《玻璃幕墙工程技术规范》修订要点

　　1 前言
　　1.1建筑幕墙工程和技术标准现状
　　建筑幕墙在我国应用已有近3O年的历史，目前既有建筑幕墙预计超过5亿平方米，并且以每年5000万～80O0万平方米的规模继续发展。2O世纪9O年代以后，建筑幕墙工程逐渐增多，相关公司及从业人员队伍逐步发展壮大，我国相继发布了《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-96、《建筑幕墙》JG3035-1996和《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-97等技术标准，对规范和促进建筑幕墙行业的健康发展起到了重要作用。2O世纪9O年代末至今，随着我国经济实力的持续增强，各项社会事业不断发展，房屋建筑规模不断扩大，使建筑幕墙行业进入了持续、快速发展时期，相继建设完成了—大批规模大、难度高的幕墙工程，积累了丰富的工程经验。针对玻璃幕墙工程需要，在总结工程实践经验、地震震害经验和研究成果的基础上，目前已完成《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003的修订工作。
　　1.2玻璃幕墙存在的主要问题和原因
　　随着玻璃幕墙的广泛应用，其工程质量、节能环保、结构安全性和防火安全性等方面越来越受到社会各界的关注。幕墙玻璃自爆或脱落、中空玻璃或隐框幕墙结构胶失效、幕墙防火性能属于安全性问题，幕墙的热工性能、遮阳性能、气密性能属于节能问题。
　　玻璃爆裂总体上有三类。第一类是玻璃自爆，由于玻璃内部不可避免地包含有硫化镍等杂质，在环境影响下导致玻璃产生内应力，当内应力超出玻璃强度时就会引起玻璃自爆；第二类是玻璃加工导致的局部缺陷，如玻璃未经过磨边处理或边缘有损伤，造成应力集中，导致玻璃爆裂；第三类是玻璃的热爆裂，是由于玻璃表面温差过大且玻璃安装没有预留足够的变形空间而温度应力超过玻璃强度，造成玻璃破裂。第一类爆裂：目前的生产技术和工艺是无法完全避免的，即使进行过均质处理的钢化玻璃，也仅仅是降低其自爆概率；后两类玻璃破裂，可以通过严格执行技术标准、加强使用管理得到有效解决。
　　玻璃幕墙的玻璃脱落、结构胶失效、节能等问题，主要原因是在设计、施工图审查、材料选择及加工、安装施工及使用维护等阶段没有严格执行现行技术标准及管理规定，因此从技术上是可以避免的。玻璃幕墙的防火性能一直是业内关注和争论的焦点问题。从技术及技术标准的角度，玻璃幕墙防火性能是可以做到的；从我国的经济发展水平而言，应该区别幕墙所处环境及幕墙工程的重要性提出不同的要求、采取相应的技术措施，使其达到必要的防火安全性。
　　针对上述问题，本文从玻璃幕墙材料、建筑设计、防火设计、结构设计等方面i对《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102以下简称《规范》)本次修订的内容做简要介绍。
　　2　规范修订的要点
　　《规范》本次修订始于2006年，2012年6月完成送审稿审查工作。本次修订的主要内容是：进一步明确了玻璃幕墙中采用安全玻璃的有关规定；对隐框玻璃幕墙的适用范围作了限制；修改了作用组合及组合值系数的有关规定；考虑了不同胶片的性能，补充了夹层玻璃等效厚度的设计方法；修改了结构胶粘接厚度计算方法；加强了玻璃幕墙节能设计、防火设计要求；进—步与国家现行有关标准进行了协调统一。
　　2.1材料要求
　　安全玻璃是门窗幕墙行业常常用到一个词，但定义并不明确。文献中有类似的描述，大致是指玻璃材料通过自身的构造、处理或与其他材料结合，当人体撞击而破裂时，由此给人体造成割伤、剌伤的可能性降低到最小程度。实际上并没有绝对的安全玻璃。这就要求我们在制造尽可能安全的玻璃产品的同时，更加注重安全玻璃的工程应用环节，包括适用范围、设计构造、安装、保护措施等。如果要避免幕墙玻璃的自爆、坠落伤人，从理论上就要避免使用单层钢化玻璃或由单层钢化玻璃构成的中空玻璃，而代之以符合国家标准要求的加层玻璃、超白钢化玻璃(低铁玻璃)及其制品，但这需要付出更高的经济代价。
　　《规范》修订中，对幕墙玻璃提出了更高的要求：
　　1、有抗爆设计要求的玻璃幕墙，面板应选用防爆玻璃。
　　2、玻璃幕墙的面板，除夹层玻璃外应选用超白钢化玻璃、均质钢化玻璃及其制品。
　　3、全玻璃幕墙的玻璃肋宜采用夹层玻璃，且该夹层玻璃应进行封边处理；开孔玻璃肋应采用钢化夹层玻璃。
　　4、位于防火分区的幕墙玻璃，应采用单片防火玻璃及其制品。
　　其他材料要求：
　　1、点支承、隐框及半隐框玻璃幕墙用中空玻璃的第二道密封胶应采用硅酮结构密封胶，其粘接宽度应按计算确定并符合构造要求。
　　2、玻璃幕墙的耐候密封应采用硅酮建筑密封胶，不应使用添加矿物油的硅酮建筑密封胶：组角胶应具有耐酸碱腐蚀性能，标准条件的下垂度不应大于20mm，表干时间宜为5min～20mn，剪切强度不应小于100MPa。
3、玻璃幕墙采用夹层玻璃时，宜采用干法加工合成，其胶片宜采用聚乙烯醇缩丁醛胶片或离子性中间层胶片；外露的聚乙烯醇缩丁醛夹层玻璃边缘应进行封边处理。

