高樓幕牆為(wèi)什麽不怕台風？季華帶你了解幕牆(轉中(zhōng)國(guó)幕牆網)

(文(wén)章轉自中(zhōng)國(guó)幕牆網)

在高樓大廈，幾百米的建築，這麽高空的地方，建築物(wù)不怕台風嗎，特别是國(guó)内外沿海地區(qū)，總是受到台風的侵擾，下面季華帶你來認識，幕牆的抗風技(jì )術和防止台風技(jì )術。

-------------------------------------------幕牆經受強台風的考驗------------------------------------------------

隻要按照規範正确進行設計和施工(gōng)的幕牆,可(kě)以抵抗強台風的襲擊。

　　2018年9月16日，超強台風山(shān)竹在珠三角登陸，廣州、深圳、珠海的建築幕牆經受了一次嚴峻的考驗。這次台風最大風力達到14至16級，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了幕牆設計的标準。

　　在這次超強台風中(zhōng)，絕大多(duō)數幕牆表現是良好的，在遠(yuǎn)超設計風力的強風吹襲下，幕牆沒有(yǒu)破損或者破損輕微(圖 0.1至圖0.4)。

其中(zhōng)，在設計和建造過程中(zhōng)最令人擔心的幾棟特殊建築幕牆，表現出極為(wèi)良好的抗風能(néng)力，使我們深深認識到：認真設計，認真施工(gōng)，可(kě)以大大提高建築幕牆的抗風能(néng)力。

　　1. 超高建築

　　深圳平安(ān)金融中(zhōng)心，600m高，明框幕牆，不鏽鋼闆豎向線(xiàn)條(圖0.5)。此外如廣州塔(600m)，廣州東塔(528m)，廣州西塔(432m)，深圳京基100(412m)，深圳地王大廈(350m)等均未發生強風産(chǎn)生的破損。

　　2. 超高陶闆裝(zhuāng)飾線(xiàn)條

　　廣州周大福中(zhōng)心(廣州東塔，528m)，豎向采用(yòng)空心陶闆裝(zhuāng)飾線(xiàn)條，安(ān)裝(zhuāng)到500m以上的高空，這是世界獨一無二的，由于事先采取了特殊的加強措施，這種脆性的材料在強風中(zhōng)安(ān)全無恙(圖 0.6)。

　　3. 世界最高的隐框玻璃幕牆

　　廣州國(guó)際金融中(zhōng)心(廣州西塔，432m)，玻璃單元闆塊最大1.5mX6.0m，重600kg。全隐框幕牆，世界第一高。采用(yòng)了高強結構膠。山(shān)竹台風中(zhōng)表現良好，無損害(圖 0.7)。

1 風力對建築幕牆的作(zuò)用(yòng)

　　1.1 風力沿建築表面的分(fēn)布

　　作(zuò)用(yòng)在建築物(wù)表面風力大小(xiǎo)與風速的平方成正比。2016年9月，莫蘭蒂台風在廈門登陸，風速達48m/s，換算風荷載達 1.44kN/m2，為(wèi)廈門按規範設計風力的 1.8 倍。

　　作(zuò)用(yòng)于建築物(wù)表面，即幕牆上的風力不是均勻分(fēn)布的。在水平面上，建築物(wù)的角部幕牆受到的風力比大面上的風力要大得多(duō)(圖1.1)。莫蘭蒂台風中(zhōng)，許多(duō)幕牆角部附近的玻璃損壞比大面上的玻璃要多(duō)(圖1.2)

沿幕牆高度方向，風荷載總的趨勢是随着高度加大而逐漸加大。所以荷載規範給出的風荷載高度系數是沿高度逐漸加大的(圖1.3)。但實際上由于氣流在建築物(wù)頂部可(kě)以較順利地滑過，頂部的風力反而減少(圖1.4)。風力現場實測表明：風力的最大值不在幕牆的頂點，而在幕牆的 1/2 至 3/4 高度上。

