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摘要：本文对构件（词条“构件”由行业大百科提供）式玻璃幕墙用铝合金横梁在自重荷载（词条“荷载”由行业大百科提供）作用下发生扭转倾斜问题进行分析与研究，依据国家现行规范和标准要求，从设计、样板、型材选用、加工方面提出了防治措施并应用于实际工程，对玻璃幕墙设计及施工提供参考和借鉴。
关键词：玻璃幕墙;扭转倾斜;构造设计;三角形特征
1.引言
玻璃幕墙是现代建筑的一种新型墙体,它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物在不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化给人以动态美，玻璃幕墙是现代建筑的显著特征。构件式玻璃幕墙是最传统的结构形式，应用最广泛，工作性能可靠，而横梁扭转倾斜的问题依然层出不穷，屡见不鲜。横梁扭转倾斜问题的发现往往是项目投入使用后，其整改修缮难度大、成本高、效率低。因而对横梁扭转倾斜的预防、研究及推广应用显得至关重要。本文结合实际工程案例进行分析和总结，供幕墙工程技术人员参考与探讨。
2.横梁扭转倾斜的原因分析
2.1 幕墙分格尺寸划分
幕墙立面的分格尺寸，是幕墙系统自重大小的最根本的原因，玻璃板（词条“玻璃板”由行业大百科提供）块越大，所用龙骨就越大，其整体自重就越大，对横梁产生的偏心力也就越大，横梁发生扭转倾斜的概率就越大。不合理的划分尤其是大板块的分格划分，对幕墙设计及施工要求较高，对横梁的抗扭承载力是越不利。
2.2 抗扭承载力的复核
依据JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规程》6.2.6条规定：玻璃在横梁上偏置使横梁产生较大的扭矩时，应进行横梁抗扭承载力计算。部分设计师未按照规范要求对横梁的抗扭承载力进行复核，当幕墙施工完毕后，玻璃面板自重荷载、风荷载作用下，会加剧横梁的扭转倾斜。
2.3 施工样板段的设置
施工样板段设立，除了从观感上直接了当的观察到幕墙立面的分格比例、色彩配置、用料规格、施工工艺等，还可直观的表现出幕墙设计中的构造是否合理，安装工序是否得当等，通过对样板段的研究与分析，更加可靠的落实理论数据,以保证批量安装后的结构安全和观感质量满足要求，而部分项目往往容易忽略样板段的设立，往往在批量安装后才发现横梁的扭转倾斜，但为时已晚。
2.4 选用型材的合理性
当玻璃板块较大时，尽可能选择闭口型材，或考虑开模进行量身定制，使横梁满足构造要求，而多数情况下，设计师往往都会从铝材厂家的现有模型中进行挑选，项目的独特性会导致挑选的型材不适用在建项目，为横梁的扭转倾斜埋下伏笔。
2.5 横梁与立柱（词条“立柱”由行业大百科提供）的连接
依据JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规程》5.5.2条规定：玻璃幕墙构件连接处的连接件、焊缝、螺栓、铆钉设计，应符合国家现行标准《钢结构设计规范（词条“钢结构设计规范”由行业大百科提供）GB50017》和《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99的有关规定。连接处的受力螺栓、铆钉不应少于2个。而设计师在考虑横梁与立柱连接时，往往按此要求进行配置。当横梁跨度较大，玻璃偏置于横梁上时使用2个螺栓，易出现横梁扭转倾斜。
2.6 加工误差控制
幕墙构件加工时，构件加工图的精度要求不明显，验收不严谨，如开孔直径的精度、几何尺寸、偏差等不满足要求，从而严重影响安装质量。
2.7 加工设备（词条“设备”由行业大百科提供）老旧
幕墙施工中存在一定数量的老旧加工设备，长期不校核、不维修、不更新，其精度和效能有所下降，直接影响加工质量。
3.横梁扭转倾斜的防治措施——以“贵州机车文化广场幕墙工程”为例
3.1 项目概况
该项目(图1、图2)是由1栋7层高不规则多边形临街主楼及1栋4层高矩形背街附属用房半包围式的建筑群组成。建筑面积约为39017.76平方米;建筑幕墙工程量合计约28000 ㎡，建筑幕墙工程主要为构件式玻璃幕墙、铝合金装饰格栅（词条“格栅”由行业大百科提供）、铝板幕墙、铝板雨棚等组成。幕墙最大标高（词条“标高”由行业大百科提供）：40.00米。该项目建筑结构类型为框架式剪力墙结构，基本风压（词条“基本风压”由行业大百科提供）为0.3KN/㎡，基本雪压为0.20KN/㎡;地面粗糙度类别为B类。抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，建筑抗震设防类别为标准设防(丙)类。结构的设计使用年限为50年，幕墙设计使用年限为25年。风压重现期按50年一遇考虑，幕墙设计时考虑幕墙自重、风荷载、地震作用下的最不利组合以及组合系数。
3.2 玻璃幕墙系统
