玻璃幕墙上悬式开启扇脱落问题探讨

玻璃幕墙上悬式开启扇脱落问题探讨

摘要：本文针对玻璃幕墙外上悬开启扇脱落问题，结合实际工作经验，分析了其产生的原因，并提出了解决方法，最后给出了算例。

前言：建筑玻璃幕墙受到广大建筑师的青睐，在国内的公共建筑中应用量很

大。在铝合金玻璃幕墙设计中，为满足建筑通风及消防安全需要，玻璃幕墙应设置开启扇，不论是框架式玻璃幕墙还是单元式玻璃幕墙，开启扇形式通常为上悬式开启。为实现此种开启方式，目前采用两种方法来实现，一种是采用摩擦型铰链（即通常所说的四连杆或五连杆）作为开启扇承重构件，配以限位风撑实现上悬式开启；另一种是采用挂钩式铝型材，铝型材作为开启扇承重构件，配以限位风撑实现上悬式开启。在实际工程应用中，高层、超高层建筑越来越多，幕墙开启扇也出现了如开启扇脱落等很多问题，本文就结合实际工作经验，对这两种开启方式出现的脱落问题做一些简要介绍和探讨。

一、采用摩擦型铰链开启扇设计

当采用摩擦型铰链作为开启扇承重构件时，如出现开启扇松脱现象，通常有以下几个原因；

1、铰链承重不够

破坏现象：铰链损坏

原因分析及解决方法：首先应根据开启扇尺寸，计算出开启扇重量，以开启扇宽度900mm，宽度1500mm，玻璃厚度6mm+12A+6mm为例，计算出开启扇重量为G=500N，节点形式如下图所示。

根据此开启扇重量与五金件厂家提供的铰链承重数据，可相应选择四联秆尺寸为16吋（根据某五金件厂家产品数据，16吋铰链可承重65kg）。

2、铰链与铝型材之间连接不可靠

破坏现象：不锈钢螺钉或拉铆钉脱落

原因分析及解决方法：铰链与铝合金型材之间的连接，在实际工程实例中，有采用不锈钢沉头螺钉的，也有采用不锈钢拉铆钉的。在开启扇部位，往复开启，对连接点来说，是一交变荷载，采用不锈钢自攻钉，易松动，存在安全隐患。故建议采用不锈钢拉铆钉。如出现不锈钢拉铆钉脱落现象，主要是由于不锈钢拉铆钉长度选择不合适，拉铆钉长度选择应根据《五金手册》中，抽芯铆钉长度来确定。

如型材壁厚L1=2mm，不锈钢铰链厚度L2=1.5mm，则铆接件厚度为

L=2+1.5=3.5mm

当选择L5mm的拉铆钉时，根据《实用五金手册》拉铆钉长度

Lmax= L+6mm=3.5+6mm=9mm

Lmin= L+4mm=3.5+4mm=7.5mm

拉铆钉长度应为8mm。拉铆钉过短会出现拉不上的现象，拉铆钉过长又会出现拉不紧的现象。故当采用拉铆钉作为连接构件时，其长度选择至关重要。

3、开启框、扇铝型材局部承压不够

破坏现象：不锈钢拉铆钉连接处铝型材被拉坏

原因分析及解决方法：在铰链连接处，由于不锈钢的弹性模量E=206x105N/mm2而铝合金的弹性模量E=0.7x105N/mm2相差近三倍，故在开启扇尺寸较大时，铰链连接处铝型材可能会被破坏。为避免此种破坏，在铝型材腔里加钢衬板，可有效提高连接点处局部强度。

二、采用铝合金挂钩开启扇设计

当采用铝合金型材挂钩作为开启扇承重构件时，如出现开启扇松脱现象，通常有以下几个原因；

1、铝合金挂钩处无限位装置

破坏现象：无限位块，开启扇开启时脱落

原因分析及解决方法：采用此种结构形式（见左图），幕墙开启扇重量由上横龙骨承担，开启扇安装是直接挂接在开启框的铝合金挂钩上，当幕墙开启扇处于开启状态时，如没有开启限位装置，开启扇挂钩有可能从开启框挂钩上脱落。为避免此种情况，在开启扇安装完毕后，必须加装可靠的限位装置。

2、铝合金上横龙骨刚度不够

破坏现象：有限位块，开启扇开启时脱落

原因分析及解决方法：在实际计算中，幕墙横梁按简支梁力学模型进行设

计计算。在自重荷载下，根据《建筑结构静力计算手册第二版》，横梁挠度df=5GkB4/384EIx

由于幕墙固定扇处横龙骨或开启扇采用摩擦型铰链的幕墙横龙骨，仅承受上一块玻璃的自重（摩擦型铰链结构形式开启扇重量由两边竖骨承担），故通常的幕墙计算软件如汇宝幕墙计算软件、CADPM等，在计算自重荷载下的幕墙横龙骨挠度时，自重荷载仅考虑上一块玻璃自重。

当幕墙开启扇采用挂钩形式时，与采用摩擦型铰链不同，在挂钩开启处横龙骨除承受上一块玻璃自重，还要承担幕墙开启扇的自重，开启扇上部横龙骨在自重荷载下的挠度要远大于其它位置处横龙骨挠度。当开启扇重量较大时，如横龙骨刚度不够，挠度变形过大，开启扇可能会从挂钩上脱落。因此，当采用挂钩式幕墙开启方式时，必须单独计算开启扇上部横龙骨在自重下的挠度，如挠度过大，可考虑加大横梁截面尺寸、铝合金横梁内部加钢龙骨等构造措施，以提高横龙骨刚度。

以某工程为例，比较两个相同截面横梁在自重荷载下的挠度。幕墙分格宽W=1200mm，开启扇上部分格高度为H1=900mm，开启扇高度为H2=1900mm，玻璃为6mm+12A+6mm，选用的型材惯性矩为：Ix=214230mm4。如下图所示：

计算过程如下：

横梁1挠度计算：

Gk：横梁自重线荷载标准值(N/mm)；

H1：横梁自重荷载作用高度(mm)，对挂式结构取横梁下分格高，对非挂式结构取横梁上分格高；

Gk=0.0004×（H1+ H2）=0.0004×（900+1900）=1.120N/mm

Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N•mm)；

B：横梁跨度(mm)；

横梁挠度的实际计算值如下：

df=5GkB4/384EIx=5×1.120×14004/384/70000/214230=3.736mm

横梁2挠度计算：

Gk：横梁自重线荷载标准值(N/mm)；

H1：横梁自重荷载作用高度(mm)，对挂式结构取横梁下分格高，对非挂式

结构取横梁上分格高；

Gk=0.0004×H1=0.0004×900=0.36N/mm

Mx：横梁在自重荷载作用下的弯矩设计值(N•mm)；

B：横梁跨度(mm)；

横梁挠度的实际计算值如下：

df=5GkB4/384EIx=5×0.36×14004/384/70000/214230=1.201mm

通过以上计算，可以看出，横梁1与横梁2在自重荷载下的挠度分别为3.736mm和1.201mm，相差约3.1倍，当挂钩型材的框、扇配合的含入量小于等于3.7mm时，当外上悬窗扇开启时，存在着脱落的危险。并且，根据《建筑幕墙》GB/T21086-2007要求，df，min=3mm，故该横梁在自重荷载作用下挠度不满足！必须采取措施增强其刚度。v

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。