应充分考虑抗震要素。

抗震设计的一般原则：

1.）幕墙作为建筑的外围护结构，不分担主体结构的荷载和地震作用。

2.）幕墙及其连接件应有足够的相对于主体结构的位移能力，避免在地震作用下产生过大的变形和破坏。

3.）抗震设防采用三个水准，一是在常遇地震作用下（比设防烈度低1.5度）玻璃不应产生破损，幕墙应保持完好。二是在在中震作用下（相当于设防烈度），幕墙不应有严重破损，一般只允许部分玻璃破碎，经修理后幕墙仍可使用。三是在罕遇地震作用下（相当于比设防烈度高1.0度），幕墙必然会严重破坏，玻璃破碎，但幕墙骨架不应脱落，倒塌。

进行抗震构造设计时，若选择玻璃幕墙，就需要对幕墙所依附的建筑物主框架以及本身设防等方面进行综合考虑。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。幕墙本身设防则主要是对设防烈度地震作用，以及在该组合荷载的影响下，幕墙构件不会出现残余变形以及面板不会出现破损现象。在进行抗震构造设计时，应当通过二个阶段以及三个水准来进行设计，并且第二水准的烈度地震作用应当是第一水准地震烈度的3倍以上。在对第二水准弹塑性位移进行设计时，可结合众值烈度地震作用，运用弹性防范对楼层层高以及层间位移之间的对比来进行折算，这就能够获得幕墙平面内变形临界值的对应值。通过上述分析表明，针对幕墙平面内变形性能的建筑结构与要求均有着非常紧密的联系，也就是说，在对进行幕墙抗震构造设计中，需要结合结构类型的不同，来进行幕墙的综合设计，使其能够更加贴合实际需要。

楼层层间最大位移与层高之比的限值可参照下表

层间弹塑性位移角限值

注：①表格中△u/h所表示的是弹性层间位移角，其中△u主要是指最大弹性层间位移量，而h则表示层高。②线性插值系数主要是对高度在15m-250m之间的建筑物，其层间位移角度能够达到1/500以及1/800（1/1000）的线性插值。在罕遇地震作用下，混凝土结构的层间弹塑性位移应满足以下条件：△u/h≤[θp]。

平面内变形性能分级指标γ应符合下表的要求

在罕遇地震作用下应对结构薄弱层进行弹塑变形验算。在抗震设计时，幕墙的抗震能力指标值应当在主体结构弹性层间位移角控制值的三倍以上。需要注意的是，当建筑结构为多、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，以此更加适宜钢结构的柔性变动能力。

在幕墙处理中，可通过伸缩、位移、变位等能力来进行处理，例如：横梁与立柱之间的伸缩缝、玻璃的结构胶粘接、胶垫软接触等，使得幕墙构建不会受到来自地震的影响，故能够更好的保证幕墙自身结构，促使建筑的安全性和完整性得到最大程度的提升。

2不同幕墙体系的构造要求

2.1铝合金玻璃幕墙

铝合金玻璃幕墻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。铝合金玻璃幕墙一般有两种主要的幕墙体系：一是单元式幕墙，幕墙板块在工厂组装好，以单元的形式运到工地可直接安装。另一类是框架式幕墙，所有构件都在工地安装。

单元式幕墙采用对插接缝，使幕墙对外界因素的变形适应能力更好。每个单元板块与其相邻的上下板块，左右板块之间都留有足够间距的伸缩缝，在地震作用下，建筑物产生层间变位时，有一定空间可以让上板块向下运动，这样能防止板块因挤压而变形。又因为上下板块的横梁有一定的搭接长度，上板块也不会脱出原来的位置。同样，结构发生侧向变形时，左右板块之间的伸缩缝也可以避免板块之间相互挤压而变形。单元式幕墙平面内变位带有随机性，板块之间的留缝大小是抗震的关键所在。缝太大，板块容易脱出幕墙平面，缝太小，板块就会相互挤压，所以，在做单元式的幕墙设计时一定要计算垂直缝与水平缝的大小。

规范规定，立柱的搭接长度应不小于10mm，以适应温度及地震作用下的位移。顶、底横梁的搭接长度应不小于15mm，以适应温度及地震作用下的位移。建筑幕墙工程技术规范DGJ08-56-2012中给出了搭接长度的计算公式，但是以10mm与15mm作为设计的最小值。对插构件间的有效间隙应大于搭接长度，当主体结构的柱距较大时，应考虑结构梁在活荷载下的后续变形，对超高层建筑，还应把主体结构的层间压缩量计入上下板块的有效间隙内。下图1和图2是实际工程中的板块拼缝处的横竖剖节点，充分满足了对插接缝的要求。

图1单元式幕墙横缝节点

图2单元式幕墙竖缝节点

框架式幕墙一般是幕墙立柱上端悬挂在结构主体上，上下板块的立柱的连接应结合紧密，立柱之间留有一定间距的伸缩缝，缝宽应不小于15mm，下板块的上端固定一插芯，用来定位上板块以及做侧向和垂直外力的抵抗。而且下层幕墙的玻璃板块应与上横框之间留有足够的间隙。也就是说，当主结构有变形时，幕墙上板块可以有向下位移的空间。下图3是实际工程中的框架式幕墙板块拼缝处的竖剖节点，设计时充分考虑了抗震因素，让板块有足够的位移空间。

