單元式幕墻深化設(shè)計(jì)案例分析

舒華

摘要：為滿足業(yè)主在品質(zhì)和工期上的要求，越來越多的辦公樓采用單元式幕墻。單元式板塊在工廠內(nèi)生產(chǎn)、加工、組裝完成，可充分確保板塊加工的質(zhì)量和進(jìn)度，極大的提高工地的安裝效率和安裝精度，同時(shí)其特點(diǎn)可較好的適應(yīng)建筑及結(jié)構(gòu)變形要求。文章介紹某工程單元式幕墻深化設(shè)計(jì)過程，包括結(jié)構(gòu)、立柱、水槽料、支座、抗彎抗扭、防水設(shè)計(jì)與建筑位移和熱工位移的容納等內(nèi)容，以期和各位幕墻設(shè)計(jì)同行進(jìn)行交流。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧侥粔?；立柱；結(jié)構(gòu)；水槽料；支座

1工程概述

某擬建項(xiàng)目是地標(biāo)性建筑，三棟辦公樓塔樓標(biāo)準(zhǔn)層高4.3m，單元寬度模數(shù)為1.5m。

其外立面的半隱框單元式幕墻在現(xiàn)代建筑中具有代表性意義。采用橫滑型單元式幕墻設(shè)計(jì)，豎明橫隱半隱框形式，由標(biāo)準(zhǔn)層單元（玻璃單元板塊）和避難層單元（鋁合金百葉單元板塊）組成，半隱框單元式幕墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)效果圖見圖1。主要分布于辦公樓塔樓東、南、西、北立面大面位置。下文旨在通過對(duì)該項(xiàng)目幕墻的分析，形成一個(gè)比較系統(tǒng)的單元式幕墻概念和有一定借鑒意義的深化設(shè)計(jì)管理經(jīng)驗(yàn)。

圖1半隱框單元式幕墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)效果圖

2幕墻系統(tǒng)深化設(shè)計(jì)

2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1豎向鋁合金裝飾條設(shè)計(jì)

深化點(diǎn)一：

原設(shè)計(jì)：

（1）豎向鋁合金裝飾條由五種鋁型材組成，其中有三種型材截面最大尺寸超過350mm,最大達(dá)386mm,而大多數(shù)鋁型材生產(chǎn)廠家，最大型材截面生產(chǎn)尺寸通常都小于350mm，型材生產(chǎn)困難,成本會(huì)大幅增加。

豎向鋁合金裝飾條組件（原設(shè)計(jì)）

豎向鋁合金裝飾條組件效果圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì)：

（2）豎向鋁合金裝飾條由五種鋁型材減為四種型材組合，鋁型材外型尺寸均小于220mm，滿足鋁型材生產(chǎn)要求,節(jié)約了鋁型材開模費(fèi)用。由于鋁型材外型尺寸減小，型材壁厚也可相應(yīng)減?。ㄔX型材壁厚2.5mm,現(xiàn)為2.0mm），經(jīng)測(cè)算比原設(shè)計(jì)節(jié)省鋁材30℅左右。

豎向鋁合金裝飾條組件（深化設(shè)計(jì)）

豎向鋁合金裝飾條組件效果圖（深化設(shè)計(jì)）

深化點(diǎn)二：

原設(shè)計(jì):

（1）鋁型材組件片狀設(shè)計(jì)，尺寸大，易變形，支撐體系復(fù)雜,在負(fù)風(fēng)壓的情況下，有脫落的危險(xiǎn)，不安全。其組合而成的豎向鋁合金裝飾條強(qiáng)度和剛度均不理想。

豎向鋁合金裝飾條（原設(shè)計(jì)）

豎向鋁合金裝飾條組件效果圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì):

（2）豎向鋁合金裝飾條改為閉腔截面鋁合金組件，其強(qiáng)度和剛度明顯提高。

鋁合金裝飾條組件（深化設(shè)計(jì)）

豎向鋁合金裝飾條組件效果圖（深化設(shè)計(jì)）

深化點(diǎn)三：

原設(shè)計(jì):

（3）裝飾條連接板較難定位，導(dǎo)致鋁合金扣線和膠條均扣壓不緊而脫落。

豎向鋁合金裝飾條連接板安裝圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì):

（4）裝飾條連接板設(shè)置定位扣和卡位，使其定位準(zhǔn)確，傳力簡(jiǎn)單合理，保證外鋁合金扣線的適度扣壓而不脫落。

豎向鋁合金裝飾條連接板安裝圖（深化設(shè)計(jì)）

深化點(diǎn)四：

原設(shè)計(jì)：

（1）連接螺栓無防松設(shè)計(jì)，其更換須雙邊操作，空間狹小，拆裝困難。

連接螺栓安裝圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì)：

（2）采用雙螺紋防松脫設(shè)計(jì)、可單邊拆裝，解決了操作空間小、豎向裝飾條難拆裝的問題。

連接螺栓安裝圖（深化設(shè)計(jì)）

2.1.2鋁合金公母立柱設(shè)計(jì)