圖 1.5 為(wèi)廣州環市廣場大廈(220m，石材幕牆)在風洞試驗中(zhōng)的風力沿高度分(fēn)布的實測結果。實測數據表明頂部風力分(fēn)布與規範給出的分(fēn)布是有(yǒu)差别的。

圖1.7 為(wèi)廈門中(zhōng)綠大廈玻璃幕牆在莫蘭蒂台風中(zhōng)損壞玻璃沿高度的分(fēn)布，損壞最多(duō)的部位是幕牆的中(zhōng)高部分(fēn)。

　　1.2 狹縫效應

　　空氣通過相鄰建築物(wù)之間的狹縫時，風速會相應加大(圖 1.8)。這就使得狹縫兩側和正對狹縫後排的建築幕牆受到更大的風力作(zuò)用(yòng)，發生更嚴重的風力破損。

圖1.9 為(wèi)廈門寶墅住宅區(qū)，第一排住宅正對大海，直接受到登陸台風的襲擊。但是台風過後，第一排首當其沖的住宅玻璃破碎較少，而第二排、第三排住宅樓的門窗玻璃破損要嚴重得多(duō)(圖1.10)。

1.3 幕牆構件的風振疲勞

　　風力的大小(xiǎo)随時間不斷變化，幕牆構件受到的風荷載也在急速變化(圖 1.11)。幕牆構件的荷載是脈動的、疲勞的荷載。

在幕牆生存期内(30至50年)，幕牆構件受到的疲勞次數可(kě)以達到10萬到100萬次。因此，面闆、結構膠、連接件和支承結構的耐疲勞性能(néng)要充分(fēn)注意。

2 設計風荷載

2.1 幕牆設計風荷載首先按規範計算

　　作(zuò)用(yòng)在幕牆上的風荷載首先應按《建築結構荷載規範》進行計算。按50年一遇取用(yòng)當地的基本風壓，選取相應的體(tǐ)形系數、高度系數和風振系數，計算風荷載的标準值，并考慮超載系數1.4 計算其設計值。這是幕牆設計的最基本依據。

風洞試驗是重要的設計手段

　　實際建築物(wù)外形往往比較複雜，附加裝(zhuāng)飾較多(duō)，超出規範的常規範圍;加之臨近建築的影響往往需要考慮，這時風洞試驗就成為(wèi)重要的設計手段。近年來我國(guó)建成了許多(duō)建築風洞，适應工(gōng)程建設的需要。　　

圖 2.1 為(wèi)中(zhōng)國(guó)建築科(kē)學(xué)研究院的建築風洞，其試驗段的截面為(wèi)6.5m X 3.5m，可(kě)以适應大比例建築模型實驗的需要。

圖2.2 為(wèi)國(guó)内外一些大型工(gōng)程的風洞試驗，試驗結果為(wèi)這些工(gōng)程的主體(tǐ)結構和幕牆設計提供了重要的依據。

2.2 風洞試驗結果的分(fēn)析判斷

風洞試驗結果是幕牆抗風設計的重要依據，但要用(yòng)好這些試驗結果，必須對試驗數據進行分(fēn)析判斷。

　首先，風洞試驗設備是大型、複雜的試驗系統，其可(kě)靠性取決于運行技(jì )術和良好的維護。事實上，往往同一個工(gōng)程在不同的風洞試驗室進行試驗，其結果會有(yǒu)明顯差别。因此重大、複雜的工(gōng)程宜在兩個以上的試驗室進行試驗。上海市明确要求 300m 以上的超高層建築應在兩個不同的試驗室進行風洞試驗。

第二，建築物(wù)不同于火箭、飛機、汽車(chē)，其體(tǐ)量巨大，進行風洞試驗時模型比例較小(xiǎo)，一般單體(tǐ)試驗為(wèi) 1/100 至 1/250;群體(tǐ)風環境試驗的比例更小(xiǎo)到 1/500 至 1/2000。因此這種小(xiǎo)比例模型難以表達原建築的建築細部，而且其結果的相似性和模拟可(kě)信度也難以确定。

