從設(shè)計(jì)角度談裝配式幕墻的施工安裝
——體系優(yōu)化 高效作業(yè)

鄧治良,陳恩莉,董 彪

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川成都 610000)

本文通過(guò)工程施工的角度介紹預(yù)制混凝土掛板、單元式幕墻、小單元幕墻三種裝配式幕墻施工特點(diǎn)和適用情況，分析裝配式幕墻相較于傳統(tǒng)幕墻在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)，提出對(duì)應(yīng)體系在構(gòu)造形式及設(shè)計(jì)上的要點(diǎn)。

1 裝配式幕墻類(lèi)型

文中介紹三種常用裝配式幕墻體系：預(yù)制混凝土掛板體系、單元式幕墻體系、小單元幕墻。

1.1 預(yù)制混凝土掛板體系

該體系集外墻裝飾面、保溫于一體，工廠生產(chǎn)一次成型，省去了建筑現(xiàn)場(chǎng)外裝修的環(huán)節(jié)。按功能定位可分為圍護(hù)板系統(tǒng)和裝飾板系統(tǒng)，其中圍護(hù)板系統(tǒng)按建筑立面特征又分為整間板體系、橫條板體系、豎條板體系。(參考圖集：《預(yù)制混凝土外墻掛板》08SJ110-2、08SG333。)

1.2 單元式幕墻體系

單元式幕墻：將面板、橫梁及立柱在工廠整體組裝為幕墻單元，以幕墻單元形式在現(xiàn)場(chǎng)完成安裝施工的框架支承建筑幕墻。

1.3 小單元幕墻

(1)龍骨裝配式：指幕墻的龍骨支承體系在加工廠組框，形成龍骨單元后，再在現(xiàn)場(chǎng)整體掛接于主體結(jié)構(gòu)上，最后面板以組件形式在現(xiàn)場(chǎng)安裝于龍骨單元上。

(2)面板裝配式：指內(nèi)外墻面板在工廠通過(guò)附框形成裝配式整體板塊，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)幕墻系統(tǒng)的主要支承龍骨以構(gòu)件形式安裝，兩方完成后再將整體板塊在現(xiàn)場(chǎng)與龍骨體系進(jìn)行掛接。其功能兼具外墻飾面、外墻防水、外墻保溫、內(nèi)墻飾面等各種墻體功能。

2 裝配式幕墻在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的施工要點(diǎn)

2.1 預(yù)制混凝土掛板

2.1.1 預(yù)制混凝土掛板的優(yōu)點(diǎn)

預(yù)制混凝土掛板是幕墻中用于代替普通現(xiàn)場(chǎng)磚砌墻，其相對(duì)于普通磚砌墻，從施工角度分析具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)混凝土澆筑及板材生產(chǎn)過(guò)程在工廠中完成，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)方便快捷，高效利用流水生產(chǎn)，有效縮短工期。

(2)混凝土板采用標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量控制好受現(xiàn)場(chǎng)條件影響低。

(3)周轉(zhuǎn)料具投入量減少，相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)施工費(fèi)用及占用空間降低。

2.1.2 預(yù)制混凝土掛板設(shè)計(jì)要點(diǎn)

預(yù)制混凝土掛板適合建筑立面造型異形較多或單個(gè)板塊面積過(guò)大的情況，針對(duì)這種異形和大板塊的施工情況，在工程前期設(shè)計(jì)階段，需要考慮以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

(1)異形板塊的力學(xué)計(jì)算：對(duì)于非平整板塊或多角度組合板塊應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)前完成有限元分析。

(2)異形建筑的風(fēng)荷載取值：在考慮帶局部轉(zhuǎn)角或板面凹凸時(shí)，可按照最不利情況(轉(zhuǎn)角區(qū))計(jì)算風(fēng)荷載體形系數(shù)。

(3)預(yù)制面板的面板預(yù)埋轉(zhuǎn)接布置、預(yù)制面板的加強(qiáng)筋布置、預(yù)制面板的第一道支承龍骨的布置(工廠完成)：在設(shè)計(jì)前分別應(yīng)當(dāng)考慮最不利情況，如連接或支承最薄弱環(huán)節(jié)失效后仍能保持一定安全性。

(4)面板分格的規(guī)劃：除構(gòu)件及其連接須計(jì)算驗(yàn)證具有充足承受能力外，預(yù)制面板的分格大小亦可能受到運(yùn)輸、吊裝設(shè)備安裝條件的限制。

(5)安裝誤差的控制：大板塊不規(guī)則面板與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有充足的三維可調(diào)節(jié)范圍、以滿(mǎn)足大板塊固定于主體結(jié)構(gòu)上時(shí)，其所需的預(yù)埋件布置方式和位置。

