淺談單元幕墻設(shè)計(jì)

【摘要】越來(lái)越多的工程采用單元幕墻，單元幕墻加工精度高，工廠生產(chǎn)線組裝效率高，現(xiàn)場(chǎng)干法施工，安裝快捷，能縮短工期，消除現(xiàn)場(chǎng)許多安裝隱患。 本文簡(jiǎn)要分析了單元幕墻設(shè)計(jì)的幾個(gè)注意要點(diǎn)，并提出相應(yīng)的措施，希望能對(duì)單元幕墻設(shè)計(jì)師們提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】防水設(shè)計(jì)；彎弧單元設(shè)計(jì)；開(kāi)模設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)接系統(tǒng)設(shè)計(jì)

當(dāng)前單元幕墻使用程度雖然很高，但系統(tǒng)構(gòu)造能做到非常合理的不是很多，合理的單元幕墻系統(tǒng)必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮全面，本文就是針對(duì)單元幕墻設(shè)計(jì)需要著重注意的幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行分析，希望能設(shè)計(jì)出更多更好的單元幕墻系統(tǒng)。

一、單元幕墻的防水設(shè)計(jì)

（一）單元幕墻的防水原理

大家知道，單元幕墻是現(xiàn)場(chǎng)干掛施工，無(wú)需打注密封膠，那么這套系統(tǒng)靠什么防水呢？即“雨幕原理”?！坝昴辉怼本褪牵?jiǎn)卧獧M豎插接縫設(shè)置等壓腔，靠近室外的為濕腔，靠近室內(nèi)的為干腔，兩腔體周圈用三元乙丙膠條封閉，在單元十字插接縫處，單元豎向插接腔體是開(kāi)放的，兩腔體此處空氣聯(lián)通，使得干腔和濕腔等壓，到達(dá)濕腔的水就沒(méi)有壓力進(jìn)入干腔，從而在幕墻外表面形成一道“雨幕”牢牢阻止雨水進(jìn)入室內(nèi)。我們可以通過(guò)圖1和圖2來(lái)了解單元幕墻的防水排水路線。

室外的雨水可以通過(guò)兩種途徑進(jìn)入型材的等壓腔內(nèi)，即橫框的擋水膠條搭接處和豎框的擋水膠條搭接處。通過(guò)橫框的擋水膠條搭接處進(jìn)入等壓腔A的水，會(huì)在重力作用下通過(guò)擋水膠條直接排出，還會(huì)有極少量雨水進(jìn)入等壓腔B，進(jìn)入等壓腔B的水，通過(guò)橫框前端排水孔排到橫框外腔，水沿橫框外腔往兩端豎框排，橫框外腔與豎框交接處開(kāi)排水孔，將水排到豎框外腔，豎框外腔里的水在重力作用下直接排到下一單元的橫框A腔，最后直接排出室外；通過(guò)豎框的擋水膠條搭接處進(jìn)入等壓腔A的水，可以直接落到上橫框的披水板上，水在重力作用下通過(guò)擋水膠條直接排出，還會(huì)有極少量雨水進(jìn)入等壓腔B，豎框等壓腔B的水在重力作用下排到下一板塊上橫框等壓腔B里，橫框等壓腔B里水又如上面所述一樣排出室外。

（二）單元幕墻的防水構(gòu)造設(shè)計(jì)

