建筑幕墙埋件分类及设计施工要求!

城市幕墙2018-08-12 10:52:29

建筑幕墙依据不同的面板材料分为玻璃幕墙、金属幕墙和石材幕墙三大类,无论哪类幕墙,其承载结构体系与建筑主体结构的连接,通常都是通过预埋件或后加锚固件来实现的。幕墙除了承受自重荷载外,还要承受风力、地震等荷载的影响,因此预埋件与建筑主体结构的连接是否可靠耐久,直接关系到幕墙的结构安全与使用寿命。


埋件设计



1.埋件与主体的连接强度直接决定了整个幕墙的安全,必须严格控制。在埋件设计时应注意以下几点:



(1)预埋式埋件锚筋与埋板的尺寸和位置在设计时应严格依据《玻璃幕墙工程规范》(JGJ102-2003)及《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)进行设计。

(2)注意锚筋的长度不要超过结构尺寸(如梁厚度),避免锚筋露出结构外。

(3)爪形埋件中A、B两型锚筋宜采用螺纹钢。C、D型的锚筋在设计时应考虑锚筋间的干涉及锚筋在安装时与结构配筋之间的干涉问题。E、F型埋件适合于需要进行防雷的部位。

(4)埋板的大小在设计时应考虑幕墙的结构形式的需要。


2.重视埋件的技术要求

(1)预埋件技术要求是建设方必须重视的幕墙专项设计内容,根据其受力情况(拉、剪、弯)计算确定锚板规格、锚筋直径、长度以及焊缝厚度等,其中锚板的最小厚度和锚筋的间距,锚筋到锚板边缘距离,预埋件其承载力以及连接件与主体结构的锚固承载力必须通过计算或实物试验予以确认,符合规范要求,但是建设方常常对埋件专项设计不够重视,甚至忽略规范要求,草草的安排土建施工预埋,这种缺乏科学的设计以及盲目预埋,既造成大量预埋件报费,又增加了幕墙安全隐患。

(2)后置埋件技术要求除考虑各类螺栓本身性能差异外,还要考虑基材性状、锚固连接的受力性质、被连接 结构的类型、胡无抗震设防要求等因素。膨胀型螺栓、扩孔型螺栓不得用于受拉和边缘受剪(边距C<10hcf锚件有效锚固深度),拉剪复合受力的结构构件及生命线工程的非结构构件的后锚连接。化学植筋及螺杆,在满足锚固深度的化学植筋和螺杆可应用于抗震设防烈度不大于8级的受拉、边缘受剪、拉剪复合受力之的结构构件和非结构构件的后锚固连接等待。


3.埋设件的构造规定

旧规范JGJ102-96《玻璃幕墙工程技术规范》原样照搬GBJ10-89 《混凝土结构设计规范》。新规范JGJ102-2003<玻璃幕墙工程技术规范>关于预埋件设计较旧规范在适应幕墙行业荷载较小等特点方面有一定改进,如取消了锚板厚度与锚筋中心距之比≥1/8的规定;以及受拉锚筋长度降低到≥15d等。这些还是不能满足在较小截面混凝土构件上设置埋设件的需要,工程上经常要面对监理按规范检查锚筋长度不符合规范规定的尴尬。据了解,幕墙行业至今还没有发生过因埋设件抗力不够而导致幕墙损坏事故,这说明现行埋设件是安全的,同时也在某种程度上反映埋设件是保守的,尚有继续改进的空间。



埋设件的分类及构成


埋设件按其形成时序分为预埋件和后置埋件,其中预埋件分为爪式埋件和槽型埋件。




预埋件

预埋件是预先安置(埋藏)在结构内的构件.即在结构浇注时留设在结构中的由钢板和锚固筋的构件。


普通爪式埋件

锚筋,锚板通过焊接而成锚筋可制成直形、弯形、弯钩型。




埋板带预留槽式埋件

此种埋件在普通爪式预埋件基础上增加了预留槽,连接起来非常方便,及时在埋件位置误差较大的情况下,也可像普通埋件一样焊接处理,灵活性较大。




1.1.3 爪形埋件(A~F为几种常见类型,如图所示)。

槽型埋件

金属槽可由钢板折弯,铸件,锻件制成。锚筋与金属槽可制成一体,或焊接而成。这种形式的预埋件具有体积小施工方便的优点,目前已经国产化,且已形成系列。施工中常用到槽型埋件长度为300mm,锚筋长度为100mm或60mm。