(6)系統(tǒng)間的交接：應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中考慮不規(guī)則板塊層間與主體間防火隔離帶布置的合理性、大板塊面板之間的交接契合方式與空間等。

(7)掛件限位能力：當(dāng)掛板遭遇地震作用等特殊情況下產(chǎn)生豎向位移時(shí)其限位構(gòu)件的承載能力。

2.2 單元式幕墻

2.2.1 單元式幕墻的優(yōu)點(diǎn)

(1)由于組框過(guò)程在工廠中進(jìn)行，其現(xiàn)場(chǎng)施工速度快、周期短、內(nèi)容少。

(2)單元板塊間采用企口組合，現(xiàn)場(chǎng)安裝精度高，表面平整度效果好。

(3)構(gòu)件由數(shù)控加工生產(chǎn)，便于保證質(zhì)量；組框過(guò)程全部在工廠中完成，便于控制精度及質(zhì)量。

(4)幕墻單元中可用隨意多種面材組合形式，在采用更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)時(shí)，施工仍很方便。

(5)生產(chǎn)安裝過(guò)程工業(yè)化程度高，安裝過(guò)程受現(xiàn)場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)施工情況影響小。

2.2.2 單元式幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

單元式幕墻適合建筑外立面規(guī)整且體型較大的建筑，以及施工條件較差的建筑，例如難以布置充足腳手架系統(tǒng)的高層與超高層建筑，水上建筑等。其主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

(1)型材斷面設(shè)計(jì)：除龍骨對(duì)應(yīng)所需的力學(xué)性能外，還應(yīng)充分考慮企口料拼接的安裝空間、各類(lèi)槽口的交接形式、與相鄰板塊組合形式以及型材結(jié)合后氣密水密的合理性。

(2)氣密和水密系統(tǒng)設(shè)計(jì)：考慮布置合理的塵密線(xiàn)、水密線(xiàn)及氣密線(xiàn)，保障等壓腔發(fā)揮良好作用。

(3)系統(tǒng)整體排水功能：除雨幕層防水外，須保證等壓腔內(nèi)少量滲漏水及時(shí)排出。

(4)預(yù)埋件和單元板的掛接方式設(shè)計(jì)、單元板塊荷載作用對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響：在設(shè)計(jì)前分別應(yīng)當(dāng)考慮最不利情況，如連接或支承最薄弱環(huán)節(jié)失效后仍能保持一定安全性。

(5)防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)：考慮防火層設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮相應(yīng)防水防煙。

(6)橫豎膠條是否需要對(duì)齊：三重密封線(xiàn)是否對(duì)齊需要依據(jù)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)綜合考慮。

(7)結(jié)構(gòu)梁下部的中橫框設(shè)置積水及排水構(gòu)造。

(8)支座系統(tǒng)的三維可調(diào)節(jié)功能：幕墻單元與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有充足的三維可調(diào)節(jié)范圍、以滿(mǎn)足單元式幕墻固定于主體結(jié)構(gòu)上時(shí)，其所需的預(yù)埋件布置方式和位置。

(9)掛件限位能力：當(dāng)單元式幕墻遭遇地震作用等特殊情況下產(chǎn)生豎向位移時(shí)其限位構(gòu)件的承載能力。

2.3 小單元幕墻

2.3.1 小單元幕墻的優(yōu)點(diǎn)

小單元幕墻是在特定情況下替代單元式幕墻的體系，除了單元式幕墻的各類(lèi)優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下獨(dú)有優(yōu)點(diǎn)：

(1)其每一塊面板都是獨(dú)立的，均可獨(dú)立安裝拆卸，不影響附近構(gòu)件。

(2)對(duì)土建結(jié)構(gòu)造型、結(jié)構(gòu)形式以及預(yù)埋件要求較低，易于誤差控制。

(3)相較于傳統(tǒng)單元式幕墻，其造價(jià)更經(jīng)濟(jì)，可適用于各種規(guī)模的項(xiàng)目。

(4)在面對(duì)系統(tǒng)單一卻具有復(fù)雜或不規(guī)整造型的建筑外立面時(shí)，可有效減輕設(shè)計(jì)工作量及施工難度。

2.3.2 龍骨裝配式小單元幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

適合有大量幕墻窗系統(tǒng)的建筑，各個(gè)幕墻窗由窗間墻分離開(kāi)，但窗的規(guī)格相同。對(duì)于這種幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

(1)斷面設(shè)計(jì)及組框：施工圖階段需要有明確的組框圖，且需要準(zhǔn)確指出哪些構(gòu)件應(yīng)該在工廠裝配完成，哪些連接屬于現(xiàn)場(chǎng)施工內(nèi)容。

