50米高建筑玻璃幕墙用多大铝型材？

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《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)设计部分介绍

中国建筑科学研究院研究员。

中国建筑装饰协会铝制品专业委员会专家组赵茜安

摘要:介绍了《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)设计部分的修订内容，并对修订内容进行了说明。

关键词:玻璃幕墙幕墙规范幕墙设计

新的《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-2003)已经颁布，并将于2004年6月65438+10月1日开始实施。与原标准JGJ102-96相比，修改和增加了许多内容。下面简单介绍一下它的设计。

一.一般原则

(一)增加了新型的幕墙

规范是成熟经验的归纳和总结，而不是前沿技术的介绍和展望。96规范编制时，国内很少使用点支式幕墙，故未纳入规范。近年来，点支式幕墙在我国各类建筑中得到广泛应用，形式多样，技术水平迅速提高。所以2003版修订时，增加了点支式幕墙的设计、制造、安装、验收。

目前很多项目都采用了各种形式的新型幕墙，比如混合框架和点支撑的幕墙；全玻璃幕墙的槽形玻璃幕墙；点支式幕墙包括背栓式幕墙、单层索网幕墙，此外还有双层通风幕墙、智能幕墙、光电幕墙、液晶显示幕墙。这些内容没有被纳入2003年版的规定。

当前代码版本中没有包含的技术内容，可以先在项目中应用，在应用中不断总结经验，待其成熟后再包含在未来的代码版本中。

(二)扩大了规范的适用范围

规范的适用范围与技术的适用范围不一样。1996年版编制时，全国最高的玻璃幕墙为金茂大厦(420m)、王迪大厦(325m)、中信大厦(320m)，高度超过150m的建筑有40多座。当时国外最高的玻璃幕墙达到445m(芝加哥西尔斯大厦)。但考虑到规范主要面向工程量大、范围广、技术成熟的工程，规定规范适用范围为150m高度以下的玻璃幕墙工程。

96规范颁布7年来，国内总结了大量的工程经验，超过150m的幕墙技术已经非常成熟。因此，在2003年修订版中，不再规定本规范适用高度的上限，但相应增加了超过200m高度的玻璃幕墙风洞试验研究的内容。

(三)更加合理地区分条款的严厉程度。

2003年版本首先区分了强制性规定和一般规定。强制性条文用黑体字印刷，相应采用“应当”和“必须”；“不应该”“禁止”等最严格的限定词。应执行强制性规定。

一般规定分为三个等级。“应该”和“不应该”界定的内容，一般情况下都要执行；允许选择“适当”和“不适当”界定的内容，一般认为先采纳；“能”和“不能”定义的内容是提供选择，可以采用，也可以选择其他方式。

非强制性条款的内容允许甲乙双方在双方签订的合同中作出其他特别约定。

(四)引入结构设计使用寿命规定

建筑结构有规定的设计使用寿命。本次修订中，考虑到幕墙属于可更换围护结构，规范第12章提出了幕墙结构的设计使用年限，并在说明中指出使用年限一般不小于25年。玻璃、铝型材和钢可以达到25年的使用寿命。结构胶出具的10年质量保证书只是一个商业措施，并不是结构胶的实际使用寿命。国外有过30多年结构胶依然好用的例子。来自结构胶

从老化试验中可以看出，结构胶有25年的使用寿命是有可能的，国内一些结构胶生产厂家已经考虑下发25年使用寿命的文件。

二。术语和符号

(一)更清晰的幕墙概念

近年来，玻璃幕墙的形式多种多样，新体系层出不穷。原规范中对玻璃幕墙的定义已不适应当前幕墙的多样性。

文化的趋势。因此，在修订2003版时，规定了幕墙的几个特征:

1，由支撑结构体系和面板组成；

2.相对于主体结构具有一定的位移能力；

3、不分担主体结构的荷载和作用。

而且玻璃幕墙除了外围保护结构外，还可以作为装饰结构。

(B)幕墙的更详细分类

1.幕墙是指与地面的倾角为75° ~ 115°的墙体。竖向幕墙为一般幕墙，其余为倾斜幕墙(倾角75° ~ 90°，倾角90° ~ 115)。在此范围之外，它们统称为采光顶、遮阳篷等。，而按规范分工，不受本规范管理。

2、玻璃幕墙按其结构类型分为:

框架支撑玻璃幕墙

全玻璃幕墙

点支式玻璃幕墙

其中，框支玻璃幕墙可分为:明框、隐框、半隐框幕墙；按其施工安装方式可分为构件式幕墙和单元式幕墙。有些厂家所称的小单元幕墙，其玻璃板有挂钩，现场单片安装，其实是一种构件式幕墙，不单独分类。