　　4、玻璃幕墙的保温材料，宜采用岩棉、矿棉、玻璃棉等不燃或难燃材料。

　　5、幕墙构件断热构造所采用的隔热衬垫，其形状和尺寸应经计算确定，内外型材之间应可靠连接并满足设计要求。隔热衬垫宜采用聚酰胺、聚氨酯胶、未增塑聚氯乙烯等耐候性好、导热系数低的材料制作。

　　 2.2建筑设计要求
　　针对玻璃幕墙的节能性能、安全性能、防火性能，《规范》修订中提出了下列要求：

　　1、玻璃幕墙应进行节能设计，其传热系数、遮阳系数应符合幕墙热工设计要求，并应符合国家现行有关节能设计标准的规定；宜根据所处环境、幕墙类型及节能要求采取适当的遮阳措施。

　　2、玻璃幕墙宜采用具有防潮性能的保温材料；保温材料层的热阻应符合幕墙热工设计的要求。玻璃面板后面的保温材料与面板内表面的间隙不宜小于50mm，且宜设置透气孔。在严寒、寒冷和夏热冬冷地区，保温层靠近室内的一侧应设置隔汽层，隔汽层应完整、密封，穿透保温层、隔汽层处的支承连接部位应采取密封措施。

　　3、开启部分完全闭合时，玻璃幕墙的整体气密性能指标值不应大于20m 3/m 2· h。

　　4、玻璃幕墙应选用可见光反射比不大于0.30的玻璃面板；在可见光反射比要求低的部位应采用可见光反射比不大于0.16的玻璃面板。玻璃幕墙可见光透射比应满足建筑采光设计要求。

　　5、幕墙上设置的开启扇或通风换气装置，应安全可靠、启闭方便，满足建筑立面、节能和使用功能要求；开启扇宜采用上悬方式，其单扇面积不宜大于15m 2，开启角度不宜大于3℃ ，最大开启距离不宜大于300mm；当采用上悬挂钩式的开启扇时，应设置防止脱钩的有效措施。

　　6、隐框、半隐框玻璃幕墙以及隐框开启扇采用中空玻璃且外片与支承框架无结构粘接时，其硅酮结构密封胶胶缝至少应有一对边与中空玻璃二道结构密封胶的胶缝重合，以保证结构安全。

　　7、建筑高度大于100m时，不宜采用隐框玻璃幕墙，否则应在面板和支承结构之间采取防止面板脱落的构造措施。外倾或倒挂的玻璃幕墙不应采用隐框玻璃幕墙。

　　8、幕墙采用夹层玻璃时，应设置消防救援单元，且该单元应设置明显标志。

　　9、外露于玻璃幕墙墙面的装饰性构件应与幕墙支承结构或主体结构可靠连接。

　　10、人员流动密度大、青少年或幼儿活动的公共场所以及使用中容易受到撞击的玻璃幕墙部位，宜采用夹层玻璃，并应设置明显的警示标志。

　　11、在无主体结构实体墙的部位，幕墙与吀边防火分隔构件间的缝隙、与楼板或隔墙外沿间的缝隙等，应进行防火封堵设计；在有主体结构实体墙的部位，与实体墙面洞口边缘间的缝隙以及与实体墙吀边的缝隙等，应进行防火封堵设计。

　　12、当玻璃幕墙无窗槛墙时，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于10h、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙或者防火玻璃裙墙。

　　 2.3结构设计要求
　　玻璃幕墙通常承受重力荷载、风荷载、地震作用以及环境影响。玻璃幕墙应按围护结构设计；幕墙的结构设计使用年限不应少于25年，幕墙主要支承结构的设计使用年限宜与主体结构相同玻璃幕墙应具有规定的承载能力、刚度、稳定性和适应主体结构的位移能力；采用螺栓连接的幕墙构件，应有可靠的防松、防滑措施；采用挂接或插接的幕墙构件，应有可靠的防脱、防滑措施。

　　非抗震设计时，应计算重力荷载和风荷载效应；抗震设计时，应计算重力荷载、风荷载和地震作用效应凵温度作用下，变形受到约束的支承结构尚应考虑温度作用的影响。

　　 1、作用效应组合
　　当幕墙承受的作用和作用效应可按线性关系考虑时，幕墙构件承载力极限状态设计的作用效应组合应符合下列规定:持久设计状况、短暂设计状况:

　　

