大涌商務中心6#樓單元式幕墻的設計

深圳市方大建科集團有限公司

摘要：大涌商務中心幕墻工程主體構造采用了先進成熟的單元式結構。由于建筑要求較高，為保證建筑立面效果，對其細部構造進行了精心改進，使其具有優(yōu)良的氣密性、水密性、風壓變形及平面變形能力，展示了單元式幕墻技術的優(yōu)越性。

關鍵詞：單元式幕墻；等壓腔；雨幕和等壓原理

本工程建筑高度218.45m，地上50層。幕墻系統(tǒng)以單元式玻璃幕墻系統(tǒng)和單元鋁板幕墻系統(tǒng)為主，裙樓為框架式玻璃幕墻、石材包柱及雨棚系統(tǒng)。

本工程單元式幕墻系統(tǒng)分格尺寸為2400mmX3800mm，單元板塊含中挺。整個系統(tǒng)依據(jù)雨幕和等壓原理進行設計，采用可三向六自由度調節(jié)、橫滑型構造，所有密封和防水措施均連續(xù)構造，同時確保能適應所有建筑位移、溫度變形以及加工和施工誤差等因素帶來的影響。

幕墻大面采用中空鋼化Low-E玻璃，玻璃采用硅酮結構膠固定；層間梁位置采用單片鋼化玻璃，由硅酮結構膠固定，玻璃內側設置1.5mm 厚鍍鋅板做為玻璃背板，背板內襯背帶鋁箔的保溫棉，鋼板表面粉末噴涂處理。

依據(jù)建筑設計要求，玻璃幕墻外側設置了豎向鋁合金裝飾條和橫向鋁合金裝飾線條，縱向裝飾線條表面采用陽極氧化噴砂處理，橫向裝飾條采用氟碳噴涂處理。裝飾線條與幕墻系統(tǒng)的立柱和橫梁進行固定，通過計算確定其具有足夠的強度和剛度，能承受各種荷載和作用的影響。

開啟窗采用裝有不銹鋼多點鎖和限位裝置的傳動裝置，執(zhí)手采用可拆卸式，執(zhí)手移開時孔洞處采用橡膠扣蓋封堵。擦窗機固定銷安裝于玻璃面板之間的膠縫位置，且可從室外側進行拆換。

一、單元式幕墻系統(tǒng)原理介紹

本工程采用橫滑型單元式幕墻構造，單元幕墻是由在工廠組裝好的板塊運到工地進行安裝。兩個單元板塊上下左右相接位置通過陰陽料相接，陰陽料上有密封膠條，通過下單元上橫料對接位置中設橫滑槽和封口板，達到集水和封口的目的，而又不影響板塊的相互位移，同時，型材斷面還設計為向室外有一定傾斜度的斜面，利于少量可能進入雨水的排出。由于需要利用靠近室外側的空腔與室外形成等壓腔，因此必須使該空腔的空氣與室外的空氣能形成連通，以減小二者的壓力差，由于該通氣孔位置可能會有少量的雨水進入，因此為保障雨水排出時不因表面張力現(xiàn)象而出現(xiàn)堵塞，該孔設計為長條形孔。

幕墻系統(tǒng)最直接的使用功能就是圍護，因此必須具有良好的防水功能。系統(tǒng)設計時，采用疏堵結合的設計理念來進行系統(tǒng)的防水設計。

二、單元幕墻系統(tǒng)重點和難點設計

1、本單元板塊屬超寬板塊：每個板塊為2400（寬）X3800（高）mm，橫向由兩個1200mm的分格。

2、本工程風荷載較大：依據(jù)風洞實驗墻角位置達到6.0Mp。

3、縱向裝飾條懸挑較大：裝飾條超出玻璃面400mm。

系統(tǒng)整體設計：單元式幕墻是在工廠制作完成板塊，在工地現(xiàn)場再通過板塊的上下左右對插完成系統(tǒng)的拼接安裝，所以如何保障工廠加工方便、現(xiàn)場安裝快捷和單元式幕墻的防水性能等物理性能是單元式設計的重點和難點，將單元式幕墻重點和難點進行如下分析：

