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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(shè)計(jì)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(gòu)件中。在其使用壽命期間,幕墻要承受不同類型的負(fù)載,必須將這些負(fù)載傳遞到結(jié)構(gòu)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(gòu)連接件,傳遞到混凝土或復(fù)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(dòng)力開支和起重機(jī)租用時(shí)間的關(guān)鍵所在,反過來又可降低客戶的建設(shè)融資期。這些連接件需要預(yù)先規(guī)劃,是設(shè)計(jì)中一個(gè)極其重要的環(huán)節(jié)。
產(chǎn)品評(píng)估
在設(shè)計(jì)連接到混凝土結(jié)構(gòu)的幕墻連接件時(shí),設(shè)計(jì)人員必須考慮到技術(shù)上的一系列因素并對其進(jìn)行評(píng)估。這些因素可根據(jù)建筑物的位置、高度、結(jié)構(gòu)和用途而有所不同。其中可包括幕墻風(fēng)荷載（詞條“風(fēng)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(gòu)的幾何形狀和強(qiáng)度。此外,可能還要考慮地震荷載、爆炸荷載、動(dòng)態(tài)荷載、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命以及防火要求。
設(shè)計(jì)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(xùn)的工作人員的要求、當(dāng)?shù)氐脑胍粝拗埔约斑B接件在幕墻定位時(shí)是否可進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)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(shè)計(jì)師和安裝人員將從三種基本方法中取一�？紤]的其中一種連接方法,即是在混凝土硬化后在結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)理念上十分簡單,并且表面看來也頗具吸引力,因?yàn)樗坪鯙槟粔B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(gòu)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(huì)造成植入鋼筋的損壞,而鋼筋對結(jié)構(gòu)件性能起著至關(guān)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(fù)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(gòu)和最終的連接。
其次,需要對工人進(jìn)行培訓(xùn)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(dá)到設(shè)計(jì)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(yán)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(jí),而且,由于噪音會(huì)干擾施工工地周圍的企業(yè)或居民,可能造成對工作時(shí)間的限制。
此外,高濃度的矽塵、鉆孔工具的振動(dòng)會(huì)造成工人嚴(yán)重的長期健康問題。在許多國家,工人使用振動(dòng)工具作業(yè)的時(shí)間是根據(jù)振動(dòng)等級(jí)由法律限制的,并要求承包商對此類作業(yè)進(jìn)行記錄和監(jiān)督。
第四,鉆孔和安裝過程可能需要相當(dāng)長的時(shí)間,且需定期更換昂貴的鉆頭,特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)件中使用高強(qiáng)度混凝土?xí)r。
焊接連接件
由于上述原因,通常使用預(yù)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(shè)計(jì)、由一般鋼鐵加工廠制造的預(yù)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(gòu)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(gòu)件的定位。然而,在大多數(shù)發(fā)達(dá)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(rèn)證并具有可靠跟蹤記錄的品牌連接產(chǎn)品,而不愿進(jìn)行特別設(shè)計(jì)。
其次,現(xiàn)場焊接要求具有證書的技術(shù)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(dāng)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(shí)對幕墻進(jìn)行細(xì)微的局部調(diào)整將十分困難。
第三,焊接還會(huì)引起腐蝕防護(hù)方面的問題,因?yàn)榇诉^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(hù)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(hù)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(yán)重的安全風(fēng)險(xiǎn)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(zāi)、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(shè)備難以移動(dòng)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(yù)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(yù)埋式錨固鋼槽是眾多幕墻設(shè)計(jì)師和安裝人員的首選連接方法,因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)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(shí)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?cái)Q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(yù)埋鋼槽被定位在任何地方,以為幕墻連接件提供一個(gè)調(diào)整平面。