　　一般情况下，永久荷载风荷载、地震作用、温度作用的分项系数γ G γ W γ E γ T∶应分别取1.2、1.4、1.3和1.4 当永久荷载的效应起控制作用时，其分项系数γ G应取1.35；当永久荷载的效应对构件有利时，其分项系数γ G的取值应不大于10。

　　可变作用的组合值系数应按下列规定采用:持久设计状况、短暂设计状况且风荷载效应起控制作用时，风荷载组合值系数ψＷ应取1.0，温度荷载组合值系数ψ T应取0.6；持久设计状况、短暂设计状况且温度荷载效应起控制作用时，风荷载组合值系数ψ T应取0.6，温度荷载组合值系数昕应取10；持久设计状况、短暂设计状况且永久荷载效应起控制作用时，风荷载组合值系数ψw和温度荷载组合值系数ψ T均应取0.6；地震设计状况时，风荷载组合值系数ψ w应取0.2.幕墙构件的挠度验算时，可仅考虑永久荷载、风荷载、温度作用的标准值进行计算，—般可不考虑作用或作用效应组合。

　　 2、硅酮结构密封胶设计
　　硅酮结构密封胶的粘接宽度和厚度应根据计算确定，并且粘接宽度不应小于7mm，粘接厚度不应小于6mm且不宜大于12mm；硅酮结构密封胶的粘接宽度宜大于厚度，当采用单组份硅酮结构密封胶时，粘接宽度不宜大于厚度的2倍。

　　本次修订，重新研究了硅酮结构胶缝在主体结构侧移时的变形机理(图1)，对硅酮结构密封胶的粘接厚度要求以及计算公式做了如下修改:



　　式中:

　　ts——硅酮结构密封胶的粘接厚度(mm)；

　　μs——主体结构侧移影响下，硅酮结构密封胶缝沿厚度方向产生的剪切位移值(mm)；

　　η——硅酮结构胶厚度方向剪切位移影响系数，取0.6；

　　θ——风荷载或多遇烈度地震标准值作用下主体结构的楼层弹性层间位移角限值(rad)；

　　hs——玻璃面板高度(mm)；

　　δ——硅酮结构密封胶拉伸粘接性能试验中受拉应力为014N/mm 2时的伸长率。

　　 3、夹层玻璃设计
　　夹层玻璃抗弯设计时，忽略中间层胶片的作用是偏于安全的。事实上，美国、[size=1em]澳大利亚、欧洲等国家和地区的有关标准中均不同程度地考虑了夹层玻璃中间层胶片的有利影响。夹层玻璃的两层玻璃和中间层胶片能否共同工作以及共同工作的效能，主要取决于中间层胶片的力学性能。中间层胶片的性能与环境温度、荷载作用时间有很大关系，PVB胶片的剪切模量随温度增高或持荷时间增长衰减速率很快；离子性胶片的剪切变形模量要比PVB高出许多倍，而且随温度和持荷时间衰减的速率要慢得多。中国建筑科学研究院进行了夹层玻璃短期荷载性能、长期荷载性能和高温性能的试验研究和理论分析，从结果看，离子性中间层夹层玻璃的优越性也是显而易见的。

　　因此，对于高性能的夹层材料，设计时应该恰当地考虑它的有利作用。《规范》本次修订中规定，夹层玻璃的等效厚度可通过试验确定；单层胶片夹层玻璃的等效厚度也可按下列公式计算:

　　夹层玻璃挠度计算时，计算玻璃抗弯刚度的等效厚度t e.w可按下式计算:



　　式中:——夹层玻璃中间层胶片的剪力传递系数。当采用聚乙烯醇缩丁醛胶片时可取0；

　　G——与温度相关的夹层玻璃中间层的剪切模量(N/mm 2)；

　　t 1、t 2、t v——分别为双片玻璃夹层玻璃中第1片、第2片和中间层胶片的厚度(mm)；

　　L——夹层玻璃的短边长度(mm):

　　E——玻璃的弹性模量(N/mm 2):


　　 3 结论
　　玻璃幕墙在我国应用十分广泛，是大型公共建筑以及超高层建筑的主要外围护结构形式。本文简要讨论了玻璃幕墙工程存在的主要问题以及《规范》修定的相应考虑，主要涉及到玻璃幕墙结构安全性，节能设计以及防火性能。本次修订总结了国内工程实践经验、地震震害经验以及科学技术研究成果，使玻璃幕墙设计规定进一步趋向合理。通过合理选材和设计、精心制作和安装、正常使用和维护，玻璃幕墙完全可以达到安全、适用的预期目标。

　　 参考文献
　　[1]玻璃幕墙工程技术规范(JGJ102-2003)[S]北京:2003年版
　　[2]建筑玻璃应用技术规程(JGJ113-2009)[S]北京:2O09年
　　[3]建筑安全玻璃管理规定(发改运行[2003]2116号) 北京:中华人民共和国国家发展与改革委员会、建设部、质量监督检验检疫总局、工商行政管理总局，2003年12月4日
　　[4]黄小坤玻璃幕墙及[size=1em]采光顶结构设计若干问题探讨《建筑结构》2009年
　　[5]夹层玻璃受弯性能试验研究报告北哀中国建筑科学研究院结构所，2007年