第三，風洞試驗測量的數據并不是直接用(yòng)于實體(tǐ)工(gōng)程的風荷載，從測量的數據到設計用(yòng)的風荷載，中(zhōng)間要經過多(duō)次轉換，用(yòng)到許多(duō)轉換系數，轉換過程人為(wèi)因素會有(yǒu)一些影響。

試驗者的工(gōng)程經驗和直覺判斷非常重要。因此純學(xué)術型的風洞實驗室往往提交出偏離實際的實驗結果。重要工(gōng)程的風洞試驗宜在有(yǒu)較多(duō)工(gōng)程經驗的風洞實驗室進行。

　　由這個數值達到按規範計算風荷載值的 3 倍，也達到周邊臨近點試驗值的3.5倍以上。從工(gōng)程經驗來看，這是不可(kě)能(néng)的。因此經過細緻分(fēn)析，舍棄了這些奇點的不合理(lǐ)峰值。

　　所以，《玻璃幕牆工(gōng)程技(jì )術規範 JGJ 102》和《金屬與石材幕牆工(gōng)程技(jì )術規範 JGJ 133》中(zhōng)，沒有(yǒu)采用(yòng)“按照風洞試驗數據進行幕牆設計”的表達方式。

3 防止台風對幕牆的二次破壞

　3.1 台風對幕牆玻璃的二次破壞,台風中(zhōng)幕牆玻璃的破損，除直接被風力壓碎以外，還有(yǒu)許多(duō)玻璃面闆是因為(wèi)被台風卷起、夾帶的雜物(wù)擊碎的。這些沖擊碎物(wù)，一些來自地面，磚石、棍棒等被強大的風力擡升，撞向玻璃幕牆;還有(yǒu)一些是建築幕牆高處破損後，破碎的構件被台風夾帶，撞擊較低處的玻璃面闆，造成二次傷害(圖3.1 - 圖3.4)。

3.2 抗台風玻璃和抗台風幕牆門窗

　　抗台風玻璃是加強型夾膠玻璃，能(néng)耐受風持雜物(wù)的沖擊，沖擊後能(néng)保持玻璃的完整性和門窗幕牆的建築功能(néng)。重要的工(gōng)程，玻璃破碎後會産(chǎn)生重大損失的工(gōng)程，可(kě)以采用(yòng)防碎物(wù)沖擊玻璃(防台風玻璃)及其門窗産(chǎn)品(圖 3.5)。

　　防碎物(wù)沖擊玻璃可(kě)以是高強單片玻璃、夾膠玻璃或夾膠中(zhōng)空玻璃。根據需要防止的雜物(wù)的種類和大小(xiǎo)，選用(yòng)防台風玻璃的等級，決定玻璃的厚度和構成，并通過試驗加以驗證(圖 3.6)。

GB/T29738《建築幕牆和門窗抗風攜碎物(wù)沖擊性能(néng)分(fēn)級及檢測方法》中(zhōng)，規定按照不同的發射物(wù)和發射速度将門窗幕牆的抗飓風級别分(fēn)為(wèi)A、B、C、D、E五個級别。測試樣品在通過發射物(wù)沖擊測試後還必須通過次正、負壓各4500次、共計9000次的循環風壓試驗。試驗後門窗玻璃應保持完整，不能(néng)被發射物(wù)穿透，也不能(néng)産(chǎn)生可(kě)使76mm直徑球體(tǐ)通過的開口及長(cháng)度超過130mm的裂口。

　　我國(guó)如金剛玻璃公(gōng)司等廠家從2005年開始防台風攜碎物(wù)玻璃的研發工(gōng)作(zuò)，已經可(kě)以提供防台風玻璃和采用(yòng)防台風玻璃的門窗系統。通過國(guó)内外防台風實驗室檢測，國(guó)産(chǎn)防台風玻璃和防台風門窗系統産(chǎn)品的防沖擊性能(néng)可(kě)以達到和超過最高級别 E 級的要求。

