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金刚幕墙集团有限公司 广州 510635
摘要：以平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程为例，在应对基本风压超大、大面积主体结构缺少预埋件以及建筑超高、结构梁偏小的不利组合下，对后置埋件构造设计、结构计算进行分析，为相近幕墙工程的后置埋板设计分析提供相关借鉴和参考。
关键词：幕墙；基本风压；后置埋板
平潭综合实验区金井湾商务营运中心工程地处福建福州平潭县，由6栋超100米的商务楼、1栋行政主楼、1座报告厅及两栋附属茶楼组成，总建筑面积70多万平方米，最大建筑高度135.25米，其中幕墙施工面积近21万平方米；平潭季风明显，夏季以偏南风为主，其余季节多为东北风。风力年平均风速6.9米/秒，湾海地区全年大风（7级以上）日数为125天，是福建省强风区之一，基本风压1.3KN/m?，由于幕墙招标在所有主体封顶落架之后，主体结构未设置建筑外幕墙预埋板，塔楼结构梁厚绝大部分为200mm与250mm，在保证结构的安全前提下，综合实际施工技术要求、成本、业主方的工程进度等，最终采用机械螺栓后锚固方案。
一、后置埋板的构造设计
1.工程的设计参数
地面粗糙度类别：A 类；地震设防烈度：7 度，设计基本地震加速度值：0.1g；基本风压 Wo = 1.3 kN/㎡；建筑最大标高：135米；通过选取大面与边角位标准分格幕墙的计算，典型支座反力如下图：
2.后埋板构造设计的比选
后置埋件是指安装在结构上的埋置锚固件，其中涉及到三种客体：结构基材、锚固件和被连接体。锚固件不但要完成被锚固件与原结构的连接作用，更重要的是能有效的将外加荷载直接传递到原结构上，从而达到安全、可靠的功效。后置埋件锚固的方法有很多，总的可以分为两大类：机械锚固和化学锚固。幕墙中常用的机械锚固为膨胀锚栓，即通过端部的扩张部分压入钻孔壁内，利用挈形斜度来促使膨胀产生摩擦握裹力，达到固定效果，膨胀锚固价格便宜，施工方便。由于平潭工程风压大，超强台风登入地区，风载的循环反复拉压而容易产生松动，抗拉能力较差，首先被排除。化学锚栓通过砂浆或合成树脂将锚栓与锚固基础结合成一个整体，化学锚栓的力学性能比同等规格的膨胀锚栓好很多，但缺点是价格高，对施工要求高，大面施工后质量难以控制，化学药剂不能受高温，对后埋板的焊接提出了更高的要求。鉴于本工程幕墙埋件主要受拉，结合需要大量焊接、大面积使用情况，首先提出了采用国外相关品牌的化学锚固方案，在与业主方、设计院、监理等单位的设计沟通过程中，存在以下几点问题：
① 结构梁大小绝大多数为200*700mm和250*700mm，按照混凝土规范相应条款，考虑混凝土锥体破坏，锚栓临界边距大，将埋件需设在梁中导致幕墙构造、方案设计不能满足；
② 采用化学锚固，为保证受力要求，化锚数量多，化锚施工要求高，在大面施工中質量难以保证，工程进度难以控制；
③ 目前一般的化学锚栓药剂采用的乙烯基树脂，这种材料优点是收缩率低、粘结力高，它能产生很高的强度，对清孔方法和效果敏感性小，但目前国内厂家产品的一个缺点是耐高温稳定性差，不宜焊接，为保证本工程质量建议采用国外品牌化学锚栓（药剂要求耐高温，提供相关实验、检测报告），这个方案的结果：如此体量的幕墙面积直接导致成本上升过大；
综合以上几个因素最终选用对穿螺栓方案，不受结构梁厚度限值，而且对穿螺栓属于机械连接，大面积施工条件更能保证连接的可靠性，埋件详图如下：
补充对穿螺栓的优点。。。
埋件剖面图
二、后埋板计算
1.正向风荷载计算
① 风荷载计算：
计算条件选取高度Z取：126.7m；地面粗糙度取：A类；基本风压Wo取：1.3（kN/m^2）。
Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）
（a）阵风系数βgz计算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442
（b）风压高度变化系数μz计算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362
（c）局部风压体型系数μsl计算：μsl=-1.200
（d）风荷载标准值WK和风荷载设计值W计算：
Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.200×2.362×1.30=5.314kN/m^2
W=γw×Wk=1.4×5.314=7.440kN/m^2
② 自重荷载计算：
GA=γG×GAK=1.2×0.700=0.840kN/m^2
③ 地震作用计算：
qEAK=β×α×GAK（JGJ102-20035.3.4）=5×0.08×0.700=0.280kN/m^2；qEA=1.3×0.280=0.364kN/m^2
④ 垂直幕墙面的荷载组合计算：
荷载采用SW+0.5SE组合：q=W+0.5qEA=7.440+0.5×0.364=7.622kN/m^2
