构件式玻璃幕墙由于施工方便、造价相对较低,在工程中得到广泛应用,但不少构件式玻璃幕墙的横梁在板块自重作用下由于多种原因产生了扭转。横梁产生扭转后,由于修复及加固难度相当大,直接影响到结构安全与观感质量。由于幕墙的抗震设计与非抗震设计对连接节点的要求不同,现仅对非抗震设计的幕墙横梁扭转原因进行分析,并提出若干预防措施。
1、横梁扭转现象及危害
横梁是幕墙工程中的主要承重构件之一。在正常情况下,横梁在竖直平面内仅受到玻璃板块及自身重力作用。施工完成后的横梁上表面应保持水平,但不少幕墙尤其是板块面积较大的明框幕墙,横梁上表面向外倾斜,亦即横梁产生了扭转。当横梁产生扭转后,直接影响到观感。并且,大部分幕墙的横梁与角码是通过自攻钉进行连接,在正常情况下,自攻钉仅受到剪力作用;而当横梁产生扭转后,室内侧的自攻钉不仅承受剪力,还要承受部分拉力,这对结构长远的安全性而言是极为不利的。
2、横梁扭转的原因分析
(1)角码与立柱固定不牢,角码相对于立柱产生扭转,是横梁产生扭转的重要原因。可以说绝大多数横梁产生扭转的幕墙,其角码相对于立柱均产生了扭转,具体原因如下:
角码成孔时,孔径过大,与螺栓或螺钉不配套,导致施工完成后,由于螺栓与角码孔壁存在过大的空隙,在板块自重作用下,角码孔壁与螺栓螺杆之间尚有较大的位移空间。而这种位移将导致角码相对于立柱产生转动。这时,通常用自攻钉固定在角码上的横梁也随着转动。
角码成孔时,工人未熟练掌握施工工艺,导致孔壁不直甚至明显倾斜,更重要的是在角码后背孔侧产生了毛刺。在安装角码前如未对这种毛刺进行清理就进行安装,则根本无法保证将角码与立柱紧密连接。最终必然会导致角码扭转,进而导致横梁扭转。同时,当孔壁不顺直时,螺栓栓杆与角码孔壁接触不完全甚至其接触是线接触而非面接触。在正常情况下即为面接触时,螺栓栓杆承受角码传递过来的是均布荷载;当孔壁不直即两者为线接触时,接触面积极小且承受的是集中荷载,会在角码孔壁产生局部过大的集中应力,应力集中处的孔壁易被破坏,孔径也相对扩大。而过大的孔径不利角码的固定。
角码与立柱通常是采用螺栓或螺钉进行连接,当连接紧密时,尽管在两者接触面间加设了垫片,但角码与立柱在螺栓的轴向力作用下仍会产生一定的摩擦力。而这种摩擦力对角码的抗扭转是有好处的。而部分施工人员在角码安装固定时未将螺栓或螺钉拧紧到位,角码后背与立柱之间连接不紧密,两者接触面之间无法产生这种有利的摩擦作用,同时未拧紧螺栓也会造成角码的晃动与转动。另外值得注意的是,当用螺栓进行角码与立柱的连接固定时,如果拧得过紧,易造成立柱的腹板产生局部变形,与角码的背部也是无法紧密接触,反而不利角码的固定。
(2)板块安装方法。对横梁而言,最好是直接将力传递至立柱而不经过横梁。但不少工人在安装时,先将板块直接搁在横梁上,调好位置后先固定好上下横梁处的压块,再固定左右立柱处的压块。这种安装方法导致板块重量全部由横梁承担,设计时应加以考虑。
(3)抗扭承载力复核。部分设计人员未按规范要求对横梁的抗扭能力进行计算复核。尤其是当幕墙施工完毕后,横梁产生了微小的扭转(在理论上是完全可能的),当板块承受到风荷载后,横梁在竖直平面内的受力不仅包括板块与横梁本身自重,还将承受部分风荷载。如图1所示,当横梁扭转a角度后,在竖直平面内受风荷载在垂直于横梁方向的分力为F.sina(F为板块受到的风荷载传到横梁的水平力),这也会加剧横梁的扭转。
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