(2)系統(tǒng)交接的結(jié)構(gòu)組合：考慮框單元中邊框與窗間墻中其他非透明幕墻的共用問(wèn)題，明確對(duì)應(yīng)龍骨是否參與相鄰側(cè)受力及防水、隔熱等功能要求。

(3)支座系統(tǒng)的三維可調(diào)節(jié)功能：龍骨系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有充足的三維可調(diào)節(jié)范圍、以滿(mǎn)足小單元幕墻固定于主體結(jié)構(gòu)上時(shí)，其所需的預(yù)埋件布置方式和位置。

2.3.3 面板裝配式小單元幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

適合龍骨空間跨度大，單位面板相同，但面板布置方式復(fù)雜的外立面建筑。對(duì)于這種幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)：

(1)面板單元設(shè)計(jì)：面板單元需具備圍護(hù)系統(tǒng)基本功能，滿(mǎn)足獨(dú)立的荷載承載能力和對(duì)應(yīng)所需的各類(lèi)要求，如防水、隔熱等。

(2)面板單元與龍骨系統(tǒng)間連接：由于外立面面板布置復(fù)雜，單位面板與龍骨的連接應(yīng)簡(jiǎn)潔方便，且保證具有充足的可調(diào)節(jié)角度，以消除外立面擬合產(chǎn)生的誤差。

(3)應(yīng)考慮其相對(duì)于龍骨系統(tǒng)三維可調(diào)節(jié)：每個(gè)面板單元龍骨系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有充足的三維可調(diào)節(jié)范圍，方便對(duì)應(yīng)位置的各種安裝方式和分格定位。

(4)防火系統(tǒng)：應(yīng)當(dāng)考慮多個(gè)小單位面板組合的墻面在層間的防火隔斷問(wèn)題。

下面以筆者參與設(shè)計(jì)的實(shí)際項(xiàng)目對(duì)小單元幕墻進(jìn)行說(shuō)明。成都音樂(lè)廣場(chǎng)主舞臺(tái)，該項(xiàng)目是一個(gè)展現(xiàn)成都文化和城市精神，服務(wù)音樂(lè)藝術(shù)和成都市民的頂尖文化、藝術(shù)主體公園。該單體建筑設(shè)計(jì)師以鳳凰展翅為設(shè)計(jì)思路，形成如圖1所示的優(yōu)美建筑造型。其外圍護(hù)包含墻面和屋面兩部分，單體外圍護(hù)的墻面外層開(kāi)口棱錐裝飾鋁板系統(tǒng)和屋面矩形造型鋁板系統(tǒng)均為面板裝配式小單元幕墻。

圖1 主舞臺(tái)效果

該項(xiàng)目通過(guò)模型定位輔助，在建筑師設(shè)定的完成面模型上細(xì)化幕墻結(jié)構(gòu)層次。屋面小單元鋁板系統(tǒng)中通過(guò)細(xì)部節(jié)點(diǎn)尺寸對(duì)小單元幕墻系統(tǒng)中龍骨體系的各級(jí)主次檁條進(jìn)行定位和放樣，且在非均布、非平整及非常規(guī)的龍骨連接狀態(tài)下，以三維模型的方式確定對(duì)應(yīng)龍骨體系的連接關(guān)系。這種模型表達(dá)方式使這種復(fù)雜構(gòu)造簡(jiǎn)單易懂，大大提高現(xiàn)場(chǎng)的施工安裝效率，施工質(zhì)量得到更大保障(圖2～圖4)。

3 總結(jié)

幕墻施工有別于建筑工程其他專(zhuān)業(yè)，需要較為復(fù)雜的空間及時(shí)間規(guī)劃。工人及構(gòu)件暴露于高空作業(yè)的時(shí)間與次數(shù)都極高，采取更科學(xué)更符合施工需求的結(jié)構(gòu)體系，才能使得幕墻相關(guān)工程安全高效地完成。而這些設(shè)計(jì)當(dāng)中，除了施工現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)范、條例、措施外，也需要幕墻設(shè)計(jì)師們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中采用更優(yōu)化的設(shè)計(jì)構(gòu)造體系，使幕墻施工工業(yè)化，將盡可能多的施工工序工廠化，減少現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)工序和時(shí)間，提高建筑幕墻從加工到安裝的機(jī)械化程度。這些都需要從工程設(shè)計(jì)前期開(kāi)始，從設(shè)計(jì)角度，給出更加合理的設(shè)計(jì)方案，引導(dǎo)建筑施工工業(yè)化，引領(lǐng)建筑向綠色的方向發(fā)展。

圖2 墻面系統(tǒng)

圖3 屋面系統(tǒng)

圖4 屋面龍骨系統(tǒng)