构件式玻璃幕墙横梁扭转原因分析与预防
1 、横梁扭转现象及危害
横梁是幕墙工程中的主要承重构件之一。在正常情况下，横梁在竖直平面内仅受到玻璃板块及自身重力作用。施工完成后的横梁上表面应保持水平，但不少幕墙尤其是板块面积较大的明框幕墙，横梁上表面向外倾斜，亦即横梁产生了扭转。当横梁产生扭转后，直接影响到观感。并且，大部分幕墙的横梁与角码是通过自攻钉进行连接，在正常情况下，自攻钉仅受到剪力作用;而当横梁产生扭转后，室内侧的自攻钉不仅承受剪力，还要承受部分拉力，这对结构长远的安全性而言是极为不利的。
2 、横梁扭转的原因分析
(1)角码与立柱固定不牢，角码相对于立柱产生扭转，是横梁产生扭转的重要原因。可以说绝大多数横梁产生扭转的幕墙，其角码相对于立柱均产生了扭转，具体原因如下:
①角码成孔时，孔径过大，与螺栓或螺钉不配套，导致施工完成后，由于螺栓与角码孔壁存在过大的空隙，在板块自重作用下，角码孔壁与螺栓螺杆之间尚有较大的位移空间。而这种位移将导致角码相对于立柱产生转动。这时，通常用自攻钉固定在角码上的横梁也随着转动。
②角码成孔时，工人未熟练掌握施工工艺，导致孔壁不直甚至明显倾斜，更重要的是在角码后背孔侧产生了毛刺。在安装角码前如未对这种毛刺进行清理就进行安装，则根本无法保证将角码与立柱紧密连接。最终必然会导致角码扭转，进而导致横梁扭转。同时，当孔壁不顺直时，螺栓栓杆与角码孔壁接触不完全甚至其接触是线接触而非面接触。在正常情况下即为面接触时，螺栓栓杆承受角码传递过来的是均布荷载;当孔壁不直即两者为线接触时，接触面积极小且承受的是集中荷载，会在角码孔壁产生局部过大的集中应力，应力集中处的孔壁易被破坏，孔径也相对扩大。而过大的孔径不利角码的 固定。
③角码与立柱通常是采用螺栓或螺钉进行连接，当连接紧密时，尽管在两者接触面间加设了垫片，但角码与立柱在螺栓的轴向力作用下仍会产生一定的摩擦力。而这种摩擦力对角码的抗扭转是有好处的。而部分施工人员在角码安装固定时未将螺栓或螺钉拧紧到位，角码后背与立柱之间连接不紧密，两者接触面之间无法产生这种有利的摩擦作用，同时未拧紧螺栓也会造成角码的晃动与转动。另外值得注意的是，当用螺栓进行角码与立柱的连接固定时，如果拧得过紧，易造成立柱的腹板产生局部变形，与角码的背部也是无法紧密接触，反而不利角码的固定。
(2) 板块安装方法。对横梁而言，最好是直接将力传递至立柱而不经过横梁。但不少工人在安装时，先将板块直接搁在横梁上，调好位置后先固定好上下横梁处的压块，再固定左右立柱处的压块。这种安装方法导致板块重量全部由横梁承担，设计时应加以考虑。
(3)抗扭承载力复核。部分设计人员未按规范要求对横梁的抗扭能力进行计算复核。尤其是当幕墙施工完毕后，横梁产生了微小的扭转(在理论上是完全可能的)，当板块承受到风荷载后，横梁在竖直平面内的受力不仅包括板块与横梁本身自重，还将承受部分风荷载。如图1所示，当横梁扭转a 角度后，在竖直平面内受风荷载在垂直于横梁方向的分力为F.sina(F为板块受到的风荷载传到横梁的水平力)，这也会加剧横梁的扭转。
3 、预防措施
(1)设计方面
①选取合适的型材。合适的型材可以从根本上保证将横梁牢固地安装在角码上，即使玻璃板块自重较大横梁也不会产生扭转。据笔者所知，原沈阳黎明的140系列型材的结构设计是相当合理的，其型材的部分截面如图2所示。该系列型材的横梁直接被夹持在立柱内，只要横梁本身的刚度足够，就可以保证横梁在荷载作用下不会产生扭转。但现在应用较多的是一种挂钩式的型材，其截面如图3所示。该系列型材要求板块用挂钩与横梁相连接。对该系列型材，笔者认为除非施工时能绝对保证构件的尺寸偏差，否则容易造成上一板块由于施工误差，板块上部的挂钩未全部挂在上根横梁上，而下一板块全挂在同一根横梁上，结果造成了一根横梁要承受2个板块的自重，从而导致因为横梁本身抗扭能力不足而产生扭转，或角码与立柱之间的抗扭能力不足而产生扭转。这种扭转一旦产生，将会给结构带来极大的安全隐患，而且处理难度也相当大。
②考虑适当的安全系数。设计单位在进行横梁设计时，要充分考虑到即使是最合理的结构设计，也会由于各种因素的影响，使横梁要产生扭转。而一旦产生扭转后，横梁所受到平面内的作用力不仅包括板块与横梁本身的自重，还要承担部分风荷载的作用，再加上现在绝大部分的横梁与角码均是通过自攻钉进行连接，自攻钉将受长期的拉力作用，这对自攻钉的安全性是极不利的。故建议设计单位在考虑横梁与角码的连接时，要考虑足够的承载力。同时，在角码与立柱的连接建议当条件允许时尽可能采用3颗螺栓或螺钉，且平面布置应合理，力求平面内最大的抗扭抵抗矩。
③合理划分板块尺寸。玻璃自重是使横梁产生扭转的根本原因，玻璃板块越大则自重越大，对横梁产生的偏心力也越大，对横梁的抗扭越不利。因为幕墙往往在高层建筑中应用得较为普遍，为保证建筑的立面效果，建筑越高，往往要求玻璃板块越大，而板块过大，对幕墙的设计与施工均带来一定的难度。因此作为幕墙的设计人员，有必要与建筑的设计人员取得沟通，力求在矛盾的两者之间取得平衡。
(2)施工方面
①严格控制角码成孔质量。角码的成孔质量对整个横梁的安装质量起到很大的作用，而此工序又极易被忽视。通常角码的孔径应比螺栓直径大，但不要超过0.5mm。若孔径过小或等于螺杆直径则无法拧紧，过大则角码易产生扭转。同时在成孔时，对钻头的质量有一定的要求，即刃口的质量必须要好，钻头的截面偏差要符合要求;成孔时要注意控制钻进度，速度过快易产生毛刺，速度过慢易造成扩孔或孔壁不直。同时，成孔后必须对角码的后背进行逐个检查，有毛刺的必须进行及时清理。
②保证适当的拧紧力。对大部分的幕墙而言，角码与立柱之间有部分力是通过接触面的摩擦力传递的。故在施工时，必须保证螺栓或自攻钉适当的拧紧度。如果拧得不够紧，肯定无法满足要求，但绝不可拧得过紧。因为如果螺栓过拧会给螺栓带来隐性伤害，而这种伤害是致命的;同时拧得过紧易造成立柱的腹板产生变形。而这种螺栓过拧现象在施工现场极其}普遍且易被忽视。
③保证合理的施工顺序。在安装板块时，建议板块准确定位后，先安装板块与立柱相邻处的压块，待左右两侧的压块完全固定后再进行板块上部压块的固定，最后进行板块底部的压块固定。此种安装方法可以有效降低板块传递至横梁上的重力。值得注意的是，压块的数量宜适当加密，规格宜适 当加大，尤其是经常受台风袭击的幕墙。