2.正向风荷载作用下反力计算
① 立柱受荷载线分布集度值：
B：立柱所受水平组合荷载从属面分格宽：1.500m；H：立柱计算跨度：3.900m
qk.L=Wk×B=5.314×1.500=7.971kN/m；q.L=q×B=7.622×1.500=11.433kN/m
② 支座反力计算
N1=q.L×H=11.433×3.900=44.589kN；N2=GA×B×H=0.840×1.500×3.900=4.914kN 3.侧向荷载计算
①风荷载计算：
Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）
（a）阵风系数βgz计算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442
（b）风压高度变化系数μz计算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362
（c）局部风压体型系数μsl计算：μsl=-1.625
（d）风荷载标准值WK和风荷载设计值W计算：
γw：风荷载作用分项系数：1.4
Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.625×2.362×1.30=7.196kN/m^2
W=γw×Wk=1.4×7.196=10.074kN/m^2
4.侧向风荷载作用下反力计算
① 立柱受荷载线分布集度值：
B：立柱所受水平组合荷载从属面分格宽：0.300m；H：立柱计算跨度：3.900m
qk.L=Wk×B=7.196×0.300=2.159kN/m
q.L=q×B=10.074×0.300=3.022kN/m
② 支座反力计算：N1=q.L×H=3.022×3.900=11.787kN
5.埋件计算
① 埋件反力计算
由以上计算可知：N=44589N；V1=4914N；V2=11787N
后埋件所受到的剪力设计值：V=（V12×V22）0.5=（4，914+11，787）=12，770N
e：竖向剪力作用点到锚板边缘的距离：150mm；e：侧向剪力作用点到锚板边缘的距离：400mm
由竖向总剪力产生的弯矩1设计值：M1=V1×e=4，914×150=737，100N.mm
由侧向总剪力产生的弯矩2设计值：M2=V2×e=11，787×400=4，714，800N.mm
②受力最大锚栓的拉力设计值计算
（a）轴心拉力与弯矩1共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：
N/n-M1y1/Σyi2=44，589/4-737，100×75/22，500=8，690≥0
N1=N/n+M1y1/Σyi^2，JGJ145-2004（5.2.2-1）=44，589/4+737，100×75/22，500=13，604N
（b）轴心拉力与弯矩2共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：
N/n-M2y1/Σyi2=44，589/4-4，714，800×75/22，500=-4，569<0
N2=（NL+M2）y1'/Σyi'^2，JGJ145-2004（5.2.2-2）=（44，589×75+4，714，800）×150/45，000=26，863N
（c）轴心拉力与弯矩1和弯矩2共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：
Nhsd=N1+N2-N/n=13，604+26，863-44，589/4=29，320N
③ 受力最大锚栓的剪力设计值计算
V11=V1/n1=4，914/2=2，457N；V21=V2/n2=11，787/2=5，894N
Vhsd=（V11^2+V21^2）^0.5=（2，457^2+5，894^2）^0.5=6，385N
④ 對穿锚栓选择
Nhsd：承受拉力最大锚栓的拉力设计值：29KN；Vhsd：承受剪力最大螺栓的剪力设计值：6KN
NRd，S：M16锚栓的抗拉承载力设计值：35KN；VRd，S：M16锚栓的抗剪承载力设计值：35KN
⑤ 拉剪复合受力承载力计算
（Nhsd/NRd，S）2+（Vhsd/VRd，S）2=（29/35）^2+（6/35）^2=0.74；满足要求
以上通过对平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程的后埋板构造设计的比选和结构计算的分析，为应对基本风压超大、大面积主体结构缺少预埋件以及建筑超高、结构梁偏小的不利组合下的相近幕墙工程后置埋板设计分析提供一个借鉴和参考。本工程后埋板施工应用属超相关规范，对穿螺栓后埋板方案组织了专家论证审查，给出方案基本可行，建议在实际的施工过程中完善两点：
1.砼梁宽度≤250mm，可以采用对穿螺栓，在施工过程中不得损伤主钢筋；
2.砼梁宽度≥300mm时，可采用化学锚栓，化学锚栓直径应适当加大，锚入深度适当加长，应保证化学结构胶质量和施工质量，必要时在关键部位时增加安全构造措施。
