建筑幕墙设计和施工中存在的常见问题探讨

张晓波 （合肥市建筑工程施工图审查中心，安徽 合肥 230000）

0 前言

幕墙是现代建筑常用的外维护结构和装饰结构。我国建筑幕墙从1978年开始起步，进入21世纪初，中国已经发展为世界第一幕墙生产大国和使用大国[1]。近年来，建筑幕墙继续迅猛发展，合肥地区大量建筑物使用了玻璃幕墙、石材幕墙、金属及人造板材幕墙。幕墙形式已经涵盖构件式、单元式、点支撑、全玻璃以及双层幕墙。目前，合肥市正在安装世界使用高度最大的索结构幕墙。及时总结幕墙设计、施工、施工图审查工作中的经验，探讨存在的问题，提出解决问题的方案具有重要的现实意义。

1 建筑幕墙对铝合金材料的规定

建筑幕墙的支承结构主要使用钢材、铝合金、不锈钢等材料，其中铝合金材料属于幕墙特有的材料种类。民用建筑设计、施工、审图人员对铝合金材料性能熟悉程度不够，有必要详细阐述。

1.1 铝合金材料必须是锻造铝合金，不允许使用铝合金铸造件

国家标准《铝合金结构设计规范》（GB50429）中明确规定：“用于承重结构的铝合金应采用轧制板、冷轧带、拉制管、挤压管、挤压型材、棒材等锻造铝合金”。就是结构用铝合金材料必须是经过“轧、拉、挤、压”等锻造工艺处理后的铝合金。因为锻造铝合金不仅强度较高，还有一定的延伸率，而铸造铝合金是脆性材料，抗拉强度低、延性很差，所以铸造铝合金不能作为结构件材料使用。

1.2 铝合金材料应同时注明牌号和状态号

和钢材不同，铝合金材料有牌号和状态号2个参数，必须同时注明。铝合金牌号的第一位表示铝的主要合金元素。例如6xxx，表示以镁和硅为主要合金元素的铝合金；3xxx表示以锰为主要合金元素；5xxx表示以镁为主要合金元素。不同牌号的铝合金强度差异很大。

状态号表示铝合金加工的状态。常用的T状态具体含义如下：T4固溶热处理+自然时效；T5高温成型+人工时效；T6固溶热处理+人工时效。通过表1可见，同一牌号、不同状态号的铝合金强度也不相同，因此设计、施工文件必须注明铝合金的牌号和状态号。实际幕墙工程中就出现过设计方选用6063-T6铝合金，施工方采用6063-T5的情况，导致幕墙尚未竣工就需要加固处理。

幕墙常用铝合金的力学性能 表1

2 钢化玻璃自爆是钢化玻璃的固有特性

幕墙钢化玻璃自爆后，玻璃渣坠落伤人的情况时有发生，社会影响很大。某些工程师误认为采用均质钢化玻璃、超白玻璃可以完全避免钢化玻璃自爆发生，这是误解。

均质钢化玻璃、超白玻璃只能大大减少玻璃的自爆率。玻璃自爆的原因是玻璃中含有微小的硫化镍晶体结核，硫化镍晶体分为高温下稳定的高密度α相和室温下稳定的低密度β相。玻璃钢化过程中的高温将硫化镍晶体转化成高温稳定的高密度的α相，由于钢化后玻璃冷却很快，导致硫化镍晶体α相没有足够的时间都转化为室温下稳定的低密度β相。在玻璃钢化冷却后的使用过程中，硫化镍晶体随着时间的推移会发生晶态变化，即由高温稳定α相晶体无预兆转化为室温稳定的β相晶体。此时，由于硫化镍晶体的密度减小，其体积膨胀4%，膨胀应力可以使玻璃破裂，且破裂时间无法预测，可能发生在钢化玻璃生产出来几个月或几十年后[1]。为了减少这种自爆，宜对钢化玻璃进行二次热处理，通常称为引爆处理或均质处理。但是，由于硫化镍存在于玻璃原料中，目前无法完全清除，因此处理后的玻璃只能降低自爆率，不能完全避免玻璃自爆。避免玻璃自爆碎裂后脱落伤人的常用方法是对钢化玻璃采用夹胶、贴膜等方法处理，可以做到玻璃碎而不落，避免安全事故的发生。

3 玻璃幕墙铝型材与螺钉之间有匹配要求

隐框、半隐框玻璃幕墙的面板玻璃与铝合金副框在工厂完成粘接后，需要用螺钉将副框连同玻璃一起固定到立柱和横梁上。螺钉与铝合金立柱及铝合金横梁之间有匹配要求，设计单位经常忽视。《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102）以强制性条文的形式规定：“…型材孔壁与螺钉之间直接采用螺纹受力连接时，其局部截面厚度不应小于螺钉的公称直径”。这是为了保证受力螺纹连接的可靠性。因为连接螺钉过粗时，单个螺钉受力大，容易引起螺钉拉脱破坏。正确的做法应该是控制螺钉直径与铝合金龙骨的厚度相匹配，减小螺钉间距。就是通过增加紧固螺钉的数量来保证连接的可靠性。