第三，材料

(1)一般规定

总则对金属材料的表面处理做了新的规定。除热浸镀锌外，钢型材还可以采用无机富锌涂料或其他有效的防腐措施(如聚氨酯涂料和氟碳喷涂)。除阳极氧化外，电泳涂装、粉末喷涂或氟碳喷涂也可用于铝型材。

(2)铝合金型材

1.铝合金型材的型号采用国际通用的型号:6061、6063、6063A等。

2.增加了隔热铝型材的规定，强调隔热条应采用尼龙66。

3.给出了各种表面处理的处理层厚度要求(规范中的表3.2.2)。

(3)钢型材

1，增加了钢材新品种，如耐候结构钢、钢绞线等。

2.关于支撑装置(吊夹、钢爪等)的规定。)和斜拉索中的锚固件。

3.详细规定了氟碳喷涂和聚氨酯喷涂对表面处理层厚度的要求。

⑷玻璃

1.调整了幕墙用玻璃品种，取消了夹丝玻璃；增加了低辐射玻璃、防火玻璃和琉璃玻璃。

2.强调钢化后的二次热处理和倒角、磨边工艺，减少玻璃自爆。

3.明确规定了防火玻璃的应用，强调使用单片防火玻璃及其制品。

第四，建筑设计

(a)开启风扇的开启面积

原规范从节能、个人防护和开启风机本身的安全考虑，规定开启风机的总面积不应大于15%的墙体面积。非典过后，一般要求加强自然通风，加开风扇。因此，本次修订取消了开启扇最大面积的规定，开启扇的设置由建筑设计根据使用要求确定。

(2)控制反射玻璃的反射率

阳光控制镀膜玻璃和低辐射玻璃都是反射太阳光的，反射率高，反射光强，容易造成周围的光反射干扰。因此，在建筑设计一章中，规定玻璃的反射率不应大于0.3。

(3)关于安全玻璃的使用

安全玻璃是指夹层玻璃、钢化玻璃和钢化玻璃制品。安全玻璃的使用既要最大限度地保证人员的安全，又要考虑钢化玻璃和夹层玻璃最大加工尺寸的限制。2003年修订版规定:

1.支撑幕墙:应采用安全玻璃；

2.玻璃幕墙:玻璃肋不应由单片钢化玻璃制成。

连接玻璃肋应为钢化夹层玻璃；

3.点支式幕墙:面板采用钢化玻璃及其制品，玻璃肋采用钢化夹层玻璃。

现在框支式幕墙用的是半钢化玻璃，不是安全玻璃，所以规定“应使用安全玻璃”。全玻璃幕墙的玻璃肋是重要的支撑结构。如果使用单片钢化玻璃，一旦因自发爆炸或撞击而破碎，面部玻璃将失去支撑而坍塌，严重影响安全。另一方面，由于夹层和钢化玻璃受目前设备最大加工尺寸的限制，高的全玻璃幕墙只能使用大尺寸浮法玻璃，所以没有规定全玻璃幕墙必须使用安全玻璃。

目前在一些工程中，尤其是大型公共建筑和高层建筑中，虽然避免了玻璃破碎，但幕墙全部采用夹层玻璃。

掉队造成的人身伤害，但一旦发生火灾，消防人员将无法进入室内进行救援，也无法帮助室内人员逃生，造成新的安全隐患。因此，在使用夹层玻璃时，需要留出钢化玻璃制成的紧急和逃生出口，并设置明显的指示标志。

(四)防火玻璃的应用

1、幕墙的防火玻璃应采用单片防火玻璃及其制品。目前应用最广泛的是单片铯钾玻璃及其制品。不应使用填充防火液体的复合玻璃。

2、幕墙的下列部位应使用防火玻璃:

透明夹层烟堵；

防火墙左右两侧的垂直透明防火带；

窗下无实心墙或实心墙高度不足时，地板上下两侧的透明水平防火分区；

划分防火分区的透明防火墙；

其他透明防火隔断和透明地板。

3.支撑防火玻璃的设施或支撑结构不应采用铝制结构，而应采用钢结构。

五、结构设计的基本规定

原结构设计一章细分为四章:基本条文、框支幕墙、全玻璃幕墙、点支幕墙的结构设计。

本章主要描述各种玻璃幕墙结构设计的异同，包括总则；材料的机械性能；负载和动作；效果组合；连接设计；有机硅结构胶的设计。

(1)一般规定

1，改变了原规范幕墙立柱要挂在主体结构上。原来的规定是按照当时幕墙由框架支撑的情况制定的。目前很多大跨度、复杂类型的支撑钢结构都是下端支撑在主体结构上，索杆体系在主体结构上张拉，不可能采用悬挂支撑的形式。因此，在第六章中增加了框支式幕墙应采用吊柱的规定。