利用連在預(yù)埋鋼槽上的幕墻連接件可在其他兩個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)整。這意味著,可通過在所有方向上平衡建筑結(jié)構(gòu)公差來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(zhǔn)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(jìn)行監(jiān)督。安裝連接件時(shí),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(yù)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(shè)計(jì)的復(fù)雜性和制造廠家為生產(chǎn)可靠的組件所需的生產(chǎn)知識(shí)。為確�？煽康男阅�,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(hào),但往往性能并非同一水平,而且可能也有不同的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),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(fù)荷值和聲明并未經(jīng)過獨(dú)立機(jī)構(gòu)的核實(shí)。
那么,設(shè)計(jì)人員、安裝人員和客戶如何才能知道哪個(gè)廠家按高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn),并具有可靠的性能參數(shù)昵?在產(chǎn)品制造領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn),以及具有由信譽(yù)良好的獨(dú)立機(jī)構(gòu)出具的對所認(rèn)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(jìn)行了慶祝。如今, JORDAHL (喬達(dá))有限公司由幾個(gè)外部官方機(jī)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量和性能監(jiān)督。這些標(biāo)準(zhǔn)分別體現(xiàn)在Is009001認(rèn)證、歐洲質(zhì)量CE標(biāo)志、一個(gè)歐洲技術(shù)認(rèn)證(ETA)和由IAPMO(美國暖通管道協(xié)會(huì))機(jī)構(gòu)根據(jù)美國設(shè)計(jì)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的產(chǎn)品統(tǒng)一評(píng)估(Uniform Product Evaluation)。后者IAPMO認(rèn)證是全球所有錨固鋼槽制造商中獲得的第一份美國獨(dú)立認(rèn)證文件。
所有具有獨(dú)立認(rèn)證文件的錨固鋼槽產(chǎn)品,均標(biāo)明了不同的性能等級(jí),這樣,設(shè)計(jì)師和客戶即可了解針對其所考慮的供應(yīng)商的產(chǎn)品性能和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所作的明確獨(dú)立評(píng)估。在某些文獻(xiàn)中,這些產(chǎn)品的性能也可能在不同的設(shè)計(jì)條件下有所變化,這些條件例如可是動(dòng)態(tài)荷載和火災(zāi)情況,它們對建筑物的設(shè)計(jì)可有重大影響。
預(yù)埋錨固鋼槽類型
有眾多不同類型的預(yù)埋錨固鋼槽可供選擇,以適應(yīng)不同的預(yù)算、不同的負(fù)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(jì)的錨固鋼槽類型,在用于非重要結(jié)構(gòu)件中承受靜態(tài)荷載的場合,是一種不錯(cuò)的選擇。由于在冷彎成型過程中材料中所產(chǎn)生的高應(yīng)力,這些鋼槽通常不適合用于劇烈振動(dòng)的載荷、動(dòng)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(yīng)力。因此,針對要求更高的振動(dòng)載荷、動(dòng)態(tài)載荷、爆炸荷載和地震荷載,熱軋錨固鋼槽通常成為設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)幕墻連接件時(shí)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(shí)別出。此類設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)使這些產(chǎn)品比之冷彎替代品性能更強(qiáng)。例如，JORDAHLR熱軋鋼槽在不同的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi),包括高振幅動(dòng)態(tài)負(fù)載下均有超過200萬次的認(rèn)證性能。
除了正壓力和橫向剪力要求外,需要時(shí),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(shí)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(yán)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(shè)計(jì)師將對此類產(chǎn)品感興趣。
設(shè)計(jì)
近年來,建筑設(shè)計(jì)變得日益復(fù)雜,導(dǎo)致錨固鋼槽的設(shè)計(jì)從ASD轉(zhuǎn)到LRFD設(shè)計(jì)規(guī)范。這也成為在歐洲的歐洲技術(shù)認(rèn)證和在北美地區(qū)用于混凝土構(gòu)件中的錨固鋼槽的ICC-ES驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(AC232)的后臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。這樣做的好處是,設(shè)計(jì)師現(xiàn)在可將關(guān)鍵設(shè)計(jì)變量,如混凝土強(qiáng)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(shè)計(jì)中。為了進(jìn)行這些非常復(fù)雜的計(jì)算,需要諸如JORDAHLRExpert t這樣強(qiáng)大的錨固鋼槽軟件。
通過使用這種軟件,幕墻設(shè)計(jì)師可以輕松地設(shè)計(jì)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(hù)建筑起著至關(guān)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(guān)鍵所在。然而，今天的幕墻甚至比幾年前都要復(fù)雜得多。使用新的設(shè)計(jì)工具和材料可對幕墻進(jìn)行最佳設(shè)計(jì),以優(yōu)化其對建筑中加熱和通風(fēng)、照明和生活空間舒適度方面的影響。
