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在大多數(shù)引人注目的高樓大廈中,玻璃和鋁制幕墻系統(tǒng)是設計師們首選的幕墻方案,而且這些系統(tǒng)也經(jīng)常用于較小的結(jié)構件中。在其使用壽命期間,幕墻要承受不同類型的負載,必須將這些負載傳遞到結(jié)構件中,以使其得到支承,并且建筑物也必須支撐外墻的重量。在大多數(shù)情況下,幕墻荷載通過結(jié)構連接件,傳遞到混凝土或復合樓板中。
這些連接件必須在建筑物使用壽命期間出現(xiàn)的各種不同條件下,均確保連接的可靠性,并且必須符合成本效益的要求。除了材料成本之外,為了真正降低成本,它們也必須可被快速安裝。安裝速度是降低幕墻安裝公司勞動力開支和起重機租用時間的關鍵所在,反過來又可降低客戶的建設融資期。這些連接件需要預先規(guī)劃,是設計中一個極其重要的環(huán)節(jié)。
產(chǎn)品評估
在設計連接到混凝土結(jié)構的幕墻連接件時,設計人員必須考慮到技術上的一系列因素并對其進行評估。這些因素可根據(jù)建筑物的位置、高度、結(jié)構和用途而有所不同。其中可包括幕墻風荷載（詞條“風荷載”由行業(yè)大百科提供）和靜態(tài)荷載、托架的幾何形狀,外加混凝土結(jié)構的幾何形狀和強度。此外,可能還要考慮地震荷載、爆炸荷載、動態(tài)荷載、建筑結(jié)構的設計壽命以及防火要求。
設計人員和安裝人員還有更多影響著他們選擇優(yōu)先采用的連接方法的考慮因素。這些可以包括材料成本、安裝的相對簡便性、安裝人員的安全、安裝速度、對特殊工具或電源的要求、對經(jīng)過專門培訓的工作人員的要求、當?shù)氐脑胍粝拗埔约斑B接件在幕墻定位時是否可進行調(diào)整以適應建筑公差。
鉆孔連接件
通常情況下,對于幕墻與建筑物之間的連接,設計師和安裝人員將從三種基本方法中取一。考慮的其中一種連接方法,即是在混凝土硬化后在結(jié)構件上鉆孔,以打入膨脹螺栓或用樹脂粘接連接錨件。
這種方法在設計理念上十分簡單,并且表面看來也頗具吸引力,因為它似乎為幕墻連接件提供了位置上的無限靈活性,無需規(guī)劃其位置。然而,在施工現(xiàn)場這種方法將給結(jié)構工程師和安裝人員帶來許多問題。
首先,不事先規(guī)劃好位置在混凝土上鉆孔可能會造成植入鋼筋的損壞,而鋼筋對結(jié)構件性能起著至關重要的作用。為了避免碰到植入的鋼筋而在混凝土的同一區(qū)域重復鉆孔,則可能使鋼筋條暴露在長期腐蝕環(huán)境中,削弱結(jié)構和最終的連接。
其次,需要對工人進行培訓和監(jiān)督,以確保為連接件鉆出的孔具有合適的直徑和深度并且清潔無塵,然后還必須確保錨件安裝正確。如果缺少正確的檢查,則連接件將無法達到設計的性能。
第三,在混凝土上鉆孔的過程中,安裝人員將面臨著嚴重的安全問題和巨大的噪音,包括那些威脅到附近作業(yè)工人健康的高噪音聲級,而且,由于噪音會干擾施工工地周圍的企業(yè)或居民,可能造成對工作時間的限制。
此外,高濃度的矽塵、鉆孔工具的振動會造成工人嚴重的長期健康問題。在許多國家,工人使用振動工具作業(yè)的時間是根據(jù)振動等級由法律限制的,并要求承包商對此類作業(yè)進行記錄和監(jiān)督。
第四,鉆孔和安裝過程可能需要相當長的時間,且需定期更換昂貴的鉆頭,特別是當結(jié)構件中使用高強度混凝土時。
焊接連接件
由于上述原因,通常使用預埋件用于外墻連接。一種傳統(tǒng)的連接方法是焊接到通常由工程師定制設計、由一般鋼鐵加工廠制造的預埋式板上。這些板在混凝土澆筑過程中被埋入混凝土結(jié)構中,以后再將連接件焊接到其上,以便建立連接。
