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提要：这几年，幕墙设计中出现了一些新问题，有些是标准中没解释清楚的，有些是还需要进一步探讨的，本文提出个人对这些问题的理解和观点，供幕墙业内人士参考。
关键词：幕墙设计，问题探讨
1 前言
随着幕墙技术的不断发展，相关标准和规范的不断完善，在幕墙设计过程中，也常常会遇到一些新问题，这些问题中，有些可能是相关标准或规范中没有解释清楚，有些还需要进一步探讨和研究，这些新问题主要以下：
1. 不锈钢与碳钢或低合金钢（词条“低合金钢”由行业大百科提供）的焊接
2. 夏热冬暖地区传热系数K值要求
3. 幕墙防火构件隔热性要求
4. 按荷载规范计算值与风洞试验值的比对
5. 玻璃幕墙面板耐撞击性能检测
6. 强度提高的硅酮结构密封胶（词条“硅酮结构密封胶”由行业大百科提供）应用探讨
类似的新问题还比较多，本文就不一一列举，下面分别对以上这几个新问题提出个人的见解，供业内人员参考。
2 不锈钢与碳钢或低合金（词条“合金”由行业大百科提供）钢焊接
幕墙设计中经常会遇到不锈钢需与碳钢或低合金钢的焊接问题，比如不锈钢玻璃栏杆系统的立柱能否与碳钢预埋件焊接、幕墙配件或附件中局部异种钢焊接等等，有人认为不能焊接，依据是国家全文强制标准《钢结构通用规范》GB55006-2021中第4.3.3条“不锈钢构件不应与碳素钢及低合金钢构件进行焊接”。个人认为不妥，主要有以下原因：
1. 钢结构设计中所涉及的构件通常需承受的荷载很大、跨度也很大，直接关系到主体结构的安全;而幕墙设计中的构件一般荷载较小、跨度不大，比如阳台栏杆立柱等;
2. 幕墙设计中不锈钢构件与碳钢构件的焊接一般属于小受力构件，在满足设计要求的前提下，现有焊接工艺完全能够满足异种钢材间的焊缝强度受力要求;
3. 几十年来幕墙工程一直都在采用不锈钢与碳钢直接焊接的工艺。
所以，将钢结构的设计规范一刀切的套用到幕墙小构件的设计中不合理。作为受力荷载较小的幕墙构件时，不锈钢与碳钢等异种钢材可进行焊接，但应采用不锈钢焊条，常用的焊条（词条“焊条”由行业大百科提供）如A302、A312等能够满足幕墙结构计算要求，当然，采用幕墙构件作为结构主体受力构件(即幕墙结构一体化设计时)时应严格按GB 55006的相关规定执行。
3 夏热冬暖地区传热系数K值要求
国家全文强制标准《建筑节能与可再生能源（词条“可再生能源”由行业大百科提供）利用通用规范》GB55015-2021表3.1.10-5规定了夏热冬暖地区的传热系数和太阳得热系数，具体见表1。
从表1可以看出，当窗墙面积比大于0.3时，传热系数不应大于2.5W/m2·K，太阳得热系数应小于0.35/0.40，其中传导和对流部分传递的热量是通过传热系数实现的，而太阳辐射传递的热量是通过太阳得热系数实现的。根据幕墙节能计算软件结果可以得出，未采取隔热措施的铝合金型材幕墙的传热系数一般大于2.8W/m2·K，所以，只能采用铝合金隔热型材才能满足节能计算要求，有些幕墙工程甚至采用三玻两腔三银的暖边中空玻璃，但实际上，夏热冬暖地区并不应该重点考虑传热系数。
根据玻璃传递热量的简化计算公式(以深圳地区为例)
从上述计算公式中可以看出，透过玻璃传递的热量中，传导部分传递的热量为22W/m2，太阳辐射部分传递的热量为260W/m2，即玻璃传热系数K值在透过玻璃的总传递热量中仅占不到8%，太阳辐射传递的热量占92%，所以，深圳地区的节能设计应重点控制太阳辐射产生的热量，而不是去控制玻璃的传热系数，如尽可能降低玻璃的遮阳系数（词条“遮阳系数”由行业大百科提供）或太阳得热系数、采用外遮阳系统更佳的遮阳效果等，当然，一味地降低幕墙综合遮阳系数，导致增加室内采光用电，又反而不利于节能了。