参考文献：
[1] 玻璃幕墙工程技术规范，JGJ 102-2003
[2] 建筑结构荷载规范，GB 50009-2012
[3] 混凝土结构后锚固技术规程，JGJ 145-2013
摘要：以平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程为例，在应对基本风压超大、大面积主体结构缺少预埋件以及建筑超高、结构梁偏小的不利组合下，对后置埋件构造设计、结构计算进行分析，为相近幕墙工程的后置埋板设计分析提供相关借鉴和参考。
关键词：幕墙；基本风压；后置埋板
平潭综合实验区金井湾商务营运中心工程地处福建福州平潭县，由6栋超100米的商务楼、1栋行政主楼、1座报告厅及两栋附属茶楼组成，总建筑面积70多万平方米，最大建筑高度135.25米，其中幕墙施工面积近21万平方米；平潭季风明显，夏季以偏南风为主，其余季节多为东北风。风力年平均风速6.9米/秒，湾海地区全年大风（7级以上）日数为125天，是福建省强风区之一，基本风压1.3KN/m?，由于幕墙招标在所有主体封顶落架之后，主体结构未设置建筑外幕墙预埋板，塔楼结构梁厚绝大部分为200mm与250mm，在保证结构的安全前提下，综合实际施工技术要求、成本、业主方的工程进度等，最终采用机械螺栓后锚固方案。
一、后置埋板的构造设计
1.工程的设计参数
地面粗糙度类别：A 类；地震设防烈度：7 度，设计基本地震加速度值：0.1g；基本风压 Wo = 1.3 kN/㎡；建筑最大标高：135米；通过选取大面与边角位标准分格幕墙的计算，典型支座反力如下图：
2.后埋板构造设计的比选
后置埋件是指安装在结构上的埋置锚固件，其中涉及到三种客体：结构基材、锚固件和被连接体。锚固件不但要完成被锚固件与原结构的连接作用，更重要的是能有效的将外加荷载直接传递到原结构上，从而达到安全、可靠的功效。后置埋件锚固的方法有很多，总的可以分为两大类：机械锚固和化学锚固。幕墙中常用的机械锚固为膨胀锚栓，即通过端部的扩张部分压入钻孔壁内，利用挈形斜度来促使膨胀产生摩擦握裹力，达到固定效果，膨胀锚固价格便宜，施工方便。由于平潭工程风压大，超强台风登入地区，风载的循环反复拉压而容易产生松动，抗拉能力较差，首先被排除。化学锚栓通过砂浆或合成树脂将锚栓与锚固基础结合成一个整体，化学锚栓的力学性能比同等规格的膨胀锚栓好很多，但缺点是价格高，对施工要求高，大面施工后质量难以控制，化学药剂不能受高温，对后埋板的焊接提出了更高的要求。鉴于本工程幕墙埋件主要受拉，结合需要大量焊接、大面积使用情况，首先提出了采用国外相关品牌的化学锚固方案，在与业主方、设计院、监理等单位的设计沟通过程中，存在以下几点问题：
① 结构梁大小绝大多数为200*700mm和250*700mm，按照混凝土规范相应条款，考虑混凝土锥体破坏，锚栓临界边距大，将埋件需设在梁中导致幕墙构造、方案设计不能满足；
② 采用化学锚固，为保证受力要求，化锚数量多，化锚施工要求高，在大面施工中質量难以保证，工程进度难以控制；
③ 目前一般的化学锚栓药剂采用的乙烯基树脂，这种材料优点是收缩率低、粘结力高，它能产生很高的强度，对清孔方法和效果敏感性小，但目前国内厂家产品的一个缺点是耐高温稳定性差，不宜焊接，为保证本工程质量建议采用国外品牌化学锚栓（药剂要求耐高温，提供相关实验、检测报告），这个方案的结果：如此体量的幕墙面积直接导致成本上升过大；
综合以上几个因素最终选用对穿螺栓方案，不受结构梁厚度限值，而且对穿螺栓属于机械连接，大面积施工条件更能保证连接的可靠性，埋件详图如下：
补充对穿螺栓的优点。。。
埋件剖面图
二、后埋板计算
1.正向风荷载计算
① 风荷载计算：
计算条件选取高度Z取：126.7m；地面粗糙度取：A类；基本风压Wo取：1.3（kN/m^2）。
Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）
（a）阵风系数βgz计算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442
（b）风压高度变化系数μz计算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362
（c）局部风压体型系数μsl计算：μsl=-1.200
（d）风荷载标准值WK和风荷载设计值W计算：
Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.200×2.362×1.30=5.314kN/m^2
W=γw×Wk=1.4×5.314=7.440kN/m^2
② 自重荷载计算：
GA=γG×GAK=1.2×0.700=0.840kN/m^2
③ 地震作用计算：
qEAK=β×α×GAK（JGJ102-20035.3.4）=5×0.08×0.700=0.280kN/m^2；qEA=1.3×0.280=0.364kN/m^2
④ 垂直幕墙面的荷载组合计算：
荷载采用SW+0.5SE组合：q=W+0.5qEA=7.440+0.5×0.364=7.622kN/m^2