深化點(diǎn)一：

原設(shè)計(jì)：

（1）公母立柱對(duì)插組合后，但采用密封條單邊密封，在正負(fù)風(fēng)壓作用下，易失效。

公母立柱對(duì)插組合圖（原設(shè)計(jì)）

公母立柱對(duì)插組合效果圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì)：

（2）在公母立柱的對(duì)插處采用雙邊密封，保證幕墻在正負(fù)風(fēng)壓作用下，保持良好的密封性。且合理選用不同硬度不同壓縮量的膠條，在公母槽外側(cè)選用較低硬度較大壓縮量的膠條以確保槽口始終密封，從而保證幕墻的水密、氣密性能；而在公母槽內(nèi)側(cè)則選用較高硬度，較小壓縮量的膠條以確保公母槽結(jié)構(gòu)的傳力，使公母槽的配合緊密組合受力，同時(shí)可消除鋁合金立柱直接接觸產(chǎn)生的噪音。

公母立柱對(duì)插組合圖（深化設(shè)計(jì)）

公母立柱對(duì)插組合效果圖（深化設(shè)計(jì)）

深化點(diǎn)三：

原設(shè)計(jì)：

（3） 豎向鋁合金裝飾條在單元板塊外側(cè)，板塊重心偏移，易失穩(wěn)側(cè)翻。所占空間大，運(yùn)輸安裝困難。

單元板塊組裝圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì)：

（4）將豎向裝飾條安裝位置對(duì)調(diào)，可減少板塊偏心和所占空間，有效解決了運(yùn)輸和安裝困難，提高施工效率。

單元板塊組裝圖（深化設(shè)計(jì)）

2.1.3 鋁合金水槽料設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)：

（1）水槽料采用有坡度向外直排水方式，受正風(fēng)壓作用下，大量雨水易通過泄水孔進(jìn)入單元板塊后腔，形成滲漏。

深化設(shè)計(jì)：

（2）通過設(shè)計(jì)排水小腔，外部雨水難以直接進(jìn)入內(nèi)腔，并可達(dá)到內(nèi)外氣壓平衡，形成雙等壓腔。而少量進(jìn)入內(nèi)腔雨水則采用落差排水流出室外，很好的保證了系統(tǒng)的水密性能和氣密性能。

水槽料縱剖節(jié)點(diǎn)圖（原設(shè)計(jì)）

水槽料縱剖效果圖（原設(shè)計(jì)）

水槽料縱剖節(jié)點(diǎn)圖（深化設(shè)計(jì)）

水槽料縱剖效果圖（深化設(shè)計(jì)）

2.1.4 支座設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)：

（1）單元板塊和支座間采用螺栓連接，板塊定位安裝均困難。當(dāng)結(jié)構(gòu)誤差導(dǎo)致支座與板塊間有角度偏差時(shí)無法解決。

（2） 根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003規(guī)定：“立柱與主體結(jié)構(gòu)之間每個(gè)受力連接部位的連接螺栓不應(yīng)少于2個(gè)”。而原設(shè)計(jì)單元板塊每個(gè)掛件與支座連接僅靠單個(gè)螺栓，當(dāng)該螺栓失效時(shí)，無任何保護(hù)措施，存在安全隱患。

支座橫剖節(jié)點(diǎn)圖（原設(shè)計(jì)）

支座縱剖節(jié)點(diǎn)圖（原設(shè)計(jì)）

支座效果圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì)：

支座橫剖節(jié)點(diǎn)圖（深化設(shè)計(jì)）

（3）單元板塊直接掛接在支座上，一次掛接到位，定位準(zhǔn)確迅速，安裝調(diào)節(jié)方便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小，安裝工效高。

（4）由于單元板塊直接掛接在支座上，幕墻安全使用性能可得到保證。

支座縱剖節(jié)點(diǎn)圖（深化設(shè)計(jì)）

支座三維節(jié)點(diǎn)圖（深化設(shè)計(jì)）

支座效果圖（深化設(shè)計(jì)）

2.1.5單元式幕墻（帶豎向裝飾線條）抗彎抗扭設(shè)計(jì)

本工程單元式幕墻外側(cè)豎向鋁合金裝飾線條外挑尺寸較大，在風(fēng)荷載作用下其傳遞給立柱、掛件及支座較大的彎矩和扭矩。為保障幕墻系統(tǒng)的安全可靠，采取了以下幾點(diǎn)措施：

