由金屬構(gòu)件與各種板材組成的懸掛在主體結(jié)構(gòu)上、不承擔(dān)結(jié)構(gòu)荷載與作用的建筑物外圍護(hù)結(jié)構(gòu),稱為建筑幕墻。按建筑幕墻的面板可將其分為玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻混凝土幕墻及組合幕墻等。按建筑幕墻的安裝形式又可將其分為散裝建筑幕墻、半單元建筑幕墻、單元建筑幕墻、小單元建筑幕墻等。
一、建筑幕墻的預(yù)埋件及膨脹螺栓設(shè)計(jì)依據(jù)及原則
建筑幕墻框格構(gòu)造體系設(shè)計(jì)計(jì)算受力分析先從鑲嵌體入手，可視為四邊鉸接的簡支板，按45°與中線相交受荷分配法將承受荷載分配給四邊桿件上，再按簡支梁計(jì)算桿件內(nèi)力將其傳至與建筑物主體結(jié)構(gòu)固定的支座上，而嵌板構(gòu)造體系設(shè)計(jì)計(jì)算受力分析是將板面受荷一次傳給建筑物主體結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)上。
近年來，根據(jù)國家有關(guān)部門的要求，我國土木工程界全面開展了工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的編制。以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法取代以經(jīng)濟(jì)為主的定值表達(dá)容許應(yīng)力設(shè)計(jì)法。由于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)是在正常荷載作用下不產(chǎn)生損害，在這種情況下，幕墻亦處于彈性狀態(tài)，因此，其構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算應(yīng)采取彈性計(jì)算方法進(jìn)行。其截面更大應(yīng)力設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值：σ≤?
式中：σ為荷載和作用截面更大應(yīng)力設(shè)計(jì)值，亦為應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值乘以大于1的系數(shù)k1，通過效應(yīng)組合得到；f為強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，由強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fk除以大于1的系數(shù)k2得到：
結(jié)構(gòu)安全度k＝k1×k2
在進(jìn)行幕墻構(gòu)件、連接件和錨固件承載力計(jì)算時(shí)，荷載和作用效應(yīng)組合的分項(xiàng)系數(shù)分別是：
對于重力荷載γG為1.2；
對于風(fēng)荷載γW為1.4；
對于地震作用γE為1.3；
對于溫度作用γT為1.2。
幕墻應(yīng)按效應(yīng)組合中的更不利組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。
二、預(yù)埋件的應(yīng)用與設(shè)計(jì)
幕墻構(gòu)件與混凝土結(jié)構(gòu)的連接一般是通過預(yù)埋件實(shí)現(xiàn)的。幕墻工程使用的各種預(yù)埋件必須經(jīng)過計(jì)算確定，以保證其具有足夠的承載力。為了保證幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接牢固可靠，幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接的預(yù)埋件應(yīng)在主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)，按設(shè)計(jì)要求的數(shù)量、位置和方法進(jìn)行埋設(shè)，埋設(shè)位置應(yīng)正確。施工過程中如將預(yù)埋件的防腐層損壞，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求重新對其進(jìn)行防腐處理。
預(yù)埋件的錨固鋼筋是錨固作用的主要來源，混凝土對錨固鋼筋的粘結(jié)力是決定性的，因此預(yù)埋件必須在混凝土澆灌前埋入，施工時(shí)混凝土必須振搗密實(shí)。目前實(shí)際施工中往往由于放入預(yù)埋件時(shí)，未采取有效措施固定預(yù)埋件，混凝土澆鑄時(shí)往往使預(yù)埋件偏離設(shè)計(jì)位置，影響立柱的安裝，甚至無法使用。因此應(yīng)將預(yù)埋件可靠地固定在模板上或鋼筋上。
按規(guī)定，螺栓只是在立柱與預(yù)埋件之間進(jìn)行連接。對于預(yù)埋件，其錨筋的總截面面積As，當(dāng)有剪力、法向拉力和彎矩共同作用時(shí)，按下列公式計(jì)算并取其中的較大值：
As≥V÷(αrαvfy) N÷(0.8αbfy) M÷(αrαbfyz)
As≥N÷（0.8αbfy） M÷(0.4αrαbfyz)
當(dāng)有剪力、法向壓力和彎矩共同作用時(shí)，按下列公式計(jì)算并取其中的較大值：