采用這種方法,可在某種程度上調(diào)整外墻相對于結(jié)構件的定位。然而,在大多數(shù)發(fā)達國家建筑市場，由于一系列原因,這種方法己變得不再那么受歡迎。
首先,工程師傾向于使用那些制造品質(zhì)和不同條件下的使用性能己獲得認證并具有可靠跟蹤記錄的品牌連接產(chǎn)品,而不愿進行特別設計。
其次,現(xiàn)場焊接要求具有證書的技術工人,與其他工人相比,他們比較昂貴,而且,為保證工
作正確,他們必須相當緩慢地作業(yè)。對安裝公司來說,也很難測試或監(jiān)督他們的工作,而且一旦焊接完成,再想在需要時對幕墻進行細微的局部調(diào)整將十分困難。
第三,焊接還會引起腐蝕防護方面的問題,因為此過程要求連接件所用鋼不經(jīng)鍍鋅。這意味著,在現(xiàn)場涂上一層保護涂料通常便是使用該系統(tǒng)的焊接連接件的唯一防腐保護措施,因此,承包商和工程師還需監(jiān)督另一過程。
第四,焊接產(chǎn)生嚴重的安全風險和巨大的噪音問題。焊接過程中落下的火花和產(chǎn)生的高熱表面可能引起火災、人員燙傷或損壞裝好的外墻的美觀。此外,焊接通常需要重型電力,這些電力設備難以移動到現(xiàn)場,也易造成工作人員觸電和被電源線絆倒。
錨固（詞條“錨固”由行業(yè)大百科提供）鋼槽連接件
使用的另一種預埋式連接系統(tǒng)是錨固鋼槽系統(tǒng),這是此處要討論的第三種方法。預埋式錨固鋼槽是眾多幕墻設計師和安裝人員的首選連接方法,因為其設計簡單,而且可方便地用于施工現(xiàn)場。
此連接方法背后的理念是提供一種快速和可調(diào)節(jié)的連接,而無需耗時的焊接或在混凝土上鉆孔。該系統(tǒng)采用特殊的T型螺栓,只需將其簡單地擰入先前己在混凝土澆筑過程中埋入建筑物的錨固鋼槽的槽口中。T型螺栓可以沿預埋鋼槽被定位在任何地方,以為幕墻連接件提供一個調(diào)整平面。利用連在預埋鋼槽上的幕墻連接件可在其他兩個方向上進行調(diào)整。這意味著,可通過在所有方向上平衡建筑結(jié)構公差來實現(xiàn)準確的幕墻定位。
由于其三維調(diào)整能力,結(jié)合旋入型螺栓連接的簡易性,所以,只要使用簡易工具便可非常快速而準確地錨（詞條“地錨”由行業(yè)大百科提供）固連接件,并且很容易進行監(jiān)督。安裝連接件時,速度和可靠性可為安裝公司和客戶兩者帶來的益處是顯而易見的。
質(zhì)量與性能
在預埋鋼槽系統(tǒng)為安裝公司提供的簡易性的背后,隱藏著工程設計的復雜性和制造廠家為生產(chǎn)可靠的組件所需的生產(chǎn)知識。為確保可靠的性能,需要經(jīng)特別選擇的、精密的鋼材特性。不同制造商的產(chǎn)品可能看起來是一樣的,并且具有相似的零部件號,但往往性能并非同一水平,而且可能也有不同的質(zhì)量標準,影響著其可靠性。此外,在一些生產(chǎn)商的產(chǎn)品目錄中所示的負荷值和聲明并未經(jīng)過獨立機構的核實。
那么,設計人員、安裝人員和客戶如何才能知道哪個廠家按高標準進行生產(chǎn),并具有可靠的性能參數(shù)昵?在產(chǎn)品制造領域的豐富經(jīng)驗,以及具有由信譽良好的獨立機構出具的對所認證的質(zhì)量和性能的監(jiān)控文件,在這方面非常重要。