2.原规范要求柱与主体结构采用弹性活动连接。这个概念不明确，弹性活接如何计算容易引起争议。本规范规定幕墙相对于主体结构要有一定的位移能力，可以通过各种胶缝和缝隙、各种长圆孔、上下柱的滑动缝、上下柱的缝隙、左右梁的缝隙来实现。大跨度钢结构也可以通过铰接摇臂机构和弹簧机构完全满足大位移的要求。所以在这次修订中，不再强调每个连接都必须用螺栓连接，也不排除有些连接是焊接的。

在实际的玻璃幕墙工程中，很多都是部分焊接连接(包括柱的角码和预埋件的焊接)，有的还经历过多次台风；焊接幕墙经过多次9度以上的振动台试验，仍然是安全的。实践表明，在幕墙连接中完全禁止焊接是不合理的，在某些场合往往很难做到。具体项目要具体分析。

3.定义了要考虑的荷载和作用，取消了温度应力的计算。

修订后的条文取消了温度应力的计算。从近几年的工程设计来看，在满足装配间隙结构和接缝宽度要求后，温度应力一般不起控制作用，为简化设计不进行计算。

4.引入承载力的重要性系数和抗震调整系数。

这是结构设计的基本系数，用于调整结构设计的安全度，对于无地震效应的组合和有地震效应的组合。为了与结构设计规范的表述保持一致，本规范在内力和应力控制的一般表达式中引入了这两个系数。在玻璃幕墙设计中，这两个系数可取1.0，不增加设计工作量。

5、采用分别检查和控制各个方向挠度的方法。

一般玻璃幕墙中的风荷载和自重作用方向不同，地震力很小。因此，对于不影响结构安全的挠度控制，分别控制风荷载和永久荷载的标准值。当梁在两个方向上受力时，挠度分别在水平和垂直方向上受到控制。作为围护结构和装饰结构，这种控制既能满足使用要求，又能简化设计工作量。

6.提示考虑偏心荷载引起的扭转影响。

在框支幕墙的横梁上，偏心施加玻璃的重力，会造成横梁扭曲。当采用中空玻璃或夹层玻璃或偏心距较大时，梁会受到较大的扭矩，在设计时应予以考虑。

(2)材料的机械性能

1，玻璃的强度设计值分为三个等级。

原规范中玻璃的强度设计值根据其厚度分为两个等级。因为等级差别太大，玻璃加厚后会出现承载力降低的不合理现象。现在强度设计值按照厚度分为三个等级，可以尽量避免这种情况。

2.定义玻璃侧强度的概念。侧面是指玻璃切割形成的截面，其宽度等于玻璃的厚度。侧面强度低于大平面强度，常用于计算螺栓或其他连接件制作的玻璃的面内抗拉承载力和玻璃肋的抗弯承载力。

3.给出了不锈钢强度设计值的获取方法，用屈服强度除以系数1.15得到。

4.在斜拉杆结构中，拉杆和拉索长期处于受拉状态，因此具有较高的安全度是合适的。拉杆强度设计值取屈服强度除以系数1.4后的值；斜拉索的强度设计值是用抗拉强度除以系数1.8后取的。

5.附录中列出了耐候钢的强度设计值以及螺栓、焊缝和铆钉的强度设计值。

(3)荷载和地震作用

1，风荷载按《建筑结构荷载规范》(GB50009)计算。基本风压基于50年一遇。对于高度超过200m、形状复杂、风环境复杂的幕墙，应进行风洞试验，确定风荷载值。

2.计算地震作用时，动力系数为5.0。并且两个地面加速度等级(对应于7.5度和8.5度的烈度)的地震系数增加。

(D)荷载和作用效应的组合

1，重力荷载分项系数一般取1.2。当重力荷载效应有利时(自重引起的轴向压力和下端支撑玻璃肋弯曲时风荷载引起的拉应力的组合)，取1.0；当重力荷载效应起控制作用时(如下端支撑的受压钢柱，自重与风荷载的组合)，仍应考虑为1.35的组合，对应风荷载的组合系数取0.6。