槽型埋件与平板预埋件的优缺点对比


槽型埋件为幕墙施工中常用的一种形式,由于其与平板式预埋件相比有较多的优点,因此槽型预埋件在幕墙工程中的应用逐渐增多。


槽型预埋件与平板预埋件比较的优点:


1、从生产加工角度比较

槽型预埋件加工工艺简单,质量检验方便,一般加工一个槽型预埋件的功效是加工一个平板预埋件功效的3倍。


2、从经济性角度比较

槽型预埋件价格便宜,节省工程造价。一个槽式埋件的重量约为2公斤左右,外加两个T型螺栓,一套槽型埋件的价格大概为25元左右。而一个平板埋件的重量大约为6公斤左右,价格约为60元左右,槽型埋件的价格约为平板埋件的一半以上。


3.从施工的难易角度比较

槽型埋件体积小,施工非常方便。槽型预埋件的锚筋只有一排,而且槽型预埋件的槽钢体积较小,不容易与主体结构的钢筋发生干涉,施工周期短,大大提高施工进度。而平板预埋件所占的体积大,锚筋一般为两排两列布置,非常容易与主体结构的主筋发生干涉,由于施工工人不是非常清楚主筋的重要性,偶尔为了埋设平板预埋件而把主体结构的主筋锯断,这样就会对建筑埋下安全隐患。另外,由于槽型预埋件的体积小,当主体结构为一较薄的板式结构时,只能采用槽型预埋件而不能采用平板式预埋件。


4.从是否方便幕墙龙骨的安装角度比较

槽型预埋件与幕墙龙骨的转接件采用T型螺栓连接,现场不需要焊接,安装非常方便。槽型预埋件是通过在其槽口内能够自由水平滑动的T型螺栓与幕墙龙骨转接件相连接,转接件与T型螺栓连接处在竖直方向上开长型孔,转接件与幕墙龙骨连接处在垂直于幕墙面方向上开长型孔,这样就实现了幕墙龙骨安装的三维调整,安装十分方便。如图所示。平板预埋件也能实现三维调整,但是调整完之后需要焊接来固定,一方面给现场施工增加了难度,另一方面也增大了发生火灾的可能性。




槽型预埋件与平板预埋件相比的缺点:

槽型预埋件与平板预埋件相比,最为明显的缺点就是槽型预埋件的承载能力要比平板预埋件小很多,槽型预埋件的抗拉承载力设计值为32KN,抗剪承载力设计值为23KN,而平板预埋件的抗拉承载力设计值为140KN,抗剪承载力设计值为55KN左右,因此,当幕墙的跨度较大时,或者幕墙面离结构面较远时,槽式预埋件就不合适了,只能选择平板预埋件。


后补埋件

后补埋件即平板埋件,通过普通膨胀螺栓、化学锚栓或穿透螺栓(双头螺柱)以及焊接封闭钢板等方式实现埋件的固定。




后补埋件的几种施工方法   

①普通膨胀螺栓固定    

②化学锚栓固定

③穿透螺栓(双头螺柱)固定

④包箍钢板焊接(通常用于柱或梁)

⑤后补做土建结构同时埋设预埋式埋件。

⑥以上几种形式的复合形式。


埋件的埋设方式

埋件按其在主体结构上的位置划分,可分为上埋式、侧埋式和下埋式,其中下埋式受力较为不利,应谨慎使用。

后补式埋件只能通过膨胀螺栓和化学锚栓和主体结构进行连接。由于后补式埋件的安装质量受现场施工的条件和人员的影响非常大,不容易控制,经常达不到设计指标,尤其是国家已明文规定受拉部位不允许使用膨胀螺栓,所以尽量不采用后补式埋件。



