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引言
S60框架幕墙系统是江河创建集团股份有限公司研发的标准化框架幕墙(见图1)，已在相关工程中得到了应用和验证，获得了良好的经济效益和用户评价。在S60框架幕墙系统中，无论是明框玻璃幕墙还是隐框玻璃幕墙，其玻璃均通过自攻螺钉攻进横梁、立柱的钉槽内来固定(见图2)。
在实际应用中，在负风压的作用下，风荷载通过玻璃传递给铝合金压块(或压板)，压块(或压板)将力传递到自拔试验研究，将试验数据和由规范计算所得结果进行对比分析，得出一种合理的抗拉拔承载力计算方法，用于指导工程设计。
1 美国规范计算方法概述
1.1 美国幕墙紧固件规范
根据美国幕墙紧固件规范[9]的相关规定，影响自攻螺钉的抗拉拔承载力的主要因素有：型材合金的材质、型材的抗剪强度、紧固件的规格及螺距、螺纹剥离面积、紧固件螺纹的有效受力参与长度等。此规范同时给出了满足自攻螺钉承载力许用值的最小型材厚度的计算公式，见式(1)：
式中：t为满足自攻螺钉承载力的最小型材厚度;Fu为自攻螺钉抗拉承载力破坏值;Fv为与自攻螺钉相连的型材极限抗剪强度;N为每英寸螺纹个数;A为每圈完整螺纹的剥离面积(内螺纹)。
若型材厚度不满足式(1)计算所得最小厚度，自攻螺钉的抗拉拔承载力许用值需折减。由式(1)可得出自攻螺钉的抗拉拔承载力容许值的计算公式，见式(2)：
式中：Le为自攻螺钉受力计算长度，Fta为自攻螺钉抗拉拔承载力破坏值。
1.2 美国铝（词条“铝”由行业大百科提供）合金设计手册
根据美国铝合金设计手册[10]相关规定，自攻螺钉攻入型材底孔的抗拉拔承载力的主要因素有：型材合金的材质、型材的拉伸屈服承载力、型材的极限抗拉承载力、自攻螺钉的外螺纹大径、自攻螺钉与型材咬合的完整螺纹长度。此规范给出的计算公式见式(3)：
式中：Rn为自攻螺钉抗拉拔破坏承载力(圆孔);Ks为计算系数;Le为不锈钢螺钉入槽有效深度(mm);D为螺钉公称直径;Fty2为型材拉伸屈服强度;Ftu2为型材拉伸极限强度;n为每英寸螺纹个数。
1.3 自攻螺钉有效参与螺纹面积计算
参考美国幕墙紧固件规范，对于S60系统的钉槽槽口，由于槽口非闭合，自攻螺钉攻入后，仅与型材的两侧咬合，应对螺纹的剥离进行折减。螺纹参与受力的面积与螺纹总面积的比值Re计算公式见式(4)：
式中：R为自攻螺钉的螺纹大径，自攻螺钉ST5.5取5.486mm;r为自攻螺钉的螺纹小径，自攻螺钉ST5.5取4.188mm。
综上所述：针对S60框架幕墙系统，除了自攻螺钉的入槽深度，其他影响因素相对较为固定，因此本文仅考虑自攻螺钉的入槽深度这一影响因素进行计算分析和试验研究。需要说明的是，美国标准关于有效入槽深度的规定是从完整螺纹开始计算。因此对于S60系统的钉槽槽口，ST5.5的自攻螺钉有效入槽深度等于入槽深度减去5mm(5mm为第一扣完整螺纹到自攻螺钉底部的距离)[11]，自攻螺钉入槽有效深度示意图见图3。
2 S60系统自攻螺钉抗拉拔承载力计算
2.1 计算方法一
参考美国幕墙紧固件规范[9]计算公式，利用式(2)及式(4)计算自攻螺钉抗拉拔承载力容许值，总安全系数为2.5，并考虑了型材的补偿厚度。因此其抗拉拔承载力许用值见式(5)：
式中：Ft为自攻螺钉抗拉拔承载力许用值;Re为由式(3)计算所得面积比，自攻螺钉ST5.5取0.319;Le考虑安装误差取实际入槽深度减5mm;铝合金型材为6063-T6时取Fv为130MPa;牙型为宽螺距螺纹(Spaced thread)时N 取14;A为每个螺纹的剥离面积(内螺纹)，取12.258mm2。
2.2 计算方法二
参考美国铝合计设计手册[10]计算公式，利用式(3)及式(4)计算自攻螺钉抗拉拔承载力容许值，总安全系数为3.0，未考虑型材的补偿厚度。因此其抗拉拔承载力许用值见式(6)：
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