引言

　　按照《建筑幕墙（词条“建筑幕墙”由行业大百科提供）术语》(GB/T34327-2017)第7.3条，建筑幕墙的抗风压性能是指幕墙可开启部分处于关闭状态时，在风荷载作用下，主要受力构件变形不超过允许值且不发生结构性损坏(如裂缝、面板破损、局部屈服、粘结失效等)及五金件松动和开启功能障碍的能力。可见受力构件的变形是十分重要的指标。而对于最为常见、存量最多的框支承幕墙，作为受力杆件的立柱和横梁的变形量(挠度)控制就显得非常重要，因此世界各国均以立柱和横梁的挠度值来衡量建筑幕墙抗风压性能高低。对框支承幕墙的受力构件进行挠度控制，是保证结构安全的需要，也是保证幕墙功能性的需要，其意义主要有：

　　(1)给面板以足够的支撑

　　建筑幕墙除了铝板等金属幕墙外，其它诸如玻璃、石材、人造板等大多数幕墙面板都是脆性材料，需要对受力构件进行合理的挠度控制，以保证其有足够的刚度（词条“刚度”由行业大百科提供）来保证这些脆性面板不会因为支承体系过大的挠度变形而受到破坏。

　　(2)幕墙性能和寿命的保障

　　在风荷载的作用下，受力构件与面板的变形是不一致的，过大的相对位移可能会超出密封胶的变位适应能力，导致胶缝撕裂，影响幕墙的气密性、水密性，甚至会导致连接件发生腐蚀（词条“腐蚀”由行业大百科提供），乃至影响幕墙的使用寿命。

　　(3)舒适的使用环境

　　建筑幕墙作为隔绝室内人员与恶劣的室外环境的安全屏障，过大的变形会导致受力构件随着风压的波动出现目视可见的振动，即使此时幕墙构造是安全的，也会给室内人员带来不安全的感觉。

　　1 国内外建筑幕墙及其技术标准的发展历程

　　上世纪50年代，随着建筑施工技术和建筑材料的发展，玻璃幕墙开始大规模应用于建筑外围护结构，宣布建筑幕墙时代的到来。七十年代末八十年代初，玻璃生产工艺和深加工技术的进步使得玻璃幕墙在世界各地得到更加广泛的应用，并开始迈入我国国门（词条“门”由行业大百科提供）出现在广大大人民面前。40年来，我国建筑幕墙行业经历从模仿追随到各领风骚的发展，跨入本世纪，我国已经成为世界建筑幕墙生产和使用第一大国。与此同时技术标准也实现了从无到有、从引进到重新修编。目前，我国的幕墙行业，无论是设计水平、施工能力还是年工程总产值，都处于国际领先水平。我国幕墙行业发展到现在这样一种局面，除了国家经济实力的提高，设计人员、一线施工人员多年来的努力之外，也离不开我国幕墙行业因应行业发展而不断完善的标准体系。

　　回顾我国建筑幕墙施工技术和标准发展史，从建筑幕墙进入我国到1995年，是我国建筑幕墙行业的起步阶段，形成了第一代技术标准——《建筑幕墙》(JG3035)和《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102)，它们对进入国门以来的建筑幕墙进行归纳总结;从1996年到2008年，幕墙行业飞速发展，萌生了许多新型幕墙，创新了许多幕墙施工技术，期间制定了《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ133)，修编了《玻璃幕墙工程（词条“玻璃幕墙工程”由行业大百科提供）技术规范》(JGJ102)，以及升级版的产品标准《建筑幕墙》(GB/T20186)成为第二代技术标准的标记;进入本世纪10年代，我国的建筑幕墙施工技术得到极大的升华，众多的技术标准也陆续开始修编，随着2016年《人造板材幕墙工程技术规范》(JGJ336)的颁布实施，意味着建筑幕墙类第三代技术标准的来临。三代技术标准中，抗风压变形性能作为最主要的物理性能，其核心的控制参数——挠度控制值也发生了相应的变化。以挠度控制值来比较和分析这三代技术标准，能很好地印证国内幕墙施工技术和标准的发展历程。