建筑幕墙预埋件施工要求




(一)标准JGJ102—2003第5.5条款相关规定要求:




   1.主体结构或结构构件,应能够承受幕墙传递的荷载和作用。连接件与主体结构的锚固承载力设计值应大于连接件本身的承载力设计值;

   2.玻璃幕墙立柱与主体混凝土结构应通过预埋件连接,预埋件应在主体结构混凝土施工时埋入,预埋件位置准确;当没有条件采用预埋件连接件时,应采用可靠的措施,并通过试验确定其承载力。

   3.由锚板和对称配置的锚固钢筋所组成的受力预埋件,可按照本规范附录C的规定进行设计。

   4.槽式预埋件的预埋钢板及其它连接措施,应按照现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定进行设计,并通过试验确定其承载力。

   5.玻璃幕墙构架与主体结构采用后加锚栓连接时,应符合下列规定:

   (1)产品应有合格证;(有钢材化学成分和力学性能试验报告,有设计方法资料和出厂合格证)。

   (2)碳素钢锚栓需进行防腐处理;

   (3)后加螺栓必须在现场进行单体拉拔试验和节点(群体)拉拔试验,试验所加荷载应达荷载设计值的1.5倍而无明显滑移,必要时应在检测单位进行极限拉拔试验。

   (4)每个连接点后加螺栓不得少于2个,螺栓间距和螺栓到构件边缘的距离不应小于70mm,宜设计成螺栓受剪的节点;

   (5)螺栓直径应通过承载力计算确定,并不得小于l0mm;

   (6)不宜在与化学锚栓接触的连接件上进行焊接操作;

   (7)锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。

   6.幕墙与砌体结构连接时,宜在连接部位的主体结构上增设钢筋混凝土或钢结构梁、柱。相连接的主体结构混凝土强度等级不宜低于C30。幕墙不应连接在砖石砌体上,更不得与轻质墙连接。


(二)后锚固件的施工要求

后锚固件在建筑幕墙施工中广泛使用,特别在旧楼改建、扩建的幕墙工程大量,甚至全部使用后锚固件。幕墙工程中大量、甚至全部采用后锚固件,加上施工质量未能得到很好的控制,会给幕墙使用带来安全隐患。

对于后锚固件的施工要求在规范《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145—2004,有明确的规定。

   

1. 后锚固件有膨胀型螺栓、扩孔型螺栓、化学植筋及其它类型螺栓。

后锚固件使用时,除考虑各类螺栓本身性能差异外,尚要考虑基材性状、锚固连接的受力性质、被连接 结构的类型、胡无抗震设防要求等因素。

膨胀型螺栓、扩孔型螺栓不得用于受拉和边缘受剪(边距C<10hcf锚件有效锚固深度),拉剪复合受力的结构构件及生命线工程的非结构构件的后锚连接。(建筑非结构构件包括:围护外墙、隔墙、幕墙、吊顶、广告牌等)。

化学植筋及螺杆,在满足锚固深度的化学植筋和螺杆可应用于抗震设防烈度不大于8级的受拉、边缘受剪、拉剪复合受力之的结构构件和非结构构件的后锚固连接。

   

2. 注意锚固栓的施工质量。对于锚固栓的施工,在标准《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ 145—2004中规定:

(1) 锚固栓钻孔要求: 见下表

孔径直径允许偏差

孔深允许偏差

垂直度允许偏差

位置允许偏差

≤0.5mm

膨胀、扩孔型螺栓 0+10 mm

化学植筋:0+20  mm

≤50

5mm

注:A. 钻孔时应避开主受力筋,对于废孔应用化学锚固胶或高强度等级的树脂水泥砂浆填实;

