淺析幕墻工程后置埋板的結(jié)構(gòu)設(shè)計——平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)金井灣商務(wù)營運(yùn)中心幕墻工程

肖強(qiáng) 龍志鵬

金剛幕墻集團(tuán)有限公司 廣州 510635

摘要：以平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)金井灣商務(wù)營運(yùn)中心幕墻工程為例，在應(yīng)對基本風(fēng)壓超大、大面積主體結(jié)構(gòu)缺少預(yù)埋件以及建筑超高、結(jié)構(gòu)梁偏小的不利組合下，對后置埋件構(gòu)造設(shè)計、結(jié)構(gòu)計算進(jìn)行分析，為相近幕墻工程的后置埋板設(shè)計分析提供相關(guān)借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：幕墻；基本風(fēng)壓；后置埋板

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)金井灣商務(wù)營運(yùn)中心工程地處福建福州平潭縣，由6棟超100米的商務(wù)樓、1棟行政主樓、1座報告廳及兩棟附屬茶樓組成，總建筑面積70多萬平方米，最大建筑高度135.25米，其中幕墻施工面積近21萬平方米；平潭季風(fēng)明顯，夏季以偏南風(fēng)為主，其余季節(jié)多為東北風(fēng)。風(fēng)力年平均風(fēng)速6.9米/秒，灣海地區(qū)全年大風(fēng)（7級以上）日數(shù)為125天，是福建省強(qiáng)風(fēng)區(qū)之一，基本風(fēng)壓1.3KN/m?，由于幕墻招標(biāo)在所有主體封頂落架之后，主體結(jié)構(gòu)未設(shè)置建筑外幕墻預(yù)埋板，塔樓結(jié)構(gòu)梁厚絕大部分為200mm與250mm，在保證結(jié)構(gòu)的安全前提下，綜合實(shí)際施工技術(shù)要求、成本、業(yè)主方的工程進(jìn)度等，最終采用機(jī)械螺栓后錨固方案。

一、后置埋板的構(gòu)造設(shè)計

1.工程的設(shè)計參數(shù)

地面粗糙度類別：A 類；地震設(shè)防烈度：7 度，設(shè)計基本地震加速度值：0.1g；基本風(fēng)壓 Wo = 1.3 kN/㎡；建筑最大標(biāo)高：135米；通過選取大面與邊角位標(biāo)準(zhǔn)分格幕墻的計算，典型支座反力如下圖：

2.后埋板構(gòu)造設(shè)計的比選

后置埋件是指安裝在結(jié)構(gòu)上的埋置錨固件，其中涉及到三種客體：結(jié)構(gòu)基材、錨固件和被連接體。錨固件不但要完成被錨固件與原結(jié)構(gòu)的連接作用，更重要的是能有效的將外加荷載直接傳遞到原結(jié)構(gòu)上，從而達(dá)到安全、可靠的功效。后置埋件錨固的方法有很多，總的可以分為兩大類：機(jī)械錨固和化學(xué)錨固。幕墻中常用的機(jī)械錨固為膨脹錨栓，即通過端部的擴(kuò)張部分壓入鉆孔壁內(nèi)，利用挈形斜度來促使膨脹產(chǎn)生摩擦握裹力，達(dá)到固定效果，膨脹錨固價格便宜，施工方便。由于平潭工程風(fēng)壓大，超強(qiáng)臺風(fēng)登入地區(qū)，風(fēng)載的循環(huán)反復(fù)拉壓而容易產(chǎn)生松動，抗拉能力較差，首先被排除?；瘜W(xué)錨栓通過砂漿或合成樹脂將錨栓與錨固基礎(chǔ)結(jié)合成一個整體，化學(xué)錨栓的力學(xué)性能比同等規(guī)格的膨脹錨栓好很多，但缺點(diǎn)是價格高，對施工要求高，大面施工后質(zhì)量難以控制，化學(xué)藥劑不能受高溫，對后埋板的焊接提出了更高的要求。鑒于本工程幕墻埋件主要受拉，結(jié)合需要大量焊接、大面積使用情況，首先提出了采用國外相關(guān)品牌的化學(xué)錨固方案，在與業(yè)主方、設(shè)計院、監(jiān)理等單位的設(shè)計溝通過程中，存在以下幾點(diǎn)問題：