2.地震作用效应的组合系数为0.5。

3.验算幕墙构件挠度时，只验算风荷载标准值或重力荷载标准值作用下的挠度值，不进行组合(验算雨棚和采光顶构件时，应考虑风荷载和自重的* * *相互作用，但这不在本规范范围内)。

(5)连接设计

1，要求与预埋件连接，预埋钢板和预埋槽应在混凝土浇筑前放入并固定。附录中列出了预埋钢板的设计方法。

2.当没有条件使用预埋件时，可采用地脚螺栓固定连接件。后加锚栓应采用机械锚栓或化学锚栓，并提出了应用后加锚栓时应注意的事项。

3.砌体墙平面外承载力低，连接件固定困难。因此，条文中作出了增加钢或混凝土连接梁、柱的要求。

(6)密封剂

1.结构密封胶承载力设计公式采用强度设计值，与其他设计表达式一致。

2.计算密封胶厚度时，规定了位移承载能力值，采用0.14MPa的应力伸长率，可从厂家提供的应力-应变曲线中得到。玻璃面板的位移取为风荷载作用下的最大层间位移角(此时胶缝应力不会超过0.14MPa)。如有必要，还应考虑温度的影响。

不及物动词框支幕墙的设计

(一)玻璃面板设计

1，增加了中空玻璃和夹层玻璃前后片玻璃最小厚度和最大厚度差的规定。

2.在玻璃的应力和挠度计算中，考虑了玻璃大挠度的工作状态，并对计算值进行了折减，引入了折减系数。

3.挠曲极限定义为短边长度的1/60。因为幕墙玻璃的挠度主要是由风荷载引起的，所以可以用风荷载的标准值来计算挠度。

4.给出了夹层玻璃和中空玻璃的计算方法。原规范中关于夹层玻璃和中空玻璃等效厚度的相关规定，仅适用于两块厚度相同、型号相同的玻璃的特殊情况。一般情况下，两块玻璃上的外载荷应与其刚度d成比例分配，即与或成比例。考虑到中空玻璃中前后玻璃挠度的差异，直接承受风荷载的前玻璃所分配的荷载增加了10%。

(2)梁的设计

1.合理规定梁截面最小厚度的要求。截面主要受力部分的最小厚度由三个条件决定:宽厚比b/t；的板块；铝型材直接螺纹连接时的局部厚度不小于螺钉直径；铝型材跨度不大于1.2m时，最小为2mm；当跨度大于1.2m时，最小值为2.5 mm。钢型材的最小壁厚为2.5mm

不满足上述要求的断面在断面设计中不予考虑。

2.建议梁按抗弯和抗剪设计。当光束

采用开口截面时，还应考虑薄壁杆件约束扭转的影响，必要时应进行扭转计算。

3.原规范中取消了梁的绝对挠度限值。最初的限制适用于小跨度的梁。目前幕墙形式多样，梁的跨度变化很大，采用单一的数值限制有时是不合理的。用相对挠度控制符合结构设计的一般习惯。因此，本次修订将铝合金型材挠度控制在跨度的1/180；钢型材控制为跨度的1/250。

(3)立柱设计

1，柱截面最小厚度的控制原理与梁相似。板的宽厚比和铝型材螺纹连接的局部厚度与梁相同。不同的是铝型材开口部分的最小壁厚为3mm，盒体部分的最小壁厚为2.5mm；钢型材的最小壁厚为3毫米

不符合上述要求的路段在设计路段时不予考虑。

2.根据工程实践经验，并考虑到上下柱连接处的套圈即使加长，也很难按连续截面计算，所以闭合型材的套圈长度为250mm开口型材可以通过合适的型材或钢板连接。上下柱的连接结构，一侧(上柱或下柱)可以用螺栓或焊接固定，另一侧为滑动配合。

3.该柱可以是拉弯构件或压弯构件。两者都需要计算承载力，柱的稳定性也要计算。规范第6.3.7条中的“轴向压力”一词是误加的，应予删除。公式6.3.7也适用于拉弯柱的计算。

4.梁与柱的连接方式有很多种，故文中“螺栓连接”的表述不排除钢梁与柱之间采用焊接或其他连接方式的可能。

七、全玻璃幕墙设计

这一章是新增加的。全玻璃幕墙包括整体玻璃肋和通过胶缝传力的一般全玻璃幕墙；还包括连接玻璃肋，用支撑装置传力的点支撑全玻璃幕墙。

(1)一般规定

1，更合理的规定了玻璃的最大支撑高度。底部支撑的大玻璃的稳定性和平面外变形都与玻璃的厚度有关。原规范规定4.5m以上玻璃高度必须悬挂，过于笼统，不合理。这个规范根据它们的不同厚度规定了不同的最大承载高度，这是合理的。