　　环顾欧美日经济较发达地区，其建筑幕墙类技术标准也是经历了三代发展，且其在不同时期对框支承幕墙受力构件挠度控制的要求也各有不同。本文将结合美国标准、日本标准、欧洲标准对建筑幕墙框受力构件挠度控制的变化历程与国内标准在三个发展时期下的差异，对国内外规范标准进行横向、纵向分析对比，深入研究建筑幕墙框受力构件的挠度控制理论。

　　2 第一代技术标准

　　2.1 欧洲标准解读分析

　　欧洲是建筑幕墙的发源地，其技术标准的制定也较早，但欧盟成立于1993年，当时欧洲各国还没有统一的幕墙行业标准。本文以英国标准作为欧洲标准的早期版本来进行对比分析。英国标准对建筑幕墙的挠度控制可追溯出两个源头。

　　一是从门窗以及玻璃装配要求演变而来。英国标准BS6262-1982《英国建筑玻璃工业实施标准》(原CP152)规定：对四边支承玻璃，单片玻璃边缘挠度应该限制在玻璃跨度L/125;中空玻璃边缘挠度应该限制在玻璃跨度L/175。(挠度控制曲线见图1)

　　二是从铝合金结构规范的要求演变而来。英国标准BS8118-1991《铝合金结构规范》规定：对建筑幕墙的立柱和横梁，装配单层玻璃时挠度控制值为跨度的L/175;装配双层玻璃时挠度控制值为跨度的L/250。(挠度控制曲线见图2)

　　从挠度控制曲线可见，BS8118的挠度控制较BS6262要严格得多。幕墙的跨度毕竟比门窗（词条“窗”由行业大百科提供）大，对于立柱横梁出现较大的变形时将会对幕墙产生如何的影响，标准制定者还没有足够的信心和把握，故选择了比较严格的挠度控制值，且挠度限值也没有对大跨度建筑幕墙作深入的考虑。

　　2.2 日本标准解读分析

　　第一代日本标准JASS14-85《幕墙工程》规定：建筑幕墙框受力构件的最大允许挠度为L/150，且不得超过20mm。(挠度控制曲线见图3)

　　从相对挠度控制的数值来看，日本标准的挠度控制比较宽松，这与日本本土资源短缺所形成的物尽其用的精益思想有一定的关系。从JSSS14给出的“L/150”这个相对挠度限制的取值原则：“在设计风荷载下，不会引起幕墙构件有害变形或是永久变形，几乎没有修补的必要就可以继续使用”可以看出，日本标准在制定“L/150”的相对挠度限制时，是直接以产品的极限试验数据来作为依据，而没有进行过多的安全系数考虑。

　　同时，日本标准认为，虽然L/150的相对挠度控制能能保证构件上的应力（词条“应力”由行业大百科提供）在允许应力以内，也不会在强台风中，给室内人员带来因目视到的构件变形而产生不安全感。但是，如果仅实施L/150的相对挠度控制，那么当受力构件跨度变大时，其挠度也会变大，而过大的挠曲变形，会导致幕墙构造与窗帘盒等的连接部件产生不合适的现象，所以JSSS14在“L/150”的相对挠度限制基础上附加了20mm的绝对挠度限制。

　　2.3 美国标准解读分析

　　第一代美国标准AAMA TIR-A11-96《设计风荷载作用下的建筑幕墙框受力构件最大允许挠度》是世界上最早对大跨度幕墙有深入考虑，也是第一个对框支承幕墙受力构件挠曲变形进行分段控制的标准，该标准提出的挠度控制要求为：“在设计风荷载下，当建筑外围护构造的龙骨跨距不大于4115mm时，其挠度应不大于L/175;当跨度大于4115mm且小于12m时，设计风荷载下的挠度应不大于L/240+6.35mm这个更保守的限值”。(挠度控制曲线见图4)

