玻璃栏板设计的常见问题及解决方案

2017-05-22谢得亮

中国建筑金属结构·上半月 2017年5期

关键词：临空

谢得亮

【摘要】近五年来，在深圳地区幕墙及外装饰工程的施工图強制性审查过程中，发现有较多的玻璃栏板设计不符合规范要求，出现安全隐患。本文针对玻璃栏板施工图设计与规范要求不相符等常见问题，进行分析，并提出相应的解决方案。

【关键词】临空；可踏部位；玻璃栏板高度；人体荷载；夹胶钢化玻璃

玻璃栏板是护栏的一种形式，其外型美观、新颖，属于建筑的外围护结构，经常被用于民用建筑和工业建筑中，尤其广泛应用于民用建筑的公共建筑和居住建筑。

与玻璃栏板有关的规范主要有《民用建筑设计通则》GB50352-2005、《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012、《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2015、《建筑用玻璃与金属护栏》JG/T342-2012、《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013、《住宅设计规范》GB50096-2011，等。

1 玻璃栏板设计常见的问题

1.1计算书常见问题

1.1.1玻璃栏板风荷载局部体型系数取1.3或1.2，不符合《建筑结构荷载规范》GB50009-2012的要求。

《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的第8.3.3条抄摘如下：“计算围护构件及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μsl：

1）封闭式矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3的规定采用；

2）檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0；

3）其他房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。”

以上第1项、第2项并没有对栏板进行明确的规定，但在该规范的主要受力构件表8.3.1的第34项（独立墙壁及围墙）的风荷载体型系数为1.3，该参数可以参照使用。玻璃栏板作为建筑外围护构件，其风荷载局部体型系数μsl可取1.3×1.25=1.625。

1.1.2铝合金型材立柱的内腔加衬钢型材，在栏板立柱根部校核时，把铝合金型材和钢型材一起计算的做法是错误的。

外露的钢材因为锈蚀，造成不安全和不美观，从而，铝合金型材成为玻璃栏板立柱较好的选择之一。栏板立柱根部必须生根于预埋钢件或后埋钢件上，焊接是主要的连接形式，但铝合金型材并不适合于这类焊接。通常的做法是在铝合金型材立柱的内腔加衬钢型材，钢型材与埋件焊接。如下图所示：

因而，栏板立柱根部的受力计算，只能取加衬的钢型材进行校核。

1.1.3栏板立柱根部校核时，把弯矩当成扭矩计算的做法是错误的。

连接如下图所示：

假设栏板根部弯矩M=3.5kN.m，分别按照弯矩和扭矩进行计算，结果是不同的。

1.1.3.1按照弯矩计算，则可以求出一个螺栓在弯矩作用下的剪切力

F=M/L/2=3.5×1000000/50/2=35000（N）=35（kN）

1.1.3.2按照扭矩计算，则可以求出一个螺栓在扭矩作用下的剪切力

V=T/e/4=3.5×1000000/35/4=25000（N）=25（kN）

栏板立柱为悬臂构件，由水平荷载作用，对立柱根部产生的是弯矩，不是扭矩。校核螺栓群时，按照扭矩计算是错误的、不安全的。

1.1.4栏板顶部活荷载取值错误或计算漏项。

《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的第5.5.2强制性条文抄摘如下：“楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆活荷载标准值，不应小于下列规定：

1）住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，栏杆顶部的水平荷载应取1.0kN/m；

2）学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，栏杆顶部的水平荷载应取1.0kN/m。竖向荷载应取1.2kN/m，水平荷载与竖向荷载应分别考虑。”

在计算栏板扶手应力的时候，经常有直接用水平荷载标准值1.0kN/m进行校核的，这是错误的，应考虑活荷载的分项系数1.4。

在学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场的栏杆校核中，经常有漏掉竖向荷载作用的校核。此处的竖向荷载标准值必须考虑活荷载的分项系数1.4。栏板扶手的水平荷载和竖向荷载应分别考虑。

玻璃栏板的玻璃有风荷载作用，扶手有活荷载作用，深圳地区的风荷载较大，可以将扶手的活荷载作为第2个可变荷载考虑，按照《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的3.2.3条的（3.2.3-1）公式“”

进行校核。

应注意，《中小学建筑设计规范》GB50099-2011的8.1.6强制性条文“上人屋面、外廊、楼梯、平台、阳台等临空部位必须设防护栏杆，防护栏杆必须牢固，安全，高度不应低于1.10m。防护栏杆最薄弱处承受的最小水平推力应不小于1.5kN/m。”其规定比《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012的第5.5.2强制性条文有更严格之处，应按严格条款执行。

2 可踏部位的相关问题

2.1《民用建筑设计通则》GB50352-2005的第6.6.3强制性条文“阳台、外廊、室内回廊、内天井、上人屋面及室外楼梯等临空处应设置防护栏杆。并应符合下列规定：

1）栏杆应以坚固、耐久的材料制作，共能承受荷载规范规定的水平荷载；

2）临空高度在24m以下时，栏杆高度不应低于1.05m；临空高度在24m以下时，栏杆高度不应低于1.05m；临空高度在24m及24m以上（包括中空层住宅）时，栏杆高度不应低于1.10m。