As≥（V-0.3N）÷(αrαvfy) （M-0.4Nz）÷(1.3αrαbfyz)
As≥（M-0.4Nz）÷(0.4αrαbfyz)
當(dāng)M＜0.4Nz時(shí)，取M-0.4Nz＝0。
上述公式中的系數(shù)，應(yīng)按下列公式計(jì)算：
αv=(4.0-0.8d)（fc/fy）有誤
當(dāng)αv＞0.7時(shí)，取αv=0.7。
αb=0.4 0.25t÷d
當(dāng)采取措施防止錨板彎曲變形時(shí)：可取αb＝1.0
上述各式中：V---剪力設(shè)計(jì)值（N）；
N---法向拉力或法向壓力設(shè)計(jì)值；法向壓力設(shè)計(jì)值不應(yīng)大于0.5fcA，此處A為錨板的面積（m㎡）；
M---彎矩設(shè)計(jì)值（N.mm）；
αr---鋼筋層數(shù)影響系數(shù)，當(dāng)?shù)乳g距配置時(shí)，2層取1.0，3層取0.9；
Z---外層錨筋中心線間的距離（mm）；
αv---錨筋受剪承載力系數(shù)；
d---錨筋直徑（mm）；
αb---錨板彎曲變形折減系數(shù)；
fy---鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/m㎡）；
fc---混凝土軸心抗壓強(qiáng)度值（N/m㎡），可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ10采用；
t---錨板厚度（mm）。
三、膨脹螺栓的應(yīng)用
當(dāng)施工未設(shè)預(yù)埋件、預(yù)埋件漏放、預(yù)埋件偏離設(shè)計(jì)位置、設(shè)計(jì)變更、舊建筑加裝幕墻時(shí)，沒有條件采用預(yù)埋件連接措施，往往要使用后置埋件。采用后置埋件（膨脹螺栓或化學(xué)螺栓）時(shí)，應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求并應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗(yàn),通過試驗(yàn)決定其承載力。
在實(shí)際工程施工中，由于采用不同規(guī)格的膨脹螺栓，施工單位在設(shè)計(jì)過程中，大部分膨脹螺栓的握裹力設(shè)計(jì)值偏小，主要體現(xiàn)在：在各種荷載設(shè)計(jì)過程中，各種分項(xiàng)系數(shù)取值偏小，或不采用分項(xiàng)系數(shù)。在膨脹螺栓受拉力計(jì)算時(shí)，簡單地將立柱受的拉力除以所用螺栓的個(gè)數(shù)，得每處螺栓所受的拉力來進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)。筆者認(rèn)為，以上算法是不準(zhǔn)確的，因?yàn)榕蛎浡菟ㄊ呛笾眠B接件，工作可靠性較差，只有在不得已時(shí)作為輔助、補(bǔ)救措施，不作為連接的常規(guī)手段。使用時(shí)必須確保安全，留有余地，按計(jì)算只需1個(gè)膨脹螺栓就夠，實(shí)際上應(yīng)設(shè)置2～4個(gè)螺栓。
后置埋件（膨脹螺栓或化學(xué)螺栓）的具體要求：
1．后置埋件的現(xiàn)場拉拔強(qiáng)度值應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算書確定。
2．后置埋件使用的化學(xué)螺栓或膨脹螺栓應(yīng)由設(shè)計(jì)人員根據(jù)幕墻的性質(zhì)、種類、計(jì)算數(shù)據(jù)來確定，并應(yīng)符合幕墻工程技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。
3．現(xiàn)場拉拔測試應(yīng)按照見證取樣的有關(guān)程序進(jìn)行。
4．后置埋件設(shè)置的位置與設(shè)置位置的結(jié)構(gòu)基體應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。
5．后置埋件的結(jié)構(gòu)砼構(gòu)件強(qiáng)度等級不宜低于C30。
6．后置埋件原則上不宜采用膨脹螺栓，特殊情況若采用膨脹螺栓時(shí)應(yīng)按照設(shè)計(jì)用量的2~4倍設(shè)置，
且每層應(yīng)采用有效拉結(jié)措施。螺栓應(yīng)閉合處理，防止螺絲栓松動及銹。
論文發(fā)表：2003年第3期《濟(jì)南裝飾》
推薦單位：濟(jì)南裝飾協(xié)會
推薦人：王建森中國建筑裝飾協(xié)會理事
濟(jì)南裝飾協(xié)會秘書長高級工程師
李莉濟(jì)南裝飾協(xié)會副秘書長高級經(jīng)濟(jì)師
評語：本文按照國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合濟(jì)南地區(qū)的實(shí)際情況，對幕墻結(jié)構(gòu)連接的實(shí)際應(yīng)用中各環(huán)節(jié)做了比較詳盡的介紹，對于確保幕墻質(zhì)量和安全性能有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。