知道了單元防水原理，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)就要考慮按照防水原理來(lái)合理設(shè)計(jì)防水構(gòu)造，首先考慮鋁型材開(kāi)模，要考慮干濕腔構(gòu)造，按排水方式分內(nèi)排水和外排水兩種構(gòu)造，內(nèi)排水是上橫干腔中少量水通過(guò)上橫框開(kāi)排水孔把水排到豎框濕腔，然后通過(guò)下一單元橫框排出。外排水是上橫干腔中少量水通過(guò)上橫框開(kāi)排水孔直接排出?？傮w來(lái)說(shuō)內(nèi)排水防水效果好，因?yàn)閮?nèi)排水排水口不直接面對(duì)室外，外面暴風(fēng)雨不能倒灌進(jìn)入室內(nèi)，并且排水口不宜被外界塵土堵住，故暴風(fēng)雨多發(fā)地區(qū)單元幕墻應(yīng)優(yōu)先采用內(nèi)排水方式。不管是內(nèi)排水還是外排水構(gòu)造，在設(shè)計(jì)型材開(kāi)模時(shí)，都應(yīng)當(dāng)將豎框干腔邊界線與下橫框插接口邊線齊平，這樣可以使上橫框插接刺上膠條在豎框處連續(xù)，避免十字插接口處漏水，同時(shí)在豎框銑加工避位橫框槽口時(shí)銑刀豎框干濕腔壁。具體詳見(jiàn)圖3所示。

二、彎弧單元幕墻設(shè)計(jì)

好多單元幕墻工程存在彎弧面，一般來(lái)說(shuō)是橫向彎弧，彎弧面所有橫框及橫框扣壓板均需彎弧，彎弧對(duì)于單元幕墻的加工工藝要求很高，隨著彎弧半徑的減小而提高，即彎弧半徑越小對(duì)生產(chǎn)工藝要求越高。

（一）彎弧對(duì)型材的影響

從廠家購(gòu)買(mǎi)回來(lái)的型材都是經(jīng)過(guò)表面處理過(guò)的，如氟碳噴涂、粉末噴涂等，如果噴涂的型材進(jìn)行彎弧再加工，勢(shì)必要破壞型材的表面處理，設(shè)計(jì)提料時(shí)彎弧型材應(yīng)提素材，并且素材的料長(zhǎng)應(yīng)是彎弧長(zhǎng)度加上彎弧夾具夾持長(zhǎng)度（具體根據(jù)彎弧廠家工藝要求確定，一般一邊加250mm左右）。

從彎弧工藝來(lái)說(shuō)，彎弧勢(shì)必會(huì)對(duì)型材外弧進(jìn)行拉伸，如果彎弧半徑過(guò)小，型材容易被拉裂或崩腔，特別是開(kāi)腔型材，應(yīng)根據(jù)彎弧廠家工藝增加彎弧型材開(kāi)模厚度，避免型材彎弧時(shí)被拉裂或崩腔。

（二）彎弧對(duì)單元插接的影響

單元幕墻上下公母橫框是插接的，如果對(duì)上下公母橫框進(jìn)行彎弧，彎弧后插接母橫框的插接腔寬度會(huì)產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致公母框插接時(shí)插接不上，我們?cè)谠O(shè)計(jì)彎弧幕墻的插接母橫框時(shí)應(yīng)根據(jù)彎弧半徑大小和彎弧廠家工藝，適當(dāng)加大母橫框的插接腔間隙，根據(jù)間隙大小裝配適當(dāng)?shù)膲嚎s膠條，從而滿足彎弧公母插件存在的配合問(wèn)題。

三、單元幕墻的型材開(kāi)模設(shè)計(jì)

單元幕墻設(shè)計(jì)的靈魂就在開(kāi)模設(shè)計(jì)，一套好的型材模具不僅要滿足業(yè)主和建筑師的外視效果要求，還要從加工工藝、安裝簡(jiǎn)便方面考慮，同時(shí)要滿足風(fēng)壓、氣密、水密等功能要求。所有單元幕墻的技術(shù)含量全包含在型材開(kāi)模圖里，可以這樣說(shuō)，型材開(kāi)模就是幕墻公司的核心技術(shù)。

（一）開(kāi)模截面設(shè)計(jì)