例如, JORDAHLR錨固鋼槽是世界上最早生產(chǎn)的錨固鋼槽,公司剛剛為該產(chǎn)品發(fā)明100周年進行了慶祝。如今, JORDAHL (喬達)有限公司由幾個外部官方機構進行質(zhì)量和性能監(jiān)督。這些標準分別體現(xiàn)在Is009001認證、歐洲質(zhì)量CE標志、一個歐洲技術認證(ETA)和由IAPMO(美國暖通管道協(xié)會)機構根據(jù)美國設計和質(zhì)量標準進行的產(chǎn)品統(tǒng)一評估(Uniform Product Evaluation)。后者IAPMO認證是全球所有錨固鋼槽制造商中獲得的第一份美國獨立認證文件。
所有具有獨立認證文件的錨固鋼槽產(chǎn)品,均標明了不同的性能等級,這樣,設計師和客戶即可了解針對其所考慮的供應商的產(chǎn)品性能和質(zhì)量標準所作的明確獨立評估。在某些文獻中,這些產(chǎn)品的性能也可能在不同的設計條件下有所變化,這些條件例如可是動態(tài)荷載和火災情況,它們對建筑物的設計可有重大影響。
預埋錨固鋼槽類型
有眾多不同類型的預埋錨固鋼槽可供選擇,以適應不同的預算、不同的負載和安全要求。主要產(chǎn)品類別包括熱軋和冷彎成型鋼槽,而且在這些產(chǎn)品組別中鋼槽又可具有帶齒或平滑槽口。
冷彎成型的鋼槽是最簡單的產(chǎn)品形式,有多種鋼槽尺寸和形狀可選。這些鋼槽以其圓角和均勻的材料厚度為特色。它們是最經(jīng)濟的錨固鋼槽類型,在用于非重要結(jié)構件中承受靜態(tài)荷載的場合,是一種不錯的選擇。由于在冷彎成型過程中材料中所產(chǎn)生的高應力,這些鋼槽通常不適合用于劇烈振動的載荷、動態(tài)載荷和地震載荷。
熱軋錨固鋼槽也有眾多尺寸可供選擇,其材料優(yōu)勢在于在很大程度上無應力。因此,針對要求更高的振動載荷、動態(tài)載荷、爆炸荷載和地震荷載,熱軋錨固鋼槽通常成為設計師設計幕墻連接件時的首選。這些鋼槽可從其方角和在鋼槽重荷載區(qū)域內(nèi)增加的材料厚度上識別出。此類設計細節(jié)使這些產(chǎn)品比之冷彎替代品性能更強。例如，JORDAHLR熱軋鋼槽在不同的動態(tài)范圍內(nèi),包括高振幅動態(tài)負載下均有超過200萬次的認證性能。
除了正壓力和橫向剪力要求外,需要時,具有帶齒槽口的熱軋鋼槽還能承受較高的縱向載荷,用于地震或其它使用條件下。通常情況下,ⅡA W型帶齒錨固鋼槽完全可滿足大多數(shù)地震情況。但是,對于特殊情況,地震安全性還可通過增加鋼槽在混凝土中的承載面積實現(xiàn)。JXA-PC W型JORDAHLR帶齒鋼槽具有增大的錨桿支撐面,已成功地在嚴重開裂的混凝土中通過了測試,其中,在錨桿位置處混凝土裂縫先裂開1.5mm,然后再閉合,以模擬地震事件。地震活躍地區(qū)內(nèi)重要建筑物的客戶和設計師將對此類產(chǎn)品感興趣。
設計
近年來,建筑設計變得日益復雜,導致錨固鋼槽的設計從ASD轉(zhuǎn)到LRFD設計規(guī)范。這也成為在歐洲的歐洲技術認證和在北美地區(qū)用于混凝土構件中的錨固鋼槽的ICC-ES驗收標準(AC232)的后臺標準。這樣做的好處是,設計師現(xiàn)在可將關鍵設計變量,如混凝土強度、鋼筋,是否有開裂或不開裂混凝土等等融入其連接件的設計中。為了進行這些非常復雜的計算,需要諸如JORDAHLRExpert t這樣強大的錨固鋼槽軟件。
通過使用這種軟件,幕墻設計師可以輕松地設計幕墻連接件,將其固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）到樓板的頂部或底部,或連在立柱和橫梁上。
束語
幕墻對保護建筑起著至關重要的作用,在施工期間其快速安裝是使建筑物內(nèi)其他工作得以盡早開始的關鍵所在。然而，今天的幕墻甚至比幾年前都要復雜得多。使用新的設計工具和材料可對幕墻進行最佳設計,以優(yōu)化其對建筑中加熱和通風、照明和生活空間舒適度方面的影響。