注：栏杆高度应从楼地面或屋面至栏杆扶手顶面垂直高度计算，如底部有宽度大于或等于0.22m，且高度低于或等于0.45m的可踏部位，应从可踏部位顶面起计算。”

在栏杆（包括栏板）的设计中，存在不同的情况：

2.2.1對于反坎或女儿墙高度大于0.45m的，毫无疑问，反坎顶面或女儿墙顶面都不属于可踏部位。

2.2.2对于反坎或女儿墙高度低于或等于0.45m的，反坎顶面或女儿墙顶面栏杆（包括栏板）有如下类型：

以上各类型的栏板、栏板中A型、B型、C型、D型均为实体型玻璃栏板，从该规范的第6.6.3强制性条文及其条文解释可知，其中：

2.2.2.1 A型玻璃栏板的玻璃直接落地，反坎或女儿墙顶面玻璃内侧的进出位宽度小于0.22m，不属于可踏部位；

2.2.2.2 B型玻璃栏板的玻璃直接落地，反坎或女儿墙顶面玻璃内侧的进出位宽度大于或等于0.22m，属于可踏部位；

2.2.2.3 C型玻璃栏板的玻璃底部透空，但透空较小，脚难以插进，玻璃栏板反坎或女儿墙顶面玻璃内侧的进出位宽度小于0.22m，不属于可踏部位；

2.2.2.4 D型玻璃栏板的玻璃底部透空，透空高度较大，脚可以较容易插入，玻璃栏板反坎或女儿墙顶面玻璃内侧的进出位宽度大于或等于0.22m，属于可踏部位；

2.2.2.5 透空栏杆底部的反坎顶面或女儿墙顶面宽度大于或等于0.22m，属于可踏部位。

从规范条文可知，栏板（栏杆）底部或内侧属于可踏部位的，其高度从可踏部位起算；栏板（栏杆）底部或内侧属于不可踏部位的，其高度从楼地面起算。

2.2 《建筑用玻璃与金属护栏》JG/T342-2012的A.1.1条的可踏面定义为，可踏面应符合《民用建筑设计通则》GB50352的规定，对于反坎或女儿墙高度低于或等于0.45m的，扶手内侧平台宽度大于65mm时（即扶手内侧边缘的向下垂直投影线至平台内侧的距离），其平台应视为可踏面。此条比《民用建筑设计通则》GB50352的规定增加了必要的内容。

2.3 《住宅设计规范》GB50096-2011的5.6.3条：阳台栏板或栏杆净高，六层及六层以下的不应低于1.05m，七层及七层以上的不应低于1.10m。该条文采用了“净高”的表达，可以理解为：不管是垂直于栏板踩踏还是平行于栏板踩踏，阳台反坎只要人的脚能踩踏上去，就按可踏部位考虑。

在深圳地区的玻璃栏板，不管是居住建筑，还是公共建筑，建筑工程质量监督检查站一般都是按照住宅栏板的“净高”概念进行验收的。

应注意，《中小学建筑设计规范》GB50099-2011的8.1.6强制性条文抄摘“上人屋面、外廊、楼梯、平台、阳台等临空部位必须设防护栏杆，高度不应低于1.10m。另外，《托儿所、幼儿园建筑设计规范》JGJ39-87的第8.7.4条规定：阳台屋顶平台的护栏高度不应小于1.20m。因中小学、托儿所、幼儿园的人体高度相对低小，会直接撞击到玻璃，因而玻璃栏板不应用于中小学、托儿所、幼儿园等场所。

3 栏板顶部的高度计算

在玻璃栏板施工图设计中，玻璃栏板的高度如何确定，成了建筑师、幕墙设计师及审图人员不容易搞清楚的问题。如何判定玻璃栏板的高度是否符合规范要求？下面举一个例子：某商业中心离地约30m高的可上人屋面临空位置的玻璃栏板，原设计玻璃栏板图如下：

该处栏板位置现分析如下：

3.1可踏部位的判断：该栏板底部玻璃内侧的进出位宽度小于0.22m，不属于可踏部位；

3.2《建筑用金属与玻璃护栏》JG/T342-2012的第3.4条的玻璃栏板高度的定义为：扶手上表面至立柱底部或底座中心位置的垂直距离。

则该玻璃栏板的扶手顶面至屋顶地面的垂直距离为250+860=1110mm，该栏板高度符合《民用建筑设计通则》GB50352-2005的规定。

但在深圳地区的玻璃栏板，不管是居住建筑，还是公共建筑，建筑工程质量监督检查站一般都是参照住宅栏板的“净高”的概念进行验收的，不管是垂直于栏板踩踏还是平行于栏板踩踏，阳台反坎只要人的脚能踩踏上去，就按可踏部位考虑。对原设计的玻璃栏板进行修改，把扶手的顶面高度调整，如修改后的玻璃栏板图。

4 《建筑玻璃应用技术规程》的执行

《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2015的条文部分抄摘内容：第7.2.6条，室外栏板玻璃应符合第7.2.5条的规定。