豎向鋁合金裝飾條橫剖節(jié)點(diǎn)圖（深化設(shè)計(jì)）

（1）為充分利用好各幕墻桿件力學(xué)性能，通過型材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使立柱和連接板、連接板和裝飾線條均相互通長(zhǎng)插接，三者有效組合，使其能整體受力，抗彎和抗扭能力明顯提高。

（2）豎向裝飾線條組件均采用閉腔設(shè)計(jì)，增強(qiáng)其抗彎和抗扭能力。

（3）對(duì)該幕墻系統(tǒng)進(jìn)行整體建模計(jì)算，從理論上驗(yàn)算其結(jié)構(gòu)的安全可靠。

并對(duì)以上設(shè)計(jì)進(jìn)行抗彎抗扭性能專項(xiàng)測(cè)試，檢驗(yàn)其理論結(jié)果是否正確及可行性。

2.2防水設(shè)計(jì)

原設(shè)計(jì)：

原設(shè)計(jì)單元式幕墻系統(tǒng)采用雨幕原理，利用立柱內(nèi)腔與橫梁內(nèi)腔形成連續(xù)“等壓腔”，同時(shí)在外側(cè)設(shè)置了通長(zhǎng)的批水膠條，阻止了室外的大部分雨水進(jìn)入，但在惡性劣天氣條件下，仍會(huì)有部分雨水進(jìn)入后腔而形成滲漏。

單元式幕墻排水示意圖（原設(shè)計(jì)）

深化設(shè)計(jì)：

通過設(shè)置批水膠條、防水膠皮、彈力海綿等“堵”“排”結(jié)合的措施，使單元板塊的前、后腔形成多道連續(xù)不間斷的防水屏障。而同時(shí)對(duì)于進(jìn)入前、后腔的雨水，有組織的分層排到室外，整個(gè)排水路徑清晰直接。

等壓腔內(nèi)排水縱剖節(jié)點(diǎn)圖

等壓腔內(nèi)排水橫剖節(jié)點(diǎn)圖

單元式幕墻排水示意圖（深化設(shè)計(jì)）

“十字縫”封堵設(shè)計(jì)：（1）在兩個(gè)單元板塊水槽連接處施打密封膠，并在鋁合金水槽料存水較多的前腔加設(shè)防水膠皮，用于正面封堵及分層排水。（2）鋁合金水槽料和立柱相接處采用雙道彈力海綿，用于封堵鋁合金公母料和水槽料產(chǎn)生的空隙。

雙等壓腔排水設(shè)計(jì)：（1）通過批水膠條進(jìn)入前腔的雨水因自重而下落由下一單元板塊水槽料前端的缺口排到鋁合金公母料披水膠條的外側(cè)。（2）進(jìn)入后腔的少量雨水，通過排水小腔流入下一單元板塊鋁合金公母料的前腔。同時(shí)室外的氣流通過相同的路徑到達(dá)單元板塊的內(nèi)腔，達(dá)到內(nèi)外壓差平衡，形成雙等壓腔。

2.3單元式幕墻系統(tǒng)對(duì)建筑位移和熱工位移的容納

在地震和風(fēng)荷載作用下，建筑物各層之間產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，幕墻構(gòu)件就會(huì)產(chǎn)生水平方向的強(qiáng)制位移。在溫度變化時(shí)幕墻構(gòu)件也會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象。要使幕墻在主體位移和溫度變化的情況下不發(fā)生損壞的現(xiàn)象，就必須使幕墻的位移大于主體結(jié)構(gòu)的變形和溫度變化引起的位移。

根據(jù)《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 133-2001 要求，幕墻橫框和豎框伸縮量△L由以下公式計(jì)算

△L=aL3L3△T

其中aL為材料的線膨脹系數(shù)，L為型材的長(zhǎng)度，△T為溫差。本工程L型材的長(zhǎng)度為單元豎框的長(zhǎng)度，取最不利值8.975米，溫差取最不利值80℃。

代入公式：△L=2.35310-538.975m340=8.4365mm

在本工程中幕墻與主體采用浮動(dòng)連接，各板塊之間設(shè)計(jì)有容納變形的伸縮縫。單元板塊伸縮縫插接達(dá)到+/-20mm，充分保證幕墻在主體位移和溫度變化引起變形時(shí)不會(huì)發(fā)生損壞。

單元式幕墻豎剖節(jié)點(diǎn)圖

3結(jié)論

在本項(xiàng)目幕墻深化設(shè)計(jì)和施工過程中，我們組織了多場(chǎng)專家論證會(huì)，對(duì)幕墻型式進(jìn)行對(duì)比選擇，對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行分析，對(duì)結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化，使得幕墻各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范及使用要求，項(xiàng)目建設(shè)實(shí)現(xiàn)了安全、 美觀、 經(jīng)濟(jì)的管理目標(biāo)。