   B. 钻孔后用压缩机或手动气筒,清除孔内的粉尘和碎渣,再用丙酮擦拭孔道,并保持孔道干燥。

(2)锚固栓最小有效锚固深度hmin:hmin/d = 6,d为锚固栓直径。

若采用d为12mm的锚固栓,其最小有效锚固深度应72mm。(设防烈度为7级,混凝土C30),有效锚固的深度应不包含墙面的抹灰层和装饰层厚度。

(3)注意钻孔最小边距:膨胀螺栓Cmin ≥12d ,扩孔型锚栓Cmin ≥10d,化学植筋 Cmin ≥5d。(d为螺栓外径)。

(4)考虑到焊接高温对化学锚固剂的不良影响,应采取有效的降温措施。




预埋件的施工的质量问题    


(一)设计计算问题




部分幕墙工程,特别是中小幕墙项目,对幕墙专业设计重视不够,有的设计只有简单的几张设计图纸,没有预埋件的埋设位置图,没有结构力学计算书,有的虽有计算书,但没有预埋件的计算,也未进行复核。


(二)平板预埋件的焊接质量


1.  预埋件常见形式是由锚板上焊接锚筋所组成。(锚筋不得采用冷轧钢筋,当锚筋直径≥10mm时采用Ⅱ级变形钢筋,包括月牙纹及螺纹钢筋,见《钢筋混凝土结构预埋件》JSJT-203)早期的做法是把钢筋弯折后直接焊到锚板上,现在基本采用锚板上钻孔后塞焊的方式,后者比较可靠。锚板与锚筋的焊接质量是预埋件的质量关键。要保证焊接质量,电焊操作工必须经培训持证上岗。预埋件的验收也是关键,不仅检查外观质量,防止出现虚焊、脱焊,还要按规定进行锚板与钢筋的焊缝强度检查。


2. 预埋件埋设多数偏离设计位置,造成不能使用。

造成原因有:

(1)预埋件在土建施工时已埋设,后因幕墙设计分格的改变或变更造成不能使用。

(2)预埋件捆扎不牢,施工时混凝土浇灌、捣固时使预埋件位移、偏斜。

《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102—2003 第10.2.3条款:玻璃幕墙与主体结构连接的预埋件,应在主体结构施工时按设计要求埋设,预埋件的位置偏差不应大于20mm。


3.后置锚固件施工质量问题

(1)轻质墙体上安装后锚固件

有的工程楼层跨度较大,立柱的挠度计算或强度计算未能通过,因此有的设计人员则在上下层梁之间增加一个支点,如果这一支点是在钢筋混凝土(或钢结构)构造梁(柱)上是有效的。有的框架结构建筑物其砌体通常都选用轻质填充墙,若把增加的支点放在轻质填充墙上,即使是采用钢板加穿墙螺栓,也则无法起到有效的支承作用。所以规范规定:幕墙不应连接在砖石砌体上,更不得与轻质墙连接。

(2)锚固基体不实不可靠,如砼体基材强度不够,边距不够,都会导致砼基材崩裂造成锚固失效。

(3)后置锚固件偏位。钻孔经常遇到钢筋时产生偏位和偏斜,还有孔洞粉屑碎渣清除不净,造成锚固件使用时松动。

规范规定:后加螺栓必须在现场进行单体拉拔试验和节点(群体)拉拔试验,试验所加荷载应达荷载设计值的1.5倍而无明显滑移,必要时应在检测单位进行极限拉拔试验。试验的结果应与设计计算进行校核,要求锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。


4.  化学锚栓质量不高

幕墙行业后置埋件普遍使用化学螺栓。九十年代化学螺栓产品从国外引进应用于建筑工程上,近年来,国内众多厂家纷纷跟进,大量生产,市场价格从十几元到二三元都有,可谓是品牌杂多、鱼目混珠、质量不一。化学螺栓的锚固胶起着粘结砼基材与锚筋的作用。目前市场上出现多种化学成份的化学锚固剂,比较常用的是改性环氧树脂、乙烯丙烯酸树脂和不饱和树脂三类。锚固胶的物理化学性能直接影响锚固效果,除几家进口知名品牌宣传资料有锚固胶的耐久、耐温、冻融性等测试指标,大部分厂家产品介绍只有“抗酸碱、抗热防火、温度敏感度低”等模糊宣示。