（一）.考慮加工、安裝快捷設計

1）單元式幕墻加工快捷設計

單元式的幕墻在加工組裝過程中打膠是關鍵的工序，在玻璃四周壓板采用可拆結構，玻璃均可在同一面平臺打膠，待打膠完成后再安裝玻璃四周的壓板，避免了單元板塊因打膠而需將板塊翻轉（由于重量重，板塊大，單元板塊不易翻轉），從而縮短了打膠工序時間，如下兩圖所示：

單元式幕墻橫向插接構造示意圖 單元式幕墻豎向插接構造示意圖

2）考慮單元式幕墻安裝快捷設計

單元式幕墻通過板塊的上下左右對插完成系統(tǒng)的拼接安裝，所以如何在構造設計中考慮安裝是縮短單元式幕墻安裝工期的關鍵，在對插型材插接位置設計導向，膠條設計為有利于安裝的單撇膠條，通過以上兩點設計從構造上解決了單元式幕墻對插困難的難題，從而縮短了安裝工期。

（二）.單元式幕墻防水設計

單元式幕墻是在工廠完成板塊加工組裝，在工地現(xiàn)場再通過板塊的上下左右對插完成系統(tǒng)的拼接安裝，建筑靠單元式幕墻結構進行防水，因此單元式幕墻必須通過系統(tǒng)合理設計來進行防水，針對這個特點，通過疏（排水）堵（防水）結合的設計理念來進行系統(tǒng)的防水設計。

單元式幕墻板塊排水示意圖 單元式幕墻板塊防水示意圖

1.第一道防水設計

單元式幕墻第一道防水主要考慮兩個方面，一是單元對插縫與室外相通存在大量進水的可能，二是單元式幕墻中玻璃面板四周存在縫隙會有水滲入，第一道防水要做到阻止大量水進入等壓腔。

1）單元對插縫處防水設計

在單元式幕墻橫向和豎向對插縫中等壓腔的前端設擋水膠條，可防止大量水從對插縫進入等壓腔。

2）玻璃四周縫隙設計

在單元式幕墻玻璃面板四周設鋁合金壓板，壓板與玻璃打膠密封，這樣就保證只有少量水通過第一道防水進入等壓腔。

2.等壓腔防水、排水設計

在單元式幕墻橫向和豎向對插縫中等壓腔的前腔設擋水膠條可防止大量水從對插縫進入等壓腔，但會有少量水通過第一道防水進入等壓腔，所以等壓腔構造設計的思路一是要防止水進入封閉腔，二是將進入的水排出室外。

1）等壓腔防水設計

為了防止室外通過第一道防水進入豎向等壓腔（陰陽豎料形成與室外連通的腔）的水進入橫向封閉腔，造成漏水，豎向等壓腔水只能進入橫向等壓腔（上下橫料形成的與室處連通的腔），而不能進入橫向封閉腔，設計時將豎向第二道防水（等壓腔與封閉腔之間的密封），蓋過橫向的第二道防水，即立柱上的密封膠條比橫梁上的密封膠條更靠近室外側。設有的兩道膠條形成一個小腔，隔斷水進入封閉腔的路徑，起到防水的作用。

2）等壓腔排水設計

進入等壓腔的水不及時排出就可以進入封閉腔導致漏水，所以單元式幕墻構造是否會滲水，這也是一個關鍵。等壓腔是指密封膠條的兩側能夠有效的連通，以減小二者的壓力差，同時保證單元式幕墻橫向等壓腔與豎向等壓腔相通，這樣進入豎向等壓腔的水在重力作用下進入橫向等壓腔后，再由連通處及時排出室外。

兩個相臨的單元板塊上橫梁接口處設連接封板，實現(xiàn)了接口處的連續(xù)密封和等壓腔體的連續(xù)，這樣就形成了逐層隔斷排水，不會產生水在單元豎向及橫向鋁型材里累積造成水無法及時排出的現(xiàn)象，同時型材斷面還設計為向室外斜度的斜面，使等壓腔里的水排出，見如下示意圖。