① 結(jié)構(gòu)梁大小絕大多數(shù)為200*700mm和250*700mm，按照混凝土規(guī)范相應(yīng)條款，考慮混凝土錐體破壞，錨栓臨界邊距大，將埋件需設(shè)在梁中導(dǎo)致幕墻構(gòu)造、方案設(shè)計不能滿足；

② 采用化學(xué)錨固，為保證受力要求，化錨數(shù)量多，化錨施工要求高，在大面施工中質(zhì)量難以保證，工程進(jìn)度難以控制；

③ 目前一般的化學(xué)錨栓藥劑采用的乙烯基樹脂，這種材料優(yōu)點(diǎn)是收縮率低、粘結(jié)力高，它能產(chǎn)生很高的強(qiáng)度，對清孔方法和效果敏感性小，但目前國內(nèi)廠家產(chǎn)品的一個缺點(diǎn)是耐高溫穩(wěn)定性差，不宜焊接，為保證本工程質(zhì)量建議采用國外品牌化學(xué)錨栓（藥劑要求耐高溫，提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)、檢測報告），這個方案的結(jié)果：如此體量的幕墻面積直接導(dǎo)致成本上升過大；

綜合以上幾個因素最終選用對穿螺栓方案，不受結(jié)構(gòu)梁厚度限值，而且對穿螺栓屬于機(jī)械連接，大面積施工條件更能保證連接的可靠性，埋件詳圖如下：

補(bǔ)充對穿螺栓的優(yōu)點(diǎn)。。。

埋件剖面圖

二、后埋板計算

1.正向風(fēng)荷載計算

① 風(fēng)荷載計算：

計算條件選取高度Z?。?26.7m；地面粗糙度?。篈類；基本風(fēng)壓Wo?。?.3（kN/m^2）。

Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）

（a）陣風(fēng)系數(shù)βgz計算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442

（b）風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz計算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362

（c）局部風(fēng)壓體型系數(shù)μsl計算：μsl=-1.200

（d）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值WK和風(fēng)荷載設(shè)計值W計算：

Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.200×2.362×1.30=5.314kN/m^2

W=γw×Wk=1.4×5.314=7.440kN/m^2

② 自重荷載計算：

GA=γG×GAK=1.2×0.700=0.840kN/m^2

③ 地震作用計算：

qEAK=β×α×GAK（JGJ102-20035.3.4）=5×0.08×0.700=0.280kN/m^2；qEA=1.3×0.280=0.364kN/m^2

④ 垂直幕墻面的荷載組合計算：

荷載采用SW+0.5SE組合：q=W+0.5qEA=7.440+0.5×0.364=7.622kN/m^2

2.正向風(fēng)荷載作用下反力計算

① 立柱受荷載線分布集度值：

B：立柱所受水平組合荷載從屬面分格寬：1.500m；H：立柱計算跨度：3.900m

qk.L=Wk×B=5.314×1.500=7.971kN/m；q.L=q×B=7.622×1.500=11.433kN/m

② 支座反力計算

N1=q.L×H=11.433×3.900=44.589kN；N2=GA×B×H=0.840×1.500×3.900=4.914kN

3.側(cè)向荷載計算

①風(fēng)荷載計算：

Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）

（a）陣風(fēng)系數(shù)βgz計算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442

（b）風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz計算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362

（c）局部風(fēng)壓體型系數(shù)μsl計算：μsl=-1.625

（d）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值WK和風(fēng)荷載設(shè)計值W計算：