4 大尺寸玻璃的抗風能(néng)力

　　4.1 許多(duō)幕牆工(gōng)程采用(yòng)大尺寸玻璃

　　由于建築功能(néng)和建築藝術的需要，許多(duō)幕牆工(gōng)程采用(yòng)了大尺寸玻璃。

　　廣州西塔是世界最高的隐框幕牆(2008年建成)，高度432m(圖4.1)。玻璃4.5米X1.5米，6.0米X1.5米，玻璃配置:(8mm+1.52PVB+8mm)+12A+10mm。玻璃采用(yòng)半鋼化。最大玻璃闆塊面積達 9 m2，重量達600kg。全部玻璃采用(yòng)高強結構膠與副框粘結。至今已經10年，多(duō)次台風吹襲，大玻璃安(ān)全可(kě)靠。

天津 117 工(gōng)程，高度597m。玻璃尺寸為(wèi)1.5m X 6.0m，面積達 9.0m2。玻璃：超白、Low-E、中(zhōng)空、外片PVB夾膠半鋼化、内片鋼化。标準層： ( 8 + 1.52 PVB + 8 )+12A + 8;高空大堂層(32、63、94、115、116層)：( 8 + 1.52 PVB + 8 )+ 12A + 10( 12)。

北京金霖酒店(diàn)采用(yòng)懸膜中(zhōng)空玻璃，内外均為(wèi)12mm 鋼化玻璃，尺寸達到 2m X 9.8m(圖 4.3)。

目前，中(zhōng)國(guó)是世界超大玻璃的供應國(guó)，可(kě)以生産(chǎn)最大尺寸為(wèi)18m X 4m，厚度達25mm的超大玻璃;并對長(cháng)達 18m 的玻璃進行鋼化、夾膠、熱彎和中(zhōng)空等深加工(gōng)。各國(guó)蘋果店(diàn)的超大夾膠玻璃都是北玻供貨的

美國(guó)加州的蘋果總部為(wèi)直徑 500m 的環形辦(bàn)公(gōng)樓，4層，玻璃幕牆總長(cháng)度達6000m(圖4.4)。

　　玻璃類型：超白，Low-E 鋼化，熱彎，中(zhōng)空 ;玻璃尺寸：15m X 3.3m;玻璃面積：50㎡ ;

　　玻璃配置： 12mm+16mmAr+12mm。全部大玻璃由中(zhōng)國(guó)供應或由在德(dé)國(guó)的中(zhōng)國(guó)設備生産(chǎn)。

4.2 超大玻璃的尺寸應由安(ān)全條件決定

　　超大玻璃是否安(ān)全首先要考慮對于人身撞擊是否安(ān)全。試驗證明，厚度為(wèi)10mm及以上的鋼化玻璃，不會因人身撞擊而破碎，厚度 12mm 及以上的落地鋼化玻璃也可(kě)以不設置防護欄杆(圖 4.5、圖4.6)。

所以，采用(yòng)厚度10mm及以上的鋼化玻璃及鋼化中(zhōng)空玻璃時，不必因考慮人身安(ān)全而對玻璃尺寸限制過嚴。

5 提高玻璃幕牆的抗風能(néng)力

構造措施是提高玻璃幕牆抗風能(néng)力，确保玻璃幕牆在台風襲擊時安(ān)全工(gōng)作(zuò)的重要手段。以下這些做法是幕牆設計時應予注意的。

　　1. 中(zhōng)空玻璃的二道密封膠要采用(yòng)矽酮結構膠。結構膠寬度通過風荷載計算決定，最小(xiǎo) 7mm。

　　2. 開啓扇要妥善處理(lǐ)，面積不宜大于 1.5㎡，挂鈎要有(yǒu)足夠入槽深度，要有(yǒu)限位裝(zhuāng)置。

　　3. 明框壓闆厚度不小(xiǎo)于2.0mm。

　　4. 幕牆下方設隔離帶，入口設雨棚。

　　5.1 正确采用(yòng)中(zhōng)空玻璃二道密封膠

　　中(zhōng)空玻璃二道密封膠粘結前後玻璃。在明框玻璃闆塊中(zhōng)由于有(yǒu)金屬壓條固定，風力和地震力由壓條承受，二道密封膠不承受外力，所以可(kě)采用(yòng)聚硫膠。

