淺析單元式幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

孫志剛 李長(zhǎng)春 中建深圳裝飾有限公司

1 前言

在裝配式建筑大力發(fā)展的現(xiàn)狀下，單元式幕墻逐現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，本文主要圍繞單元式幕墻設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，希望能為單元式幕墻在未來發(fā)展提供理論依據(jù)。

2 單元式幕墻的定義

單元式幕墻是指將幕墻各種面板和支撐框架（橫梁、立柱）在工廠加工組裝為幕墻單元板塊，以單元板塊的形式在工地上通過轉(zhuǎn)接系統(tǒng)直接安裝在主體結(jié)構(gòu)上的幕墻。

3 單元式幕墻的優(yōu)點(diǎn)

（1）安裝速度快，現(xiàn)場(chǎng)安裝周期短，特別適用于施工場(chǎng)地狹窄的高層建筑；

（2）幕墻表面安裝較平整，幕墻板塊和龍骨間的拼縫效果好；

（3）幕墻的水密和氣密性能可靠；利用等壓腔原理實(shí)現(xiàn)幕墻的排水和防水，密封性能好，因單元板塊全部在工廠加工組裝，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，不依靠現(xiàn)場(chǎng)工人高空操作的水平來保證質(zhì)量，故幕墻的水密和氣密性能會(huì)更可靠；

（4）單元板塊之間的拼縫采用柔性橡膠膠條代替硅酮密封，因柔性橡膠膠條吸附灰塵的能力較硅酮密封膠少，故降低了幕墻的污染；

（5）單元構(gòu)件是采用電腦控制加工中心在工廠內(nèi)完成加工，保證了加工質(zhì)量；

（6）單元式幕墻的掛接系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單元板塊的三維調(diào)整，可以適應(yīng)正常土建結(jié)構(gòu)偏差的2 倍，使幕墻系統(tǒng)較大的吸收外因素造成的變位，從而提高了幕墻的抗震性能。

4 單元幕墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)

4.1 幕墻的雨幕原理

雨幕的設(shè)計(jì)原理是指如何阻止雨水對(duì)幕墻表面的滲透，這一原理的應(yīng)用，主要形成因素為在接縫位置內(nèi)部有空氣的腔體要保持和室外的連通，保證腔體與室外處于等壓狀態(tài)，內(nèi)部有空氣腔體的外表面即上述所說的“雨幕”。等壓狀態(tài)的取得是使內(nèi)部有空氣的腔體與室外大氣相流通。

4.2 單元幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

所謂的單元幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)際上就是在滿足建筑外視效果、在可控的成本范圍內(nèi)，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)幕墻各種性能要求。

4.3 單元插接原理設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)方式

單元幕墻插接的設(shè)計(jì)原理就是板塊間的橫立柱插接部位，要保證單元體間的插接在整面幕墻上的連續(xù)性，插接部位不允許存在密封的間斷點(diǎn)，保證幕墻的密封。單元板塊插接的十字交叉點(diǎn)是最容易產(chǎn)生問題的位置，因此不管在設(shè)計(jì)過程中還是安裝過程中該處都要重點(diǎn)考慮。對(duì)于單元幕墻插接的設(shè)計(jì)原理的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種為密封線的前置方式，一種為密封線的后置方式。密封線的前置方式優(yōu)于密封線的后置方式，所以現(xiàn)在的做法為密封前置方式。密封線前置的做法見圖1，圖2。

圖1 單元縱剖節(jié)點(diǎn)圖

圖2 單元橫剖節(jié)點(diǎn)圖

如圖1和圖2所示，單元體下橫梁①面和立柱②面在一個(gè)平面上，③面和④面在一個(gè)平面上。公立柱的前插接刺在①、②面的外側(cè)，后插接刺在③、④面的外側(cè)，單元板塊安裝時(shí)可避免單元體公立柱插接刺與上橫梁插接刺的干涉，保證單元豎向插接密封性；同時(shí)，位于上橫梁插接刺上的膠條可以壓在①、②、③、④面上，保證了單元橫向插接密封性；可通過在公立柱前插接刺與上橫梁批水膠條間的空隙內(nèi)填充閉合海綿條的方式，保證單元體橫向插接密封性。在十字接縫位置，上下橫梁插接處要加泡棉密封。

4.4 水密性設(shè)計(jì)