開(kāi)模前期，我們首先根據(jù)建筑師對(duì)幕墻內(nèi)視和外視效果要求，合理設(shè)計(jì)型材外輪廓大小、既要滿足建筑效果，又要考慮型材制作工藝性，如果出現(xiàn)大輪廓型材，型材的外接圓直徑大于型材廠家鋁錠最大擠壓直徑，此型材超出型材廠家的生產(chǎn)加工能力，無(wú)法生產(chǎn)，我們應(yīng)與建筑師溝通，將大輪廓型材改成分體式，兩個(gè)型材或者多個(gè)型材裝配在一起來(lái)實(shí)現(xiàn)大輪廓型材的要求。

對(duì)于幕墻受力鋁型材（如幕墻橫豎框），在規(guī)定的風(fēng)荷載下，要求受力鋁型材的慣性矩大于某一個(gè)值（此值經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)計(jì)算得出），同樣的慣性矩下，同樣的截面輪廓下，我們應(yīng)考慮如何降低材料用量來(lái)達(dá)到節(jié)約成本目的，如圖4所示，截面二的線密度小于截面一的線密度，然而截面二慣性矩卻大于截面一，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就要采用截面二這種方案，既節(jié)約了鋁型材又增大了型材抵抗矩，改變型材的局部壁厚，把材料用到最需要的地方。

（二）單元開(kāi)模設(shè)計(jì)

單元橫豎框工廠組裝是用自攻釘機(jī)械連接在一起，橫框上應(yīng)開(kāi)釘線槽，釘線槽如圖5所示，釘線槽直徑φA的大小要根據(jù)配合的自攻釘大小來(lái)定，一般情況下φA比配合的自攻釘直徑小0.6mm，如果用ST6.3的自攻釘，釘線槽直徑φA應(yīng)該為5.7mm；如果釘線槽過(guò)小，工人裝配時(shí)不容易打釘，反之如果釘線槽過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致自攻釘連接松動(dòng)導(dǎo)致裝配失效。橫框釘線槽與豎框?qū)拥牡胤綉?yīng)局部加厚，用以加固自攻釘連接強(qiáng)度。

單元橫豎框如果截面寬度一樣，建議設(shè)計(jì)開(kāi)模時(shí)將橫框截面寬度減少0.5mm，因?yàn)槟＞叨际怯袌A角的，最小的圓角也有0.3mm，豎框的圓角與橫框?qū)訒r(shí)就會(huì)產(chǎn)生橫框漏白，設(shè)計(jì)時(shí)將橫框減少0.5mm就避開(kāi)豎框的圓角了。

單元橫豎框釘線槽不能距豎框邊太近，如圖6a所示即是錯(cuò)誤的，釘槽距豎框邊太近，產(chǎn)生局部應(yīng)力，此釘連接容易失效，如圖6b就是正確的釘槽設(shè)計(jì)，釘槽中心距離豎框上下邊沿距離L要大于等于1.5d（釘槽內(nèi)孔直徑）。

單元幕墻橫豎框表面處理是氟碳噴涂或者粉末噴涂，單元橫豎框與玻璃連接一般靠結(jié)構(gòu)膠粘接，噴涂面與結(jié)構(gòu)膠不相溶，開(kāi)模圖設(shè)計(jì)時(shí)要標(biāo)注清楚型材哪個(gè)位置是結(jié)構(gòu)膠粘接面，這些位置在型材噴涂時(shí)應(yīng)貼上高溫保護(hù)膜，防止粘接面被氟碳噴涂或者粉末噴涂導(dǎo)致不與結(jié)構(gòu)膠相溶。如圖7所示。

開(kāi)模圖設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮結(jié)構(gòu)膠打注的工藝性，比如打膠機(jī)膠槍最小直徑是φ6mm，我們?cè)谠O(shè)計(jì)開(kāi)模圖時(shí)要考慮使玻璃與型材的間隙（結(jié)構(gòu)膠通過(guò)間隙）不能小于6mm，否則就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠無(wú)法打注。如圖8所示。

