可旋轉(zhuǎn)式單元幕墻設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性技術(shù)研究

許 博 （上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)工程建設(shè)咨詢有限公司， 上海 200040）

近年來(lái)，建筑師越來(lái)越喜歡復(fù)雜造型的建筑設(shè)計(jì)，如北京市朝陽(yáng)公園大廈、北京市銀河 SOHO 等，此類建筑多采用單元幕墻。由于外立面為曲面形式，幕墻設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用平板單元板塊擬合成曲面方式。為了適應(yīng)不同的曲面曲率，單元幕墻采用了不同的組合角度設(shè)計(jì)，要求不同的角度需要有不同的鋁合金模具。這不僅降低了單元板塊的組裝效率，多套模具的使用也增加了建筑成本。

以北京市銀河 SOHO 為例，在幕墻的招標(biāo)圖設(shè)計(jì)中，需要采用 10 對(duì)豎框，不僅模具費(fèi)用高，型材也極易造成混亂。經(jīng)過(guò)施工單位的深化設(shè)計(jì)，鋁合金豎框減少到 5 對(duì)模具，雖然降低了一部分模具費(fèi)用，但是相對(duì)于普通單元幕墻而言，仍是多出了 4 套模具費(fèi)用。

2015 年，上海市某公司辦公樓采用了第一個(gè)可旋轉(zhuǎn)式單元幕墻。該項(xiàng)目采用不同角度的折線幕墻，為降低幕墻成本、提高單元板塊的組裝效率，采用了一種可旋轉(zhuǎn)式單元附框。這為不同角度組合的雙曲面幕墻提出了一種新的設(shè)計(jì)思路。

本項(xiàng)目幕墻采用多角度折線形單元幕墻的設(shè)計(jì)方案。單元幕墻采用可旋轉(zhuǎn)方式，即單元幕墻鋁合金豎框采用兩種型材相結(jié)合的方式。單元幕墻立柱與普通單元幕墻相同，在立柱前端增加圓柱形鋁合金附框，與單元立柱通過(guò)不銹鋼螺釘連接，從而實(shí)現(xiàn)不同角度的組合，大幅減少幕墻生產(chǎn)加工過(guò)程中的模具種類。因此，采用可旋轉(zhuǎn)式連接的折線單元幕墻可以合理降低造價(jià)，同時(shí)又可提高組裝效率。

1 可旋轉(zhuǎn)式單元幕墻設(shè)計(jì)思路

可旋轉(zhuǎn)式單元幕墻大樣圖如圖 1 所示。

圖 1 可旋轉(zhuǎn)式單元幕墻大樣圖

由圖 1 可知，本項(xiàng)目為雙層幕墻，外側(cè)為可旋轉(zhuǎn)式單元幕墻，內(nèi)側(cè)采用鋁合金窗系統(tǒng)。本文主要針對(duì)外側(cè)單元幕墻進(jìn)行探討。外側(cè)單元幕墻在平面上呈折線型變化，折線的角度均不相同，如采用上述不同單元型材模具組合的方式，不僅會(huì)增加模具費(fèi)用，同時(shí)也會(huì)給單元板塊組裝及現(xiàn)場(chǎng)安裝帶來(lái)一定的難度，造成時(shí)間、成本上的增加。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的單元幕墻為橫明豎隱系統(tǒng)。不同于傳統(tǒng)幕墻，在鋁合金豎框前端增加圓柱形的附框，玻璃通過(guò)結(jié)構(gòu)膠與附框粘接固定好，再插入鋁合金豎框中，旋轉(zhuǎn)好角度后，在豎框內(nèi)側(cè)通過(guò)不銹鋼螺釘固定好，從而可滿足不同角度的單元板塊組合要求，單元附框節(jié)點(diǎn)如圖 2 所示。

圖 2 可旋轉(zhuǎn)附框節(jié)點(diǎn)

在設(shè)計(jì)時(shí)，折線角度為 15.0°～－15.0° 之間，角度變化達(dá) 30.0°。在 30.0° 內(nèi)，鋁合金型材可隨意組合，滿足不同的角度變化。

具體設(shè)計(jì)以及組裝步驟如下。

（1）根據(jù)立面以及平面不同位置的不同單元板塊，首先將單元板塊進(jìn)行編號(hào)。

（2）單元幕墻附框采用圓柱形型材，在工廠組框時(shí)，可以根據(jù)需要組合成不同的角度。

（3）通過(guò)機(jī)制螺釘固定。

于2013年4—6月在寧波市奉化區(qū)采用整群隨機(jī)抽樣方法隨機(jī)抽取2個(gè)街道 （鎮(zhèn)），每個(gè)街道（鎮(zhèn)）抽取1個(gè)居委會(huì)（行政村），抽取的居委會(huì)（行政村）內(nèi)65歲以下的已婚婦女為調(diào)查對(duì)象，采集子宮頸脫落細(xì)胞樣本進(jìn)行HPV檢測(cè)。所有調(diào)查對(duì)象均知情同意，共采集778份樣本，樣本來(lái)源者年齡23~65歲，中位年齡為45歲。