另外，采用超级节能玻璃配置的幕墙工程往往是为了绿色三星，国标《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019表3.2.8规定三星绿色建筑（词条“绿色建筑”由行业大百科提供）围护结构的热工（词条“热工”由行业大百科提供）性能应提高20%，这个要求被许多设计人员片面的理解为只提高传热系数要求，而不是传热系数和太阳得热系数的综合热工性能提高，结果导致了在深圳地区居然出现了三玻两腔且带暖边的中空玻璃配置，其实，在保持原有传热系数的前提下，只需在占90%多的太阳得热系数中做一些提高，就完全能够满足建筑幕墙的节能要求，同时也显著地降低了玻璃成本。
综上所述，夏热冬暖地区建筑幕墙限定传热系数不合理，同时，也不能过多地降低太阳得热系数却又增加了室内照明，这样的话反而是在浪费资源，与建筑节能的初衷背道而驰。
4 幕墙防火构件隔热性要求
《建筑设计防火规范》GB 50016-2014(2018年版)第6.2.5规定耐火等级为一级的建筑幕墙上、下层开口之间最少应设置高度不应小于0.8m的不燃性实体墙，且实体墙的耐火极限不应低于相应耐火等级中非承重外墙的要求，即耐火极限为1.00h。
当主体结构不燃性实墙体高度小于0.8m时，幕墙防火层底部至结构顶面的有效高度不应小于0.8m，具体详见图1。同时，为达到主体结构(钢筯混凝土梁)相同的耐火极限，应增设幕墙防火层构件系统，防火构件的耐火隔热性同样也不应小于1.00h，并独立支承在主体结构上。幕墙防火构件可采用国家标准《建筑设计防火规范》GB50016-2014附录中的附表1“各类非木结构构件的燃烧性能和耐火极限”非承重墙部分提供的构件，如采用两块8mm厚硅酸钙板（词条“硅酸钙板”由行业大百科提供）中间填厚度为75mm以上，容重为100kg/m3的岩棉等，也可采用经国家级相关权威机构认可的其它防火构件。
但实际幕墙工程中，该部位往往只是采用1.5mm厚镀锌钢板+防火岩棉的防火构造措施，来替代图1中的防火构件，但该防火构件系统只能满足1.00h的耐火完整性要求，无法满足1.00h的耐火隔热性要求，可能存在安全隐患，具体如图2所示。
当主体结构梁高度远小于规范0.8m的要求时，由于未达到建筑防火（词条“建筑防火”由行业大百科提供）的卷火高度要求，且该防火构件仅有耐火完整性要求，所以，一旦遭受火灾，箭头位置的温度可能超过500℃，甚至达到上千度，从而通过楼面层的防火封堵将热能传递到上一楼层，而引燃上一楼层的可燃物，造成火灾进一步蔓延。采用不小于1.00h的耐火隔热性要求的防火构件，能有效地将箭头位置的温度控制在200℃以内，并有效阻止热能进一步向上传递。
公安部印发《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求(试行)》的通知公消【2018】57号文第九条规定，“在建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.5m的不燃性实体墙，且在楼板（词条“楼板”由行业大百科提供）上的高度不应小于0.6m”，其中在楼板上不燃性实体墙的高度小于0.6m时，也同样应采取不小于1.00h的耐火隔热性要求的防火构件以替代原主体结构的不燃性实体墙，而不能只有耐火完整性要求。
5 按荷载规范计算值与风洞试验值的比对
风荷载计算是建筑幕墙结构设计中保障安全性的关键点，主要是依据国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的相关规定执行，当建筑幕墙做了风洞试验时，保守一些的幕墙设计单位通常取两者间最大值;而激进一些的幕墙设计单位通常直接采用风洞试验值，个人认为两种方案均不合适。
荷载计算值与风洞试验值主要有以下三种情况：
1. 风荷载计算值远大于风洞试验值时