　　隐框幕牆、半隐框幕牆、全玻幕牆和點支承幕牆的中(zhōng)空玻璃，二道密封膠是要承受風力和地震力的，隐框幕牆和半隐框幕牆的中(zhōng)空玻璃，二道密封膠還要承受外片玻璃的自重。所以必須采用(yòng)矽酮結構密封膠。鋼爪、夾闆支承的點支玻璃，離開支點較遠(yuǎn)的部位，二道密封膠也要部分(fēn)受力，也要采用(yòng)矽酮結構密封膠作(zuò)為(wèi)中(zhōng)空玻璃的二道密封。

　　2011年，杭州慶春大廈發生19樓外玻整片墜落重傷行人的事件。這是由于業主自行決定将部分(fēn)固定玻璃闆塊改為(wèi)開啓窗，交由非專業門窗廠施工(gōng)。違反隐框中(zhōng)空玻璃二道密封膠必須用(yòng)矽酮結構膠的規定，竟然采用(yòng)聚硫膠，導緻外片玻璃整片滑落，砸斷行人小(xiǎo)腿導緻截肢。經檢查，膠與鋁框接觸面光滑、潮濕，玻璃是在風力作(zuò)用(yòng)下整體(tǐ)滑落(圖5.1)。

二道密封膠的寬度要由隐框、半隐框中(zhōng)空玻璃的荷載、尺寸，通過計算決定。并且不得小(xiǎo)于 7 mm。

　　由于中(zhōng)空玻璃二道密封膠的質(zhì)量問題，2016年9月莫蘭蒂台風中(zhōng)，廈門有(yǒu)些幕牆中(zhōng)空玻璃的外片掉落(圖5.2)。

5.2 活動開啓扇

　　玻璃幕牆的活動開啓扇不應采用(yòng)外開平開窗，外開窗容易被大風吹落;也不應采用(yòng)推拉窗，推拉窗密封性能(néng)差，大雨大風中(zhōng)易漏風滲水。目前廣泛采用(yòng)上懸外開窗。上懸窗的開啓角度不應大于30度，下端開啓距離不應大于300mm (圖5.3)。

　　上懸窗的挂鈎應有(yǒu)足夠的入槽深度，并設有(yǒu)金屬的限位防脫鈎裝(zhuāng)置(圖5.4)。

在台風吹襲下，開啓扇墜落的事件更容易發生，合理(lǐ)進行開啓扇設計，确保開啓扇安(ān)全尤為(wèi)重要(圖5.7、圖5.8)。

5.3 隐框玻璃的壓塊

　　隐框玻璃闆塊的副框由壓塊、螺釘連接到鋁橫梁和鋁立柱上，玻璃面闆的風荷載要由壓塊、螺釘傳遞到支承結構上，所以壓塊和螺釘的受力應加以計算，且間距不大于300mm。

　　天津五礦大廈隐框玻璃幕牆的角部玻璃闆塊，2010年3月，幕牆玻璃正在安(ān)裝(zhuāng)中(zhōng)，由于等待修改設計，角縫處附框懸空，尚未固定，四邊支承闆成為(wèi)一個長(cháng)邊自由、三邊簡支闆。當晚刮8級大風，現場未封閉，玻璃正反面均受大風長(cháng)時間作(zuò)用(yòng)。大塊的玻璃連框拔出，整塊掉落。小(xiǎo)尺寸玻璃未出問題(圖5.9)。

隐框玻璃幕牆角部闆塊超大，面積達7平方米，邊長(cháng)達3.2米，附框相對薄弱，易變形。施工(gōng)過程，外部未封閉。遇8級以上大風，闆腹背均受大的風力;尤其位于銳角角區(qū)，風力更大。壓塊間距過大，每個壓塊受力太大，而固定螺釘部位型材壁厚加厚不足，風反複作(zuò)用(yòng)，螺釘孔晃大，螺釘終于逐個拔出，玻璃連框整塊掉下(圖5.10)。