2.正向风荷载作用下反力计算
① 立柱受荷载线分布集度值：
B：立柱所受水平组合荷载从属面分格宽：1.500m；H：立柱计算跨度：3.900m
qk.L=Wk×B=5.314×1.500=7.971kN/m；q.L=q×B=7.622×1.500=11.433kN/m
② 支座反力计算
N1=q.L×H=11.433×3.900=44.589kN；N2=GA×B×H=0.840×1.500×3.900=4.914kN 3.侧向荷载计算
①风荷载计算：
Wk=βgz×μz×μsl×W0-----（GB50009-2012）
（a）阵风系数βgz计算：βgz=1+2gI10（Z/10）^（-a）=1+2×2.5×0.12×（126.7/10）^-0.12=1.442
（b）风压高度变化系数μz计算：μz=1.284×（Z/10）^0.24=1.284×（126.7/10）^0.24=2.362
（c）局部风压体型系数μsl计算：μsl=-1.625
（d）风荷载标准值WK和风荷载设计值W计算：
γw：风荷载作用分项系数：1.4
Wk=βgz×μsl×μz×W0=1.442×1.625×2.362×1.30=7.196kN/m^2
W=γw×Wk=1.4×7.196=10.074kN/m^2
4.侧向风荷载作用下反力计算
① 立柱受荷载线分布集度值：
B：立柱所受水平组合荷载从属面分格宽：0.300m；H：立柱计算跨度：3.900m
qk.L=Wk×B=7.196×0.300=2.159kN/m
q.L=q×B=10.074×0.300=3.022kN/m
② 支座反力计算：N1=q.L×H=3.022×3.900=11.787kN
5.埋件计算
① 埋件反力计算
由以上计算可知：N=44589N；V1=4914N；V2=11787N
后埋件所受到的剪力设计值：V=（V12×V22）0.5=（4，914+11，787）=12，770N
e：竖向剪力作用点到锚板边缘的距离：150mm；e：侧向剪力作用点到锚板边缘的距离：400mm
由竖向总剪力产生的弯矩1设计值：M1=V1×e=4，914×150=737，100N.mm
由侧向总剪力产生的弯矩2设计值：M2=V2×e=11，787×400=4，714，800N.mm
②受力最大锚栓的拉力设计值计算
（a）轴心拉力与弯矩1共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：
N/n-M1y1/Σyi2=44，589/4-737，100×75/22，500=8，690≥0
N1=N/n+M1y1/Σyi^2，JGJ145-2004（5.2.2-1）=44，589/4+737，100×75/22，500=13，604N
（b）轴心拉力与弯矩2共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：
N/n-M2y1/Σyi2=44，589/4-4，714，800×75/22，500=-4，569<0
N2=（NL+M2）y1'/Σyi'^2，JGJ145-2004（5.2.2-2）=（44，589×75+4，714，800）×150/45，000=26，863N
（c）轴心拉力与弯矩1和弯矩2共同作用下，受力最大锚栓的拉力设计值：
Nhsd=N1+N2-N/n=13，604+26，863-44，589/4=29，320N
③ 受力最大锚栓的剪力设计值计算
V11=V1/n1=4，914/2=2，457N；V21=V2/n2=11，787/2=5，894N
Vhsd=（V11^2+V21^2）^0.5=（2，457^2+5，894^2）^0.5=6，385N
④ 對穿锚栓选择
Nhsd：承受拉力最大锚栓的拉力设计值：29KN；Vhsd：承受剪力最大螺栓的剪力设计值：6KN
NRd，S：M16锚栓的抗拉承载力设计值：35KN；VRd，S：M16锚栓的抗剪承载力设计值：35KN
⑤ 拉剪复合受力承载力计算
（Nhsd/NRd，S）2+（Vhsd/VRd，S）2=（29/35）^2+（6/35）^2=0.74；满足要求
以上通过对平潭综合实验区金井湾商务营运中心幕墙工程的后埋板构造设计的比选和结构计算的分析，为应对基本风压超大、大面积主体结构缺少预埋件以及建筑超高、结构梁偏小的不利组合下的相近幕墙工程后置埋板设计分析提供一个借鉴和参考。本工程后埋板施工应用属超相关规范，对穿螺栓后埋板方案组织了专家论证审查，给出方案基本可行，建议在实际的施工过程中完善两点：
1.砼梁宽度≤250mm，可以采用对穿螺栓，在施工过程中不得损伤主钢筋；
2.砼梁宽度≥300mm时，可采用化学锚栓，化学锚栓直径应适当加大，锚入深度适当加长，应保证化学结构胶质量和施工质量，必要时在关键部位时增加安全构造措施。
参考文献：
[1] 玻璃幕墙工程技术规范，JGJ 102-2003
[2] 建筑结构荷载规范，GB 50009-2012
[3] 混凝土结构后锚固技术规程，JGJ 145-2013