　　美国标准“L/175”的相对挠度限制源于玻璃行业对中空玻璃的挠度限制。并参考了现行的美国和英国的相关标准和建筑规范中涉及玻璃幕墙框受力构件挠度限制的条文，有以下几条：

　　1 .英国标准BS6262-1982《英国建筑玻璃工业实施标准》(原CP152)规定：对四边支承玻璃，单片玻璃边缘挠度应该限制在玻璃跨度L/125，中空玻璃边缘挠度应该限制在玻璃跨度L/175。

　　2. ASTM E 1300-94《决定玻璃最少厚度和类型来抵抗规定荷载的实施标准》，假设了装有玻璃的框架系统能够保证玻璃边缘在设计荷载下的水平挠度不超过L/175。

　　3 .1994《建筑统一规范》，2404.2章“框架”规定：每一玻璃分格的框架构件都应该经过设计并保证垂直玻璃面板的挠度在正负荷载下的均不超过玻璃边长的L/175或者3/4英寸(19mm)。

　　4. 1994《建筑标准规范》，2406.1章“挠度” 规定：玻璃的受力构件如框在设计荷载下的挠度不超过L/175时可认为是牢固的。

　　2.4 国内标准解读分析

　　国内第一代标准JG3035-96《建筑幕墙》和JGJ102-96《玻璃幕墙工程技术规范》对框支承建筑幕墙受力构件挠度进行了相同的限制：横梁和立柱的最大挠度为跨度L/180，并且不大于20mm。(挠度控制曲线见图5)

　　这两本国内第一代的标准都提出了L/180的相对挠度控制和20mm的绝对挠度控制，但对这两个控制尺度的取值是如何考虑的，并未有进一步说明，但JG3035在编制是以当时建筑装饰（词条“建筑装饰”由行业大百科提供）协会铝制品委员会的协会标准《玻璃幕墙》为蓝本，该标准也是参考国外相关标准来制定。从相对挠度控制公式和绝对挠度的限制数值来看，该标准“L/180”的相对挠度限制与美国标准AAMA TIR-A11-96“L/175”的相对挠度限制十分近似，而20mm的绝对挠度限制又与日本标准JASS14-85的绝对挠度限制相同。当年的玻璃幕墙基本上都是小跨度，材料都是铝合金型材，所以标准中没有单独对钢型材（词条“钢型材”由行业大百科提供）的受力构件作出特殊的要求。总体来讲这一代的幕墙技术标准算是以追随、引用国外标准为主，还没有形成独立的见解。

　　2.5 各国标准对比分析

　　对比各国第一代标准对建筑幕墙框受力构件挠度的限制，当时的美国标准是最先进的。在那个建筑幕墙跨度基本上都在3～4m高的年代，美国标准已经有在大跨度幕墙的挠度限制上作出考虑：既没有像欧洲标准一样采用线性的控制方式，也没有像日本标准一样采用绝对挠度控制，而是采取了分段控制的方法，对较大跨度的幕墙受力构件进行更严格的挠度控制。这能够较好地平衡幕墙材料（词条“幕墙材料”由行业大百科提供）的利用率与幕墙构造的安全性，使得幕墙跨度较小时的材料利用率尽量高，幕墙跨度较大时的幕墙构造安全系数尽量高。我国标准借鉴了日本标准，对大跨度幕墙采取了20mm的绝对挠度控制，尽管在当时的建筑环境下，这种一刀切的绝对挠度控制方式，没有体现出其局限性，但是，随着国内建筑设计逐渐向大跨度幕墙发展，在追求成本效益最大化的工程行业，这种控制方式逐渐成为幕墙行业发展的阻碍。

　　3 第二代技术标准

　　3.1 日本标准解读分析

　　日本的第二代标准JASS14-96对挠度的控制作出了大幅度的调整：当跨度不大于4m时，建筑幕墙框受力构件的最大允许挠度为L/150，且不得超过20mm;当跨度大于4m时，建议按L/200的相对挠度控制受力构件挠曲变形。(挠度控制曲线见图6)