單元式幕墻等壓腔排水三維示意圖 單元式幕墻橫向防水示意圖

3.封閉腔防水、排水設計

通過第一道防水線及等壓腔的防水和排水，進入封閉腔的水已經降到很低，但還會很有少量水進入封閉腔，為了防止進入封閉腔的水進入室內，封閉腔要進行防水、排水設計。

封閉腔的前邊設計成一對膠條，防止水進入封閉腔。為了防止壓力變化使水會通過等壓腔膠條吸入封閉腔，在交接處設置兩道密封膠條使形成一個小腔，有效地隔斷等壓腔與封閉腔滲水的途徑，減小壓強變化的幅度。避免由于壓力差過大使水大量的被吸入。

為了阻止吸入的水由封閉腔進入室內導致漏水。首先同等壓腔設計原理一樣保證單元式幕墻橫向封閉腔與豎向封閉腔連通，這樣進入豎向封閉腔的水在重力作用下進入橫向封閉腔后及時排出室外。

其次在左右相鄰單元體對插位置上橫接口處設橫滑塊，采用逐層隔斷排水，并在橫向封閉腔和等壓腔交接處的插接翼板上開排水孔，將進入封閉腔的水排到等壓腔，再排出室外，同時型材斷面還設計為向室外有一定傾斜度的斜面，利于封閉腔排水。

4.型材接縫處防水設計

單元式幕墻橫向鋁型材和豎向鋁材采用螺釘連接在工廠組成單元板塊，橫向鋁型材和豎向鋁型材之間存在縫隙，這樣進入等壓腔和封閉腔的水有可能從型材接縫處滲入室內，為了解決上述問題，在工廠組裝時在此接縫位置打膠密封，以確保水不從該位置滲入室內。

5.四個板塊交叉的“十”字路口防水設計。

單元式幕墻通過板塊的上下左右對插完成系統(tǒng)的拼接，在四個板塊交叉的“十”字路口將形成一個內外貫穿的孔洞，因此必須將此孔洞進行嚴密的封堵以確保系統(tǒng)的水密性和氣密性。

針對以上問題，單元幕墻主要可采取以下措施：

1）在單元式幕墻板塊豎向對插鋁型材左右相鄰接縫位置設置鋁合金披水板和鋁合金橫滑塊將接縫 密封，同時鋁合金披水板和鋁合金橫滑塊底部和四周打膠密封。

2）在四個板塊交叉的“十”字路口處設硅海綿防水，左右相鄰鋁型材接縫處打膠密封。

三、與主體結構的連接

（一）預埋件的設計

預埋件是幕墻與主體連接的重要部分，為了保證幕墻與主體連接的可靠性，大面上采用槽式預埋件。其特點如下：

A.槽式預埋件最大優(yōu)點是不需要現(xiàn)場焊接，整個連接均為螺栓連接，克服了現(xiàn)場焊接質量不易保證的缺點，避免了焊接所帶來的焊后不易控制防腐質量的問題；

B.結構合理，可調整性好，轉接方便；

C.由于槽式預埋件體積小，連接爪短，因而適用于各種部位的埋設，如樓板面、梁端、薄梁、轉角、狹小部位等，具有廣泛的通用性；

D.選用特殊軋制型鋼，強度高，并進行熱浸鍍鋅處理，防腐性好；

E.槽式預埋件加工工藝方便，經濟性好；

F.錨固系統(tǒng)較合理，錨筋與砼共同受力，抗拉性能較好；

G.預埋過程中，便于總包方更好地澆搗砼，施工方便；

H.幕墻施工過程中，能較好地避免預埋件的左右偏差，施工方便；

I.槽式預埋件通過計算滿足設計要求

（二）預埋件按以下過程埋設：

根據(jù)我國現(xiàn)行幕墻行業(yè)標準《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》JGJ102-2003規(guī)定：幕墻構件與混凝土結構易通過預埋件連接，預埋件必須與主體混凝土施工時埋入，對埋設部位進行全面檢查，校正。對不合格或尺寸誤差較大的位置予以調整，以保證預埋質量。