图3

目前上海的规范不允许大面积运用全隐框幕墙。对于半隐框和全明框幕墙的设计，可运用弹性材料来对玻璃边缘以及边框槽底的间隙进行填塞。玻璃与槽底的间距可根据板块厚度作不同的要求，玻璃与槽边口的间距也有要求，并用柔性材料密封。在地震作用下玻璃受到挤压，或在温度变化时发生膨胀，这些间距都能释放它的变形而不至于受到破损。

隐框幕墙板块间的缝宽始终保持在12mm以上，并采用弹性材料来进行填塞，一般用泡沫棒来进行内填，并在外部注入硅酮耐候使其能够得到密封。

2.2石材幕墙，通常有短槽式、通槽式和背栓连接三种固定方式。早期采用的钢销式连接因为抗震能力差而不允许用到幕墙上。为了防止石材面板在外力作用下脱落，短槽式和通槽式对开槽深度和宽度都有明确的要求，为了避免插件（挂钩）从插槽中脱落出来，槽口与挂钩的搭接长度也需可靠到位。石材板块安装时，还要在槽内注入具有高机械性抵抗能力的弹性类粘胶剂，实现其抗震能力的提升。

目前常用的背栓式石材连接方式因充分考虑了弹性设计思想，其抗震能力远远好于前面介绍的两种。在主体结构产生较大位移或因温度变化等因素导致的结构变形情况下，不会在板材内部产生附加应力，所以特别适用于高层结构及有抗震要求的地区。为了达到更好的抗震要求，规定植入背栓的開孔直径偏差能够控制在0.5mm的范围内，并且背栓切入的有效深度不得低于15mm。见下图4的背栓连接节点。

2.3金属幕墙，由于面板本身并不是脆性材料，通常板块不会破损。但是，为了适应地震作用下产生的位移，板块之间的拼缝最小宽度不能小于10mm。

2.4点支承玻璃幕墙，因支承头连接能够较好的适应玻璃面板在支撑点处的转动变形；支承头的玻璃与钢材之间，应当安装一个弹性材料的衬套或者衬垫，其厚度不能小于1mm，有着较好的抗震性能。

2.5全玻幕墙，抗震性能较差，不适合用于抗震要求高的地区。为了提高其抗震性能，对全玻璃面板与周边收口槽壁或者玻璃肋之间的空隙均应不小于8mm，板面和玻璃肋不能与其他刚性材料直接接触，吊挂玻璃下端与下底槽垫块之间的空隙应能满足玻璃伸长变形的要求，且不得小于10mm，玻璃入槽深度不小于15mm，并用硅酮密封胶做密封处理。下端支承式全玻璃幕墙非常容易因主体结构受到影响而发生变形被挤坏，所以不建议采用。

3幕墙不同连接部位的构造要求

3.1幕墙与主体连接

在对幕墙主受力构件进行设计时，通常选择悬挂式与主体结构连接，立柱上端用螺栓固定在主结构的转接件上，但是立柱下端不可以锁死，必须有上下释放的空间来满足主结构发生位移或变形。

当玻璃幕墙与主体结构采用后补锚栓连接时，通常用后切式膨胀螺栓，因为这能够有效提升抗震能力。

3.2变形缝的处理

在建筑主框架变形缝处的幕墙采用可伸缩构造，如运用风琴板构造，可开启式构造，确保变形缝处两侧面板能够分开为两个不同的独立单元。

根据建筑抗震设计规范，在对变形缝进行设计时，必须注意控制龙骨之间的距离大于等于土建变形缝的宽度，并严格按照第三水准要求来进行处理；针对非常容易被挤压而出现破损掉落的面板，其间距则应当按照第二水准的相关要求来对其进行计算明确，中间过渡材料可采用弹性材料，如橡胶条，柔性EPDM防水卷材或用较薄的金属板材，最好能水平滑动。

4结论

随着近几年来，频频出现的地震灾害，建筑结构的抗震能力也随之成为了其安全话题的重要内容，作为建筑物的外围护结构，幕墙的抗震构造设计成为了不可忽视的内容。而进行设计的过程中，我们必须严格按照国家抗震规范的相关要求，加强幕墙抗震设计的处理，尽可能地提高幕墙的抗震性能，为建筑的安全提供有效保障。

参考文献

[1]侯钦超.绿色建筑中单元式幕墙的构造设计解析[J].中国住宅设施，2013，（11）：64-69.

[2]麦飞龙，郭伟.建筑幕墙抗震防灾技术之探讨[J].中国建筑金属结构，2011，（11）：37-45.

[3]裴绍军.浅谈现代建筑幕墙设计中的结构抗震设计[J].中国建筑金属结构，2013，（13）：336.

[4]杜俊峰.浅谈建筑结构设计中的抗震措施[J].建材与装饰：中旬，2011，（4）：170-171.