　　日本标准原来的绝对挠度控制方式，会导致大跨度幕墙的材料利用率降低，这在越来越向大跨度幕墙发展的建筑设计趋势中，已经逐渐成为了幕墙发展的阻碍。重新修订的JASS14取消了对4m以上受力构件的绝对挠度限制，只提出了当跨度大于4m时，按L/200的相对挠度来控制的建议。这种变化，其实是旧版标准对行业发展的一种妥协。而在3m～4m区间，不变挠度控制值使得整条挠度控制曲线略显不合理。

　　3.2 欧洲标准解读分析

　　欧洲标准13830-2003作为第一本欧盟成立后对幕墙受力构件允许挠度进行规定的产品标准，是参照德国标准制订的，所以，其对幕墙受力构件允许挠度的限制也体现着德国工业一贯的严格传统，该标准要求：建筑幕墙框受力构件的最大允许挠度为L/200，且不得超过15mm。绝对挠度值的制定，是这一版技术标准比较大的变化。(挠度控制曲线见图7)

　　3.3 美国标准解读分析

　　虽然AAMA TIR-A11在2004年也推出了修订版本，成为美国的第二代标准，但是其对框支承幕墙受力构件挠度控制的规定并没有变化，这更显示出了第一代美国标准在当时的先进性。(挠度控制曲线见图8)

　　3.4 国内标准解读分析

　　从1996年到2008年，国内建筑幕墙行业高速发展，对受力构件挠度进行限制的国家规范标准也不断推陈出新，《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003、《建筑幕墙》GB/T21086-2007作为我国的第二代幕墙标准，依次对受力构件挠度控制进行了不同的规定。

　　1、JGJ133-2001对挠度的限制要求如下：(挠度控制曲线见图9)

　　铝合金型材：最大挠度为跨度L/180，并且不应大于20mm;

　　钢 型 材：当 L≤7500 时，最大挠度为跨度L/300，并且不应大于15mm;

　　当 L>7500 时，最大挠度为跨度L/500。

　　JGJ133-2001对铝合金受力构件的挠度限制沿用了JGJ102-96数据，而对钢型材受力构件的挠度控制则是从结构设计角度入手，而不是从标准幕墙其他物理性能的角度来设定挠度控制曲线，作出了十分严格的控制。不过若不考虑幕墙是建筑外围护构造而非主体结构这一点，按照钢结构规范的要求衡量，JGJ102-96对钢型材受力构件“L/180”的相对挠度控制确实稍宽松。

　　2、JGJ102-2003对挠度的限制要求如下：对铝合金型材，最大挠度为跨度L/180;钢型材，最大挠度为跨度L/250。(挠度控制曲线见图10)

　　JGJ102-2003分别对铝合金型材和钢型材的受力构件进行不同的挠度控制的方法，同时取消了绝对挠度限制。新的JGJ102作这两处修订，原因如下：试验表明，横梁挠度达到跨度的L/180时，幕墙玻璃的工作仍是正常的。因此，对铝型材的挠度控制值定为L/180。钢型材强度较高，其挠度控制则可以稍严一些。原规范JGJ102-96对挠度附加了不超过20mm的限值，这是针对当时幕墙的工程多为高层旅馆和办公楼，层高一般不大于4m的情况而制定的。目前，幕墙应用范围已大大扩展，情况多变，有时跨度超过4m较多，因此不宜、也不必要再规定挠度控制的绝对值，这与工程结构设计中挠度控制采用相对值的方法是一致的。

　　3、GB/T21086-2007对挠度的限制要求如下：(挠度控制曲线见图11)

　　铝合金型材：当 L≤4500 时，最大挠度为跨度L/180，并且不应大于20mm;

　　当 L>4500 时，最大挠度为跨度L/180，并且不应大于30mm;

　　钢 型 材：最大挠度为跨度L/250，并且不应大于30mm;