1、預埋件施工圖的設計是依據(jù)被認可的幕墻立面分格圖及結構布置圖進行的。預埋件的（錨板和錨筋）的設計，應符合JGJ102的規(guī)定。

2、預埋設計圖在完成經業(yè)主確認后，轉至工廠，以便工廠辦理預埋鐵件之采購作業(yè)，同時將預埋圖送交工地。

3、核對工地之建筑圖，并向業(yè)主之工地技術主管人員要求出示各項放樣之基準點及線。

4、預埋件運抵現(xiàn)場后，應會同監(jiān)理進行檢驗，確認后才能進行安裝。

5、預埋件的測量放線

根據(jù)預埋件布置圖，進行預埋件的測量放線。當樓層之底板鋪設完成后，側模尚未施工前，即開始預埋件放樣工作。放樣時若發(fā)現(xiàn)模板施工尺寸有誤差時，及時提出并要求整改。此項工作我司將派專人跟進主體施工進度，避免漏埋、誤埋，并做好測量記錄。

6、預埋件的敷設

預埋件是通過焊接鋼筋與主體砼結構連接，埋件錨筋必須與主體鋼筋點焊（綁扎）牢固，并注意與主體的防雷網電氣連通，埋件的允許誤差嚴格控制，即標高≤±10mm，水平分格≤±20mm。拆模時應及時跟進，所有埋件上表面均裸露砼面（但不能超出）。

（三）幕墻板塊與埋件之間的連接（見圖示）

幕墻板塊與埋件之間通過鋼掛件及鋼支座結構形式，這種結構具有三維空間調節(jié)功能，能有效的吸收建筑誤差，以保證單元板塊安裝的平整度。該系統(tǒng)受力狀態(tài)合理，能使幕墻與主體結構保持柔性連接，大大提高抗震性能，同時可避免板塊安裝同時的任何焊接工作。由于鋁合掛件一抵抗不了風荷載，因此設置不銹鋼螺栓，這樣一個結合使幕墻更安全。

單元板塊與埋件連接三維示意圖

（四）、結構計算

結構計算過程依據(jù)結構實際的受力狀況進行計算，再按不同工況進行荷載組合和結構計算，確保計算結果真實可靠。

風荷載依據(jù)風洞實驗劃分荷載分區(qū)，并分為墻角邊、墻面區(qū)、屋面，由于縱向裝飾條較大，在計算單元板塊荷載是考慮了裝飾條側向荷載產生的影響，確保計算結果準確無誤，既保證結構安全，又使結構設計科學經濟。

計算過程中，根據(jù)不同部位和不同結構型式幕墻計算的需要，同時依據(jù)規(guī)范條款規(guī)定考慮了恒荷載、地震作用和活荷載等荷載作用的影響以及各種工況的最不利組合。分別對面板，龍骨和連接進行了詳細的強度、剛度和穩(wěn)定性驗算，從而確保了結構具有足夠的安全性。同時與主體固定在一起的槽式預埋件也要進行計算，本工程采用的是RX52-34-350槽式埋件。計算方法及材料的選擇方法廠家都有說明書，結合規(guī)范及廠家提供的實驗取值，根據(jù)需要在工地做一下拉拔實驗。

通過上述嚴謹?shù)牧W分析，真實的模型選擇和科學的結構計算，使得結構具有足夠的安全性，同時也能確保了整個幕墻系統(tǒng)的經濟合理。

四.結語

綜上所述，單元式幕墻的設計主要目的在于更加明顯地展示建筑的魅力。筆者主要分析了單元式幕墻系統(tǒng)原理以及單元式幕墻系統(tǒng)的實際發(fā)展難點和重點方面，進而詳細討論單元式幕墻防水設計的每個過程，分別為第一道防水設計、等壓腔防水、排水設計和封閉腔防水、排水設計等。除此之外，本文還涉及到單元式幕墻設計與主體結構的連接的問題，逐步詳細闡述其與預埋件設計等問題，希望能夠成功發(fā)揮建筑的實際效果，增加建筑物的藝術魅力。

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