2.全玻璃幕墙玻璃破碎的案例时有发生。在大多数情况下，玻璃被结构或装饰夹住，其变形是有限的。因此，强调玻璃与周围结构、装饰、上下槽口的间隙不小于8mm，支撑垫厚度不小于10mm，使玻璃有足够的变形和位移空间。

(2)小组

1.根据支承条件，分别按对面简支板或多点支承板计算面板的应力和挠度，并考虑折减系数。

2.在风荷载标准值下，面板的挠度可按其跨度的1/60控制。

(3)玻璃肋

1.玻璃肋是全玻璃幕墙的主要支撑结构。如果使用单片钢化玻璃，一旦发生爆炸，很难及时采取救援措施，全玻璃幕墙将有倒塌的危险。类似的危险也发生在一些项目中。所以用胶缝传力的全玻璃幕墙，宁愿用浮法玻璃肋，也不要用单钢化玻璃肋。

2.点支式全玻璃幕墙的连接玻璃肋会在连接处产生较高的应力，应采用夹层钢化玻璃。对接接头应能承受玻璃肋作为偏心受拉(压)构件产生的内力。连接钢夹板厚度不小于6mm，螺栓直径不小于8mm。

3.当玻璃肋的高度大于8m时，应考虑玻璃肋的整体稳定性；高度大于12m时，应采取措施支撑或绑扎玻璃肋，防止侧向失稳。

4.在标准风荷载下，玻璃肋的挠度不应大于跨度的1/200。在公式7.3.3-2中，系数5/16应改为5/64。

八。点支式玻璃幕墙设计

原始规范不包含点支式幕墙的规定。近年来，点支式幕墙得到广泛应用，技术水平迅速提高。本规范增加了点支式玻璃幕墙结构设计一章。

(1)玻璃面板

1，点式支承面板在支承点附近产生较高的集中应力，应采用高强度的钢化玻璃及其成品。

2.使用支撑钢爪时，玻璃要打孔，沉头轴承开一个锥形孔，由孔壁支撑。玻璃的厚度要大，所以厚度不能小于8mm；浮头支架受玻璃力，可以用6mm玻璃。

3.点支玻璃之间的间隙不应小于10 mm，一般情况下应采用耐候胶嵌缝，无需密封的装饰点支玻璃之间的密封。

4、点支承玻璃按多点支承弯板受力而计算。

挠度，规范给出了四点支承板的计算表。计算时可以考虑折减系数。

5.点支式玻璃在风荷载标准值下的挠度不应大于点支长边间距的1/60。

(2)点支撑装置

1，点支撑装置应满足相关国家标准的要求。支撑装置应能满足玻璃变形的要求(如带球铰的支撑钢爪、带垫层的支撑夹板等。).夹板支架应具有托盘支撑玻璃的自重。

2.支撑装置仅用于支撑幕墙玻璃的荷载，不得用于其他用途(如悬挂其他重物等。).

(3)支撑结构

1.点支式玻璃幕墙的支撑结构除少量连接玻璃肋外，采用多种形式的钢结构。支撑钢结构可采用刚性结构(如单构件、梁系、桁架、网格、网壳等。)、柔性结构(索杆体系、索网等。)和刚柔混合结构。

2.支撑钢结构单独承受来自玻璃面板的载荷和功能，而不考虑面板玻璃和支撑钢结构的工作。

3.一般情况下，支撑钢结构应采用有限元法进行分析，柔性结构体系应考虑结构的几何非线性。简单的支撑结构允许手动计算。

4.支撑钢结构根据《钢结构设计规范》(GB50017)进行设计。

5.支撑钢结构必须保持结构体系的稳定性，索杆体系也要形成稳定的结构体系，能承受正反两个方向的风荷载。单个构件应满足长细比的要求，受压构件的无支撑长度应满足λ不大于150的要求，受拉构件应满足λ不大于250的要求。

6.应对拉杆和拉索施加预张力，预张力应使拉杆和拉索在各种可能的载荷和作用下保持一定的张力，不应有压力。

九。摘要

综上所述,《玻璃幕墙工程技术规范》( JGJ102-2003)对102-96进行了大幅修订，总结了我国近年来玻璃幕墙工程的设计和施工经验，体现了技术水平的快速提高。为今后我国幕墙工程提供更充分的技术依据，进一步推动幕墙工程技术的发展。