可按《建筑工程风洞试验方法标准》JGJ/T 338-2014第3.4.9条规定“1无独立的对比试验时，风荷载取值不应低于国标GB50009规定值的90%;2有独立的对比试验结果时，应按两次试验结果中的较高值取用，且不应低于GB50009规定值的80%”的相关规定执行，即风荷载计算值可适当降低，但必须以荷载计算值的80%或90%兜底，不应直接采用风洞试验值进行幕墙结构计算。
2. 风荷载计算值与风洞试验值接近时
由于两值相差不大，可取两者间的最大值。
3. 风荷载计算值远小于风洞试验值时
以风洞试验值为准。鉴于不同风洞试验室试验得出的风荷载标准值可能相差很大，有些可能相差几倍，特别是建筑外立面造型比较复杂的区域。在这种情况下，宜增加另一家风洞试验室进行风洞试验值对比，以确定原风洞试验值是否准确，是否存在较大的系统偏差等。
另外，当两家独立的风洞试验室对比试验的结果差别较大时，可请两家风洞试验室相互间先沟通和比对，再经专门论证确定合理的试验取值。
6 玻璃幕墙面板耐撞击性能检测
业主和建筑师往往对玻璃幕墙楼面透明部分设置室内安全护栏难以接受，会影响室内效果，希望能够取消，而取消的前提就需要进行幕墙玻璃面板的耐撞击性能检测，所以，玻璃幕墙耐撞击性能检测广泛用于不设置建筑幕墙室内安全护栏时的超限专项方案论证，耐撞击性能检测方法主要依据《建筑幕墙耐撞击性能分级及检测方法》GB/T38264和《建筑幕墙》GB/T21086这两个标准。
目前，玻璃幕墙性能第三方检测机构通常以受撞击检测的玻璃被撞击后是否脱落、破碎作为判定玻璃耐撞击性能不合格的标准，个人认为不妥。
1. 人体可撞击部位的幕墙玻璃面板配置通常都是中空玻璃或中空夹层玻璃，均由数层单片玻璃构件组成的玻璃组件制品，单片受撞击检测的玻璃破碎并不能代表整个玻璃制品（词条“玻璃制品”由行业大百科提供）的安全防护失效，只有当整个玻璃面板制品出现脱落、破碎或开裂，如中空玻璃内外两片玻璃都破碎时，才应判定为幕墙玻璃面板耐撞击性能不合格;
2. 采用中空夹层幕墙时，当夹层玻璃设置在室内侧，在进行耐撞击试验时，如夹层玻璃中两片玻璃的内片出现破碎，但另一片玻璃未破碎时，通常判定为合格，考虑的就是夹层玻璃是一个组合制品，但为何作为整个玻璃组件制品的中空夹层玻璃却又将单片玻璃和夹层玻璃分开考虑呢?
3. 采用中空夹层玻璃的，如从玻璃面板的耐撞击性能角度来说，夹层玻璃设置在室内或室内侧的功能均相同，作为一个玻璃组件制品，中空夹层玻璃出现整个玻璃面板在耐撞击性能检测时失效的概率极低。但如从高空坠落的安全角度出发，夹层玻璃应设置在室外侧，尽可能减少单片钢化玻璃破碎后坠落的风险。
最后，我想强调的是，从目前国内标准来看，玻璃幕墙应在室内设置安全护栏的要求没有相关的标准依据。另外，玻璃幕墙人体可碰撞部位的玻璃通常都是双层，甚至三层玻璃，即使撞碎室内侧单片钢化玻璃，双层或三层玻璃组件制品全部撞碎的概率极低，发生玻璃碎片高空坠落的概率也极低，幕墙行业发展这么多年来，也只有在电影上能看到玻璃被撞碎后人体从高空坠落的情景，所以，玻璃幕墙必须采用安全护栏不合理，国内非常多的标致性建筑均未设置室内安全护栏。当然，可能发生人体碰撞冲击的玻璃宜按《建筑玻璃应用技术规程》第7章“建筑玻璃防人体冲击规定”中安全玻璃最大许用面积的相关规定执行。
7 强度提高的硅酮结构密封胶应用探讨
地处台风或强风易发多发地区在进行超高层玻璃幕墙设计时，风荷载设计值（词条“荷载设计值”由行业大百科提供）往往很大，可达7.0MPa以上，再加上业主和建筑师越来越偏向于大玻璃分格，导致在进行结构胶计算时，结构胶宽度可达50mm以上，受结构胶宽厚比的限制，只能进行分段打胶，但有些工程即使分段打胶，也可能不满足结构胶宽厚比的要求。
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102规定硅酮结构密封胶在短期荷载作用下拉应力（词条“拉应力”由行业大百科提供）强度设计值不应大于0.2MPa，那能不能进一步提高硅酮结构胶设计值呢?比如将承受短期荷载作用的抗拉强度设计值由0.2MPa提高到0.3MPa，从而减少结构胶的计算宽度?这首先需要考虑以下几个方面：