本工程玻璃幕墙系统主要为构件式全明框玻璃幕墙系统，采用大板块玻璃与开启位置小板块玻璃相结合，保证立面美观且自然通风功能相结合，依据《建筑门窗幕培用钢化玻璃》JG/T455-2014和《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2015对钢化玻璃最大面积的要求进行玻璃配置，分别配置了12+12a+12mm、8+12a+8mm、6+12a+6mm双钢化中空玻璃，幕墙玻璃板块最大尺寸为2200mm×3100mm，其标准立面分格图见图3，竖剖节点详图见图4。
3.3 横梁扭转倾斜的预防措施
基于上述提出横梁扭转倾斜的原因分析，依据本项目的特征具有针对性地提出相应的预防措施。
3.3.1 幕墙分格尺寸划分
本项目在方案设计阶段，经各参见单位多轮沟通后，最终确定外立面水平向玻璃板块分格施工图深化按照2200m+1025mm+1025mm+2200mm+1025mm+1025mm……，固定玻璃位置垂直向玻璃板块分格规律为800mm+3100mm+800mm+3100mm……，可开启位置垂直向玻璃板块分格规律为800mm+1100mm+1200mm+800mm+800mm+1100mm+1200mm+800mm+800mm……的规律进行分格划分，如图3所示。玻璃最大板块为2200mm+3100mm，玻璃配置为12(Low-E)+12A+12mm厚双钢化中空（词条“中空”由行业大百科提供）Low-E玻璃(如图3、图4所示)，其单片面积为6.82平方米，按1.0mm厚玻璃每平方米自重为2.56KG计算，该玻璃单块自重为(12+12mm)×2.56mm/KG×6.82㎡≈420KG,该玻璃板块重量远超常规用玻璃重量，其自重对幕墙横梁的强度、挠度、抗剪强度（词条“抗剪强度”由行业大百科提供）要求较高，在强度、挠度方面我们通过钢铝结合方式进行加强,基于玻璃板块自重大且偏置于横梁上，我们依据规范要求进行了抗扭承载力的复核，并设立了施工样板段。
3.3.2 抗扭承载力的复核
本项目为全明框玻璃幕墙，玻璃面板（词条“面板”由行业大百科提供）置于横梁前端，铝合金横梁最大跨度约为2200mm，依据JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规程》6.2.6条规定：玻璃在横梁上偏置使横梁产生较大的扭矩时，应进行横梁抗扭承载力计算，因此我们将横梁构造进行了重新设计，将横梁构造设计成为多腔体横梁，重新设计横梁构造模型(如图5)，并对其抗扭承载力进行验算，校核依据：τmax≤85MPa (型材的抗剪强度设计值)详细计算书如下：
在玻璃幕墙的样品、颜色选择以及样板段视觉样式对比与确认阶段(图5)，为了校验设计阶段数据、分格样式是否准确，我们在安装主龙骨的同时，按照常规的铝合金玻璃幕墙开口横梁(如图7)的安装方式采购了部分铝合金横梁进行试装，以检验推测数据是否准确，为改进横梁构造、安装工艺等提供参考数据，在样板段玻璃面板安装完成后，现场查验发现横梁出现了一定程度的扭转现象，最大的扭转倾斜约3mm(图6)，其观感质量和结构安全存在一定隐患。
3.3.4 选料开模，明确为本项目开具专属型材模型，量身定制。
由样板段数据可以得出常规构件式开口横梁构造不适用，而通过抗扭承载力复核设计的模型力学性能满足要求，明确该型材构造设计有效合理，确定横梁型材模型如图5，交付厂家开模生产。
3.3.5 增加横梁与立柱的连接螺栓数量，重塑螺栓排列布局方式
横梁与立柱的连接通过M6不锈钢对穿螺栓和铝合金角铝进行连接，铝合金角铝与立柱的连接开孔直径控制尺寸为6.5mm，样板拆除后进行检查复核，孔径普遍偏大，在6.8mm至7.2mm之间，且立柱两侧孔位有1mm的误差;角铝与横梁间存在0.2mm至0.5mm的安装间隙，横梁与立柱连接时，角铝已呈现一定角度的扭转，立柱、角铝的开孔误差累积后导致横梁的扭转倾斜变得更大更明显。立柱与角码开孔时，室外侧开孔时孔径中心点向上偏移3mm(如图11)，通过抬高室外侧中心点位置消化误差尺寸，使横梁在发生扭转后扭转角度在允许范围，不影响观感质量和结构受力。
3.3.7 加工设备的须满足精度要求
JGJ103-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中 9.1.2条规定：加工幕墙构件所采用的设备、机具应满足幕墙构件加工精度要求，其量具应定期进行计量认证。幕墙施工中存在一定数量的老旧加工设备，其精度和效能均有下降，因此对老旧设备进行了检查、维修、校核和更新,以保证设备加工进度符合设计要求，减少因设备老旧带来的加工误差导致的加工质量低下不满足设计要求等。
4.结束语
通过设计校验复核，施工样板段的设立和评价研究，从理论上进行有效预防和改进，实现了设计先行，样板段校验纠偏，到施工中的质量控制过程，大大减少和规避了横梁在重力作用下发生扭转倾斜的概率。本文就类似项目的横梁扭转现象从设计之初、样板段纠偏反馈、施工过程的质量控制提供了参考数据，供幕墙从业人员借鉴与研究，如有不当之处和错误，还请批评指正。
参考文献：
[1] 中华人民共和国建设部.玻璃幕墙工程技术规范:JGJ103-2003[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范:GB5009-2022[S].北京：中国建筑工业出版社，2022.
作者单位：贵州君望建筑科技集团有限公司