第7.2.5之1条内容抄摘如下：栏板设有立柱和扶手，栏板玻璃作为镶嵌面板安装在护栏系统中，栏板玻璃应使用符合本规程表7.1.1-1规定的夹胶玻璃。

第7.2.5之2条内容抄摘如下：玻璃栏板固定在结构上且直接承受人体荷载的护栏系统，其栏板玻璃应符合如下规定：

4.1当栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度不大于5m时，应使用公称公度不小于16.76mm钢化夹胶玻璃。

4.2当栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度大于5m时，不得使用此类护栏系统。

从第7.2.5条及其条文解释可知，上述的人体荷载是指直接作用在栏板玻璃上的人体背靠、俯靠和手的推、拉等荷载。直接承受人体荷载的护栏系统，一般应理解为没有设置立柱和扶手，只有玻璃的栏板系统。

在广东省个别沿海城市，施工图第三方强制性审查单位把住宅阳台的带立柱、扶手的玻璃栏板也作了严格的限制，其认为住宅属于少年儿童的活动场所，少年儿童个子不高，可以直接冲击玻璃，在栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度大于5m时，不得使用直接承受人体荷载的护栏系统，即不得使用没有设置立柱、扶手的玻璃栏板，也不能使用有设置立柱、扶手的玻璃栏板，除非设置竖向杆件，且间距不大于0.11m。

有少年儿童活动的住宅，文化娱乐建筑、商业服务建筑、体育建筑、园林景观等允许少年儿童进入活动的场所，也有少年儿童活动，过度严格的审查会严重制约建筑的发展，在深圳地区，并没有像上述的个别城市那么严格限制玻璃栏板的使用，深圳地区的建筑师非常喜欢采用玻璃栏板作为外围护结构。在施工图强制性审查中，在有少年儿童活动的场所（托儿所、幼儿园、中小学及少年儿童专用场所除外），一侧楼地面高度大于5m时的玻璃栏板，应按规范规定设置立柱及扶手，一般要求按照可以承受人体荷载的玻璃配置执行，即要求使用公称厚度不小于16.76mm钢化夹胶玻璃。当玻璃厚度小于以上要求时，则宜增加防人体撞击的验算，撞击荷载可参照《上海市建筑幕墙工程技术规范》 DGJ08-56-2012的4.3.5条规定执行，冲击力标准取1.2kN，冲击系数取1.5，荷载分项系数取1.4，冲击荷载垂直作用在玻璃板块的正中间。参照《建筑用玻璃与金属护栏》JG/T342-2012的6.3.3条软重物0.45kN和硬重物1.04kN撞击要求，考虑少年儿童的撞击力较成年人小，且人体介于软物和硬物之间，其冲击力标准值可适当折减，建议取0.60kN。

5 后埋件问题

栏板立柱一般为悬臂构件，即悬挑于根部预埋件或后埋件上，一般情况下，预埋件的设计不会有较大的问题。由于临空反坎的高度和厚度一般尺寸较小，混凝土浇注质量也难有保障，后埋件的设计较容易出现问题。现罗列如下：

5.1混凝土强度未能达到规范的要求。《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013的3.1.3条：后锚固的基材混凝土强度不应低于C20。

5.2后埋件采用位移控制式膨胀锚栓，该类膨胀螺栓利用扳手旋拧，膨胀锚螺的芯杆向外拔，芯杆四周的铁皮胀开与混凝土孔摩擦从而达到受力的要求。《混凝土結构后锚固技术规程》JGJ145-2013的表4.1.1-2中：位移控制式锚栓不适用于承受拉力的状况。玻璃栏板立柱根部承受弯矩，弯矩对锚栓产生拉力，因而玻璃栏板立柱后埋件不适用位移控制式膨胀锚栓。

5.3后埋件受力模型不成立。栏板立柱一般为悬臂构件，即立柱的根部应为固接，对立柱根部的锚固要求较高。举如下例子：

上述例子中，栏板外侧和内侧的位于进出位的同一直线上，是典型的铰接支座，而栏板立柱为悬臂构件，要求支座为固接支座，力学计算模型不成立。

5.4反坎厚度过小，后埋件设计不合理，也难以满足受力要求。

举如下例子：

上述例子中，假设锚栓直径为10mm，锚固深度为80mm，存在问题有：

5.4.1锚栓过于靠外侧和内侧，此类锚栓一般使用冲击钻钻孔，冲击力较大，容易使混凝土崩掉。

5.4.2锚栓过于靠外侧和内侧，钻孔的位置一般有钢筋，不能钻孔，锚栓无法锚固。

5.4.3锚栓过于靠外侧和内侧，锚栓承受拉力和剪力，不符合《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013的4.3.6之1条、之2条的锚栓至结构边距的规定：小于10he或60d，其中he为锚栓有效锚固深度，d为锚杆的公称直径。

现对以上锚固做法进行修改，修改后做法如下：

6其他细部连接问题

玻璃栏板的一些细部，如处理不好，容易成为破坏的诱导因素。举如右边的例子。

以上例子中，其细节存在问题如下：