1. 适度提高硅酮结构胶拉伸粘接强度（词条“粘接强度”由行业大百科提供）。结构胶23°C拉伸粘接强度标准度宜在1.0~1.2MPa之间，与相关标准相比，材料安全分项系数有所提高，同样具有较高的安全富余，但又不能片面提高强度而影响到其它力学性能参数，比如伸长率、老化性能等，所以一定要适度;
2. 《建筑幕墙用硅酮结构密封胶》JG/T 475要求硅酮结构胶的设计使用年限不应低于25年，为确保安全可靠，提高抗拉强度标准值后的结构胶应以满足此标准的要求为底线;
3. 在抗拉强度满足要求的前提下，硅酮结构胶的耐老化性和耐久性是另外两项非常关键的指标。其中耐老化性指标主要是通过水-紫外线人工加速老化和自然曝晒两种试验方法进行检测;而耐久性指标主要是通过抗疲劳循环试验进行检测。
1) 水-紫外线人工加速老化试验。根据JG/T 475要求，结构胶在放入水-紫外线试验箱后应进行1008h浸水辐照试验，拉伸粘结强度保持率应大于75%。经大量试验验证可知，1008h偏低，结构胶基本上都能满足，如对提高强度的结构胶进行相关检测，应大幅提高到3000h以上[1]，才有可能区分出水-紫外线光照加速老化性能更强的结构胶;
2) 自然曝晒试验是综合考核结构胶自然老化性能的关键因素。经试验验证，经过3年以上曝晒后，不同品质的结构胶会出现明显的差距，质量差的结构胶拉伸强度、最大强度伸长率等出现明显的降低[2]，通过自然曝晒这块“试金石”，能够有效地检测出结构胶自然老化性能的优劣，当然，如果曝晒时间更长，比如7~10年，应该更能说明问题;
3) 考核耐久性指标主要依靠抗疲劳循环试验。但JG/T 475中的疲劳循环试验条件为8s为一周期，且仅做反复拉伸，最大循环次数也仅为5000次，指标要求严重偏低，与玻璃幕墙实际受力工况相差甚远，所以，需根据玻璃幕墙的实际工况，比如反复拉压工况等，重新编写结构胶抗疲劳循环试验方法标准。
4. 现有规范中硅酮结构胶计算公式不能完全适用。当玻璃尺寸过大时，由于风荷载的偏心作用，很可能导致结构胶在宽度方向上两侧受力不均匀，受拉面积很可能明显减小，已不是结构胶全部的粘接面积，此时，再用《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102中的轴心抗拉强度计算公式进行计算可能存在安全隐患，所以，可通过有限元分析软件进行结构胶受力计算，并根据计算结果进行相应的结构胶构造设计，以确保结构胶计算的准确性和安全性。
总之，要提高结构胶抗拉强度设计值，应进行大量的相关试验，耗费大量财力和时间(时间最少要3年以上)，只有建立在充分试验的基础上，才能通过大数据分析得出一些基本结论，所以，当结构胶提高拉伸强度值时，一定要慎之又慎，不能随便“拍脑袋”。
如何解决目前台风或强风地区硅酮结构胶计算过宽的问题呢?只有笨办法。
1. 控制建筑分格和玻璃面积，减少玻璃分格尺寸，从而减小结构胶宽度;
2. 尽可能采用全明框幕墙形式，避免硅酮结构胶直接受力，也更安全更可靠;
3. 分段打结构胶，控制结构胶宽厚比，且必须按结构胶打胶工艺严格执行。
8 结束语
随着幕墙技术的不断发展以及标准规范的不断修订，必然会出现一些新问题，对待新问题，只能以客观、务实的态度，以及幕墙行业已积累的丰富经验来正确对待和解决，而不宜唯标准论、唯教条论。以上所述的问题还具有较多的争议，有些个人见解已经与相关的标准规范的要求相左，这里仅代表个人观点。
[参考文献]
[1] 潘成,王有治,庞坤海等.加速老化试验对建筑用有机硅结构胶拉伸粘接性能的影响[J].有机硅材料,2018,32(2):118~123.
[2] 罗银,张宇旋,蒋金博等.硅酮结构胶自然曝晒老化试样表征方法研究[J].中国胶粘剂（词条“胶粘剂”由行业大百科提供）,2022,31(12):48~53.
作者单位：深圳市建筑门窗幕墙学会