以單元板塊編號(hào) 4 和 5 為例，具體如圖 3 所示。兩個(gè)單元板塊之間的角度為 165.0°，4 號(hào)及 5 號(hào)單元板塊玻璃與幕墻垂直面之間角度為 82.5°。單元板塊在工廠內(nèi)組裝時(shí)，首先將 1 號(hào)件（鋁合金附框）插入到 2 號(hào)件的槽口中（鋁合金豎框），調(diào)整好角度后，將不銹鋼機(jī)制螺釘打入到鋁合金豎框中，從而使整個(gè)單元板塊保持在需要的 82.5° 角度上，具體如圖 4 所示。

通過(guò)以上分析可知，鋁合金附框和鋁合金豎框之間的角度可以隨意組合，既降低工程成本，又提高了工作效率。

圖 3 單元板塊編號(hào)大樣圖

圖 4 單元板塊組裝節(jié)點(diǎn)

2 旋轉(zhuǎn)式單元幕墻節(jié)點(diǎn)的配套設(shè)計(jì)

2.1 鋁合金豎框設(shè)計(jì)

單元幕墻的玻璃角度變化，導(dǎo)致單元玻璃與鋁合金豎框的間距不同，如圖 5 所示。為滿足室內(nèi)裝飾效果，使單元豎框與玻璃之間的距離保持一致，此部位在設(shè)計(jì)時(shí)考慮的尺寸為變化值。首先在電腦上設(shè)計(jì)不同角度的單元板塊加工圖，根據(jù)每個(gè)單元板塊，將此處型材在加工廠內(nèi)銑掉，從而使玻璃與鋁型材之間的距離均為 6 mm，保證裝飾效果。

圖 5 玻璃組裝示意圖

2.2 單元幕墻橫豎框交接設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目單元幕墻采用目前水密以及氣密性能比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)方式，即水密膠條置于橫豎料加工完成面之前，如圖 6虛線所示。水密膠條在不同一平面內(nèi)，豎向膠條在前、橫向膠條在后，幕墻膠條不交圈，前道插接翅未被銑掉。

圖 6 單元幕墻水密線示意圖

此類單元幕墻設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于單元豎框的插接翅未被銑掉，在左右豎框間形成的間隙被泡棉封堵。在整個(gè)平面內(nèi)形成了環(huán)形密封，無(wú)密封間斷點(diǎn)存在，豎向膠條在外側(cè)形成密封，橫向膠條在內(nèi)側(cè)形成密封，從而保證單元幕墻具有更好的水密性能。

3 工程應(yīng)用

上海市某公司辦公樓在國(guó)內(nèi)較先采用此種構(gòu)造的單元幕墻。其外立面在平面上為不規(guī)則角度組合的折線形式，而如采用傳統(tǒng)的單元幕墻，則需要多套模具。目前該項(xiàng)目鋁合金豎框采用可旋轉(zhuǎn)式附框的施工已經(jīng)結(jié)束，且單元幕墻通過(guò)了四性試驗(yàn)，物理性能滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)于該項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)思考如下。

（1）豎向鋁合金附框設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，且附框與旋轉(zhuǎn)框之間采用不銹鋼自攻釘連接，受力不好，同時(shí)影響室內(nèi)效果。

（2）玻璃采用大小片設(shè)計(jì)，在運(yùn)輸以及搬運(yùn)過(guò)程中，容易造成玻璃的破碎。

本案汲取該工程的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行了一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使旋轉(zhuǎn)附框設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔、美觀，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理。

4 結(jié) 語(yǔ)

旋轉(zhuǎn)式單元幕墻不僅在理論上可實(shí)現(xiàn)，實(shí)際工程中亦有應(yīng)用。實(shí)踐證明，可以完全滿足幕墻的物理性能以及規(guī)范要求。本課題所研發(fā)的可旋轉(zhuǎn)式單元幕墻，相對(duì)于傳統(tǒng)的幕墻，最主要的優(yōu)點(diǎn)是可以采用 1～2 套模具來(lái)實(shí)現(xiàn)不同角度的幕墻組合。這樣，在降低成本的同時(shí)能夠滿足建筑師對(duì)外立面效果的需求。