尽管现场拉拨力测试满足设计要求,但由于由于锚固胶的耐久性目前只有通过实验室预测,而且电焊高温对锚固剂的影响,无人说得清楚,难怪业内人士对锚固胶的耐久性提出质疑,对某些低廉的产品大量使用表示担忧。

后置埋件不锈钢螺栓应提供合格证、材质力学性能报告并进行力学性能复验。


在全国建筑工程装饰奖(建筑幕墙类)复查中,发现受检的部分工程后置锚固件的施工和现场抗拉拔力测试还存在问题。


(1) 有的工程没有预埋件,采用多种规格的化学螺栓作为处理后置预理。在可观察到的部位,螺栓的外露长度不一,有的明显感到螺栓与砼基体的有效接触长度不够。

在旧楼改造时,墙面存在粉刷层(正常情况下为20mm)螺栓埋设有效深度还应考虑粉刷层厚度。如有一旧楼改造工程,原墙面是贴面砖,为补偿结构构造的不垂直,采用增加墙面粉刷层厚度方法,使其厚度最大可到7—10mm,如果此工程采用化学螺栓作为后置埋件应非常谨慎,应采用穿墙螺杆加锚板或采用其它可靠的连接方法。


(2) 有的工程仅在试验室用试块上进行拉拨力检测,没有进行现场拉拨力检测,或仅进行其中1-2种螺栓检测,如某一工程使用4 种不同规格化学螺栓,而只有2种规格的螺栓进行检测。


(3) 螺栓现场拉拨力检测数量不够,有的工程仅进行一组(3件)象征性的检测。

按规定螺栓现场拉拨力检测应在同型号、同规格、基本相同的部位组成一个检验批,抽批数量按每批螺栓总数的1‰,且每批不少于3个。

(4) 对检测结果没有与设计计算进行校核。确保锚栓承载力设计值不应大于其极限承载力的50%。




5.  槽形预埋件问题

槽型预埋件具有调节性好、连接灵活、无须焊接和易于埋优点,已广泛的建筑幕墙工程上使用,但槽型预埋件与其它预埋件一样,埋设时也容易偏移、倾斜和进入结构墙体内等故障。




出现偏离的预埋件的处理意见  


1.平板预埋件位置偏离设计位置

出现预埋件偏离时,可以加大(或加长)预埋锚板方法补救。加长锚板后使用化螺栓固定 。






2.预埋件出现偏斜


出现偏斜时,可以变动转接件角度,以适应转接件埋设产生的偏斜,也可根据用新的锚板代替。



3.预埋锚板下面出现空洞


预埋件下面出现空洞时应该充填水泥沙浆填实。

埋件虽然占幕墙投资的比例不大,但作用至关重要,它是幕墙构件存在的根基,是与主体结构连接的桥梁,是工程安全的关键,它在整个幕墙工程环节中节点性很强,由于'缺少经验'、'设计滞后'、'审核不力'等各种原因,常常会出现幕墙招标滞后于主体施工招标的现象,以致于土建已经开工,幕墙设计还不明确,错过了预埋件与主体结构同步施工的关键节点,仓促委托土建按建筑设计的粗略幕墙分格预埋,又出现了埋件位置偏差过大,浪费严重的现象。有的主体已经封顶,幕墙施工才刚开始,不得不全部采用后置埋件,既成倍的增加工程造价,又出现了结构破坏、质量不稳等系列问题。


因此,把握幕墙工程节点规律,科学的选择幕墙埋件,不仅关系到建筑工程的投资造价,也关系到幕墙工程的后期施工与质量安全。