6 提高鋁闆幕牆的抗風能(néng)力

　　6.1 台風中(zhōng)鋁闆幕牆表現總體(tǐ)良好

　　在2016年莫拉蒂台風和2017年天鴿台風中(zhōng)，廈門和珠海的鋁闆幕牆抗風能(néng)力總體(tǐ)良好，鋁闆幕牆損壞不多(duō)(圖6.1)。采用(yòng)鋁闆幕牆的工(gōng)程，在這次台風中(zhōng)損害較少。鋁闆的闆塊是折邊的，通過角碼、螺釘與橫梁、立柱連接，工(gōng)作(zuò)比較可(kě)靠。

　　發生風損壞的原因通常是折邊過少，螺釘開孔過分(fēn)靠近闆邊緣，風力作(zuò)用(yòng)下闆邊撕開。還有(yǒu)就是角碼距離過大，螺釘連接處鋁型材沒有(yǒu)局部加厚，螺釘拔出，連接失效。

但是，既然發生了損壞，就有(yǒu)必要進一步提高鋁闆幕牆的抗風能(néng)力

6.2 鋁闆折邊要有(yǒu)足夠寬度，螺釘孔離闆邊有(yǒu)足夠距離

　　螺釘孔離開鋁闆的闆邊要有(yǒu)足夠的距離，避免在拉力作(zuò)用(yòng)下鋁闆被撕開。孔中(zhōng)心點至闆邊的距離不應小(xiǎo)于 2 倍的孔徑(圖6.2)。為(wèi)此，折邊鋁闆的折邊寬度不應小(xiǎo)于25mm(圖6.3)。

圖6.4為(wèi)在莫蘭蒂台風中(zhōng)吹落的鋁闆，明顯是由于孔邊剩餘鋁闆太窄，孔邊被撕開，鋁闆失去固定而吹落。

6.3 面闆的厚度要适應連接構造

　　選用(yòng)非常規的面闆連接構造時，面闆的厚度要與連接構造相适應，未經試驗驗證确保安(ān)全，不要随意改動。廣州新(xīn)保利大廈自2007年建成以來，連年在台風中(zhōng)鋁闆被吹落，不得不從新(xīn)改造(圖6.5)。

本工(gōng)程采用(yòng)白色單層鋁闆，2007-2012年，每年在台風中(zhōng)都有(yǒu)闆塊吹落。鋁闆與鋁橫梁立柱的連接采用(yòng)歐洲的平闆開縫、種釘挂鈎的方式(圖6.6)。

這種連接方式要求鋁面闆厚度不小(xiǎo)于 5mm ，使面闆有(yǒu)足夠的剛度，防止大風下産(chǎn)生過大變形，避免挂鈎轉動拔出，保證挂鈎工(gōng)作(zuò)可(kě)靠。但是本工(gōng)程自行将闆厚更改為(wèi) 3mm ，面闆在大風中(zhōng)變形過大，挂鈎滑出，面闆吹落。到2012年，隻得拆除全部鋁面闆，改為(wèi)國(guó)内傳統的折邊連接方式。

--------------------------------------------------------7 結語---------------------------------------------------------

　　曆史的經驗證明，隻要嚴格按照幕牆規範進行設計和施工(gōng)，建築幕牆在台風中(zhōng)的表現是良好的，是經得起台風的考驗的。（圖7.1）為(wèi)深圳發展中(zhōng)心，1987年建成，内地第一座隐框玻璃幕牆。至今30年，經曆多(duō)次強台風，完好無損。（圖7.2）為(wèi)深圳蛇口新(xīn)時代廣場，高175m，為(wèi)内地第一座超過100m的石材幕牆，位于海邊風口，1997年建成。 30mm厚花(huā)崗岩闆，通槽長(cháng)挂闆連接。20多(duō)年來，經受多(duō)次超強台風襲擊，無損壞。

　　2016年百年不遇的強台風莫蘭蒂襲擊廈門，風力大大超出了設計标準，但是絕大部分(fēn)幕牆完好無損;2017年超強台風天鴿襲擊珠海，港珠澳大橋人工(gōng)島、珠海大劇院等海上建築的幕牆處于波浪滔天的包圍之中(zhōng)，台風過後安(ān)然無恙(圖7.3)。