4 云石胶只能用于石材幕墙的临时固定

石材幕墙石板与挂件的连接十分重要，直接关系到幕墙安全。另外，为防止挂件与面板之间刚性接触而造成面板损坏，防止面板滑移，挂槽和挂件之间的空隙也要灌注具有一定的弹性且模量较高的结构胶粘剂固定。在实际工程中，由于云石胶凝固快，能在低温下施工，价格低廉，有些石材幕墙被发现采用云石胶粘接。由于云石胶是一种不饱和聚酯类胶粘剂，而不饱和聚酯结构中存在过多的亲水性较强的酯键，在潮湿的环境中树脂会逐步水解，导致云石胶粘结强度急剧下降，甚至完全丧失，引起石板脱落。所以云石胶只能用于石板的快速定位，石材与挂件之间的粘接必须使用石材专用环氧树脂结构胶。图1是某工程石板脱落的现场图片，可见云石胶与石材之间粘接破坏，石板已经脱落。

图1

5 玻璃幕墙的室内防护

当前，建筑外立面整体设置玻璃幕墙的建筑物越来越多。由于外侧有玻璃幕墙围护，楼层是否需要另行设置防护栏杆是很受业主和设计单位关注的问题。相关规范有下列规定。

①《住宅设计规范》（GB50096-2011）5.8.1强制条文规定：“窗外没有阳台或平台的外窗，窗台距楼面、地面的净高低于0.90m时，应设置防护设施。”

②《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）6.10.3条注2：“低窗台、凸窗等下部有上人站立的宽窗台面时，贴窗护栏或固定窗的防护高度应从窗台面起计算。”国标图集《民用建筑设计通则》图示06SJ813 6～30页也与上述意见一致。

③按照《全国民用建筑工程设计技术措施 规划·建筑·景观》10.5.2条，“低于规定窗台高度h的窗台（以下简称低窗台），应采取防护措施（如：采用护栏或在窗下部设置相当于栏杆高度的防护固定窗，且在防护高度设置横档窗框），其防护高度h应满足本节第10.5.1条的规定，…”。

所以，外侧是玻璃幕墙的建筑物，楼层内应有防护措施。防护措施的具体做法，按照《全国民用建筑工程设计技术措施 规划·建筑·景观》的说法是采用护栏或在窗下部设置相当于栏杆高度的防护固定窗，且在防护高度设置横档窗框。因此，具体防护形式可以由设计单位按相关规范和各地方的具体要求确定。如果采用防护固定窗，横档窗框应满足阳台栏杆的要求，其强度计算应与风荷载叠加计算。上海市《建筑幕墙工程技术规范》（DBJ08-56-2012）4.3.5有一些具体规定，具有一定的参考价值。同时，幕墙玻璃应设置醒目警示标志，幕墙内片玻璃应采用钢化夹胶安全玻璃，并满足《建筑玻璃应用技术规程》（JGJ113-2015）的要求。兼做防护的玻璃幕墙在施工完毕后应抽样做静载和撞击试验。撞击实验可以参照《建筑幕墙》（GB/T21068-2007）附录F进行。耐撞击性能按照《建筑幕墙》（GB/T21068-2007）第5.1.7.1条应由设计单位确定。

6 幕墙的日常保养和维护

建筑幕墙不是永久围护结构，幕墙的安全使用有赖于及时的检查维护。业主和施工单位对幕墙日常检查维护重视不够，是幕墙出现脱落等安全事故的重要原因。

《玻璃幕墙工程技术规范》和《金属与石材幕墙工程技术规范》都用专门的章节对幕墙的保养和维修做了规定。例如《玻璃幕墙工程技术规范》规定：幕墙工程竣工验收后一年时，应对幕墙工程进行一次全面检查，此后每5年应检查1次；幕墙使用10年后应对该工程不同部位的结构硅酮密封胶进行粘接性能抽样检查，此后每3年宜检查1次；幕墙遇强风袭击后，应及时全面检查等。同时还规定：幕墙工程承包商在幕墙交付使用前应为业主培训幕墙维修、维护人员。

因此，幕墙承包单位应切实履行规范规定的义务，规避法律风险。建议相关管理部门鼓励业主委托专业幕墙单位对幕墙工程开展日常检查、维护工作。

[1]张芹.幕墙工程百问[M].北京：中国建筑工业出版社，2010（1）.

[2]JGJ102-2003，玻璃幕墙工程技术规范[S].

[3]JGJ33-2001，金属与石材幕墙工程技术规范[S].

[4]DGJ08-56-2012，建筑幕墙工程技术规范[S].

[5]GB50429-2007，铝合金结构设计规范[S].