γw：風(fēng)荷載作用分項(xiàng)系數(shù)：1.4

Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.625×2.362×1.30=7.196kN/m^2

W=γw×Wk=1.4×7.196=10.074kN/m^2

4.側(cè)向風(fēng)荷載作用下反力計算

① 立柱受荷載線分布集度值：

B：立柱所受水平組合荷載從屬面分格寬：0.300m；H：立柱計算跨度：3.900m

qk.L=Wk×B=7.196×0.300=2.159kN/m

q.L=q×B=10.074×0.300=3.022kN/m

② 支座反力計算：N1=q.L×H=3.022×3.900=11.787kN

5.埋件計算

① 埋件反力計算

由以上計算可知：N=44589N；V1=4914N；V2=11787N

后埋件所受到的剪力設(shè)計值：V=（V12×V22）0.5=（4，914+11，787）=12，770N

e：豎向剪力作用點(diǎn)到錨板邊緣的距離：150mm；e：側(cè)向剪力作用點(diǎn)到錨板邊緣的距離：400mm

由豎向總剪力產(chǎn)生的彎矩1設(shè)計值：M1=V1×e=4，914×150=737，100N.mm

由側(cè)向總剪力產(chǎn)生的彎矩2設(shè)計值：M2=V2×e=11，787×400=4，714，800N.mm

②受力最大錨栓的拉力設(shè)計值計算

（a）軸心拉力與彎矩1共同作用下，受力最大錨栓的拉力設(shè)計值：

N/n-M1y1/Σyi2=44，589/4-737，100×75/22，500=8，690≥0

N1=N/n+M1y1/Σyi^2，JGJ145-2004（5.2.2-1）=44，589/4+737，100×75/22，500=13，604N

（b）軸心拉力與彎矩2共同作用下，受力最大錨栓的拉力設(shè)計值：

N/n-M2y1/Σyi2=44，589/4-4，714，800×75/22，500=-4，569<0

N2=（NL+M2）y1'/Σyi'^2，JGJ145-2004（5.2.2-2）=（44，589×75+4，714，800）×150/45，000=26，863N

（c）軸心拉力與彎矩1和彎矩2共同作用下，受力最大錨栓的拉力設(shè)計值：

Nhsd=N1+N2-N/n=13，604+26，863-44，589/4=29，320N

③ 受力最大錨栓的剪力設(shè)計值計算

V11=V1/n1=4，914/2=2，457N；V21=V2/n2=11，787/2=5，894N

Vhsd=（V11^2+V21^2）^0.5=（2，457^2+5，894^2）^0.5=6，385N

④ 對穿錨栓選擇

Nhsd：承受拉力最大錨栓的拉力設(shè)計值：29KN；Vhsd：承受剪力最大螺栓的剪力設(shè)計值：6KN

NRd，S：M16錨栓的抗拉承載力設(shè)計值：35KN；VRd，S：M16錨栓的抗剪承載力設(shè)計值：35KN

⑤ 拉剪復(fù)合受力承載力計算

（Nhsd/NRd，S）2+（Vhsd/VRd，S）2=（29/35）^2+（6/35）^2=0.74；滿足要求

以上通過對平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)金井灣商務(wù)營運(yùn)中心幕墻工程的后埋板構(gòu)造設(shè)計的比選和結(jié)構(gòu)計算的分析，為應(yīng)對基本風(fēng)壓超大、大面積主體結(jié)構(gòu)缺少預(yù)埋件以及建筑超高、結(jié)構(gòu)梁偏小的不利組合下的相近幕墻工程后置埋板設(shè)計分析提供一個借鑒和參考。本工程后埋板施工應(yīng)用屬超相關(guān)規(guī)范，對穿螺栓后埋板方案組織了專家論證審查，給出方案基本可行，建議在實(shí)際的施工過程中完善兩點(diǎn)：

1.砼梁寬度≤250mm，可以采用對穿螺栓，在施工過程中不得損傷主鋼筋；

2.砼梁寬度≥300mm時，可采用化學(xué)錨栓，化學(xué)錨栓直徑應(yīng)適當(dāng)加大，錨入深度適當(dāng)加長，應(yīng)保證化學(xué)結(jié)構(gòu)膠質(zhì)量和施工質(zhì)量，必要時在關(guān)鍵部位時增加安全構(gòu)造措施。

參考文獻(xiàn)：

[1] 玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范，JGJ 102-2003

[2] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，GB 50009-2012

[3] 混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程，JGJ 145-2013