　　作为国内第二代标准中最晚推行的标准，《建筑幕墙》GB/T21086-2007对受力构件的挠度控制已经体现出我国标准已经十分有针对地对大跨度幕墙的挠度进行考虑。对跨度大于4500mm的铝合金型材受力构件，绝对挠度限制由20mm放宽到30mm，这提高了4500mm以上铝合金框支承幕墙的材料利用率。曲线中3.6m～4.5m间的不变的挠度控制值以及4.5m处曲线不连续的断口成为一个缺陷，也可能导致标准在使用过程中重新纷争。

　　3.5 各国标准对比分析

　　环顾各国第二代的标准，有两个比较明显的趋同变化。

　　第一，各国标准不再对玻璃的种类差异来作不同的挠度控制。这主要是因为，最早期的受力构件挠度控制，参考了玻璃行业对不同种类玻璃装配的一些要求，而随着多年来的工程经验以及试验证明，对受力构件的挠度控制，不需要按玻璃的种类来作不同的考虑。

　　第二，除欧洲标准外，各国标准都对大跨度的受力构件挠度控制有了考虑。在当时建筑幕墙行业高速发展的阶段，不但大跨度的幕墙工程原来越多，铝型材厂的生产能力也在不断提高，很多铝型材厂都能够生产单支型材长度达7～8m的铝型材。各规范放宽了对大跨度受力构件的挠度限制，是一种适应行业发展的进步。

　　4 挠度控制的研究

　　随着我国建筑幕墙行业技术的高速发展，当前世界上更高、更大、更难、更先进的建筑幕墙大部分都由我们设计和施工，除了以钢结构和索结构支承为主的点支式玻璃幕墙外，框支承幕墙的跨度也屡创新高，如超过10米高的单元式幕墙和长度达12米的玻璃幕墙横梁。面对如此大跨度的幕墙，如何对挠度进行控制往往会令设计及施工单位束手无策。

　　根据我国结构设计的理论，挠度控制属于正常使用极限状态范畴，荷载采用标准值，而进行强度计算则是属于承载力极限状态的范畴，荷载采用设计值。对于大跨度的结构，刚度的要求往往远比强度的要求高，尽管《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003只采用相对挠度值控制，取消了绝对挠度的限值，但在2007年颁布的《建筑幕墙》GB/T1086-2007中，再次设定了绝对挠度控制值，使得大跨度幕墙的设计陷入困境，如广州白云机场T2航站楼，横梁宽度12米，结构计算的力学模型为：重力方向采用多点吊挂(多跨梁)，风荷载采用简支梁（词条“简支梁”由行业大百科提供）。按照《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003的要求，横梁风荷载方向的挠度限值为66.67mm，而按照《建筑幕墙》GB/T21086-2007的要求，挠度限值只有30mm，尽管横梁截面的深度尺寸接近500mm，壁厚也达8～12mm，此时强度的富余量已经很大，但挠曲变形量仍然接近50mm，可见为满足挠度控制的要求而无限增加用料是不客观和不科学的。

　　大跨度框支承幕墙的应用是行业发展的必然产物，为保证幕墙的安全性和舒适性，对幕墙受力构件进行合理的挠度控制成为十分迫切的需求。设计出合理的可操作性强的建筑幕墙挠度控制曲线，核心问题在于大跨度幕墙的挠度控制。在这方面，美国标准AAMA TIR-A11是最早考虑大跨度幕墙的技术标准，日本标准JASS14是最早提出按三段控制挠度(建议)的技术标准，欧洲标准也紧随着技术标准发展的步伐，率先在第三代标准中采用连续无间断的三段控制曲线。不难看出，各国标准均十分重视大跨度幕墙的挠度控制，一致地通过分段控制的方式对超过常规跨度的幕墙受力构件进行更加严格的挠度控制。结合建筑幕墙在设计技术、材料科学、施工手段和使用环境等因素，觉得对幕墙受力构件进行分段控制是必须的，且应根据跨度的不断增大而采取更加严格的控制曲线，即对幕墙受力构件的挠度