單元幕墻型材配合一般為插接、扣壓、鉤扣、嵌接等等，這幾種配合方式都需要開(kāi)模時(shí)在構(gòu)造上留出足夠的行程，否則型材間沒(méi)有配合間隙就無(wú)法組裝，給公司帶來(lái)巨大損失，這一點(diǎn)要特別注意。另外除了這些連接外可能還有一些機(jī)械連接：自攻釘連接，螺接，鉚接等，開(kāi)模時(shí)也要考慮工人安裝時(shí)用的工具，給工人和工具留出施工空間，否則也會(huì)導(dǎo)致無(wú)法打釘，無(wú)法螺接，無(wú)法鉚接。

四、單元幕墻的轉(zhuǎn)接系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單元幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接靠轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，轉(zhuǎn)接系統(tǒng)包括掛件、轉(zhuǎn)接件與埋件三種構(gòu)件。配合要能吸收主體結(jié)構(gòu)偏差，偏差是多方位的，要能實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)六自由度調(diào)節(jié)，使單元板塊在結(jié)構(gòu)偏差范圍內(nèi)準(zhǔn)確而牢固的連接到土建結(jié)構(gòu)上。

轉(zhuǎn)接系統(tǒng)包括：預(yù)埋件、轉(zhuǎn)接件、掛件。

預(yù)埋件按安裝位置分為平埋和側(cè)埋，平埋是預(yù)埋件錨固在結(jié)構(gòu)邊沿的樓板水平面上，側(cè)埋是預(yù)埋件錨固在結(jié)構(gòu)邊沿樓板或邊梁豎直面上。從安裝方面講，如果條件可行的情況下轉(zhuǎn)接系統(tǒng)盡量設(shè)計(jì)為平埋轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行單元掛接施工時(shí)，可以在室內(nèi)操作，即安全又節(jié)省施工措施費(fèi)。但是如果遇到剪力墻部位，或者室內(nèi)地坪較低無(wú)法遮擋單元掛件時(shí)，我們就只能設(shè)計(jì)為側(cè)埋轉(zhuǎn)接系統(tǒng)，側(cè)埋轉(zhuǎn)接系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是掛件不占用室內(nèi)空間，隱藏在層間樓板里。如圖9所示。

轉(zhuǎn)接件與掛件連接既要能吸收結(jié)構(gòu)帶來(lái)的偏差又要能實(shí)現(xiàn)三項(xiàng)六自由度的安裝調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)接件與掛件應(yīng)該設(shè)計(jì)成線接觸，這樣才能進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕嵌日{(diào)節(jié)，一般在鋼轉(zhuǎn)接件上加個(gè)鋁套芯，鋁套芯的截面形狀設(shè)計(jì)成弧度形狀，并在套芯與掛件接觸點(diǎn)設(shè)計(jì)出凸點(diǎn)。單元的左右調(diào)節(jié)是在掛件上開(kāi)橫向長(zhǎng)條孔，單元的上下調(diào)節(jié)是在轉(zhuǎn)接件和套芯上開(kāi)豎向長(zhǎng)條孔，這個(gè)能吸收部分上下誤差，另外上下螺栓也能微調(diào)單元上下高度。如圖10所示。

五、結(jié)束語(yǔ)

采用單元幕墻的建筑越來(lái)越多，單元的種類也多式多樣，按面材可分：?jiǎn)卧Ａ粔?、單元鋁板幕墻、單元石材幕墻等等；按排水方式可分：內(nèi)排水單元、外排水單元；按插接方式可分：橫滑單元、橫鎖單元；所有這些種類的單元，不管如何變化，我們只要抓住單元的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，趨利避害，合理設(shè)計(jì)，就能設(shè)計(jì)出大家滿意的單元幕墻。

參考文獻(xiàn)

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[2] 金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范[Z].JGJ133-2001.

作者簡(jiǎn)介：白鶴鳴（1977.07—），男，漢族，河南人，學(xué)士，中級(jí)工程師，研究方向：建筑幕墻。