4.4.1 設(shè)計(jì)原理

單元式幕墻水密性能設(shè)計(jì)原理是指通過單元體之間的插接和擋水密封膠條的設(shè)置，使單元板塊的插接位置形成多個(gè)腔體，并與室外大氣連通，將幕墻的氣密線和水密線分開處理。從而使進(jìn)入腔內(nèi)的雨水通過自身重力順利排到室外，保證靠近室內(nèi)側(cè)的位置（即：氣密線）無(wú)水的存在，實(shí)現(xiàn)幕墻的水密性能。

4.4.2 設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

從圖2 的構(gòu)造形式可以看出，正常情況下，單元會(huì)有三四道擋水密封膠條，擋水量由外至內(nèi)遞減，根據(jù)四性試驗(yàn)確定外側(cè)第一道膠條上的排水口的大小，對(duì)于第二道批水膠條，在成本允許的情況下選擇合適的批水膠條，整體式的批水膠條擋水性能比較好。

各密封面的密封可靠性主要與板塊的安裝定位是否準(zhǔn)確、膠條具體尺寸設(shè)計(jì)是否合理有關(guān)，在安裝過程中必須保證板塊的插接縫尺寸與設(shè)計(jì)尺寸相同，從而保證橫立柱插接處膠條對(duì)接嚴(yán)密，通過膠條密封防止大量進(jìn)水，該膠條的具體尺寸一定要慎重選擇，膠條太小則水密、氣密性能無(wú)法保證，膠條尺寸太大則安裝比較困難。

4.4.3 擋水設(shè)計(jì)

單元式幕墻均采用密封膠條進(jìn)行擋風(fēng)、擋水，幕墻第一道擋水密封膠條俗稱塵密線。它的作用是防止灰塵和大量雨水進(jìn)入內(nèi)部腔體。擋水密封膠條在使用時(shí)具有一定的拉伸壓縮性能，保證幕墻單元板塊在發(fā)生變位時(shí)，擋水密封膠條仍具有一定密封擋水性能。

4.4.4 排水設(shè)計(jì)

一般情況下，單元式幕墻插接形成的腔體至少有兩個(gè)。根據(jù)插接形式和擋水密封膠條的不同，還可以形成更多的內(nèi)部腔體，如圖1和圖2中的等壓腔體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

在擋水密封膠條的室外側(cè)擋刺上增設(shè)排水孔，使腔體Ⅰ與室外大氣形成貫通。

在擋水密封膠條的室內(nèi)側(cè)擋刺上增設(shè)排水孔，使腔體Ⅱ與腔體Ⅰ形成貫通。

在單元體上橫梁的前插接刺上增設(shè)排水孔，使腔體Ⅲ與腔體Ⅱ形成貫通。

4.4.5 單元幕墻排水路線

室外雨水可通過兩種途徑進(jìn)入單元體插接形成的空氣腔體，即兩單元板塊橫梁或豎立柱間的擋水密封膠條搭接處。通過橫梁擋水密封膠條搭接處進(jìn)入腔體Ⅰ內(nèi)的水，一部分可通過擋水密封膠條擋刺上的排水孔排出，另一部分進(jìn)入腔體Ⅱ內(nèi)的雨水會(huì)在自身重力作用下通過擋水密封膠條間的縫隙排出，另外極少量進(jìn)入腔體Ⅲ內(nèi)的雨水，通過上橫梁前插接刺上的排水孔排到下層單元的腔體Ⅱ中，最后通過上述原理排到室外。通過立柱擋水密封膠條搭接處進(jìn)入腔體Ⅰ內(nèi)的水，一部分通過自身重力落到上橫梁的披水鋁板或披水膠條上，與橫梁腔體Ⅰ內(nèi)的雨水一同排出。另一部分進(jìn)入等壓腔Ⅱ的大部分雨水會(huì)通過自身重力落到上橫梁的披水鋁板或披水膠條上，與橫梁腔體Ⅱ內(nèi)的雨水一同排出。還有少量雨水會(huì)進(jìn)入腔體Ⅲ內(nèi)，通過上橫梁前插接刺上的排水孔排到下層單元的腔體Ⅱ中，最后通過上述原理排到室外。

單元體幕墻排水路徑詳見圖3。

圖3 單元幕墻排水路徑示意圖

4.4.6 單元式幕墻的排水設(shè)計(jì)

單元式幕墻在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)成逐層排水或分層排水，采用分層排水時(shí)一般不超過2 層。單元幕墻的排水有以下兩種設(shè)計(jì)方式。

整體式披水膠條具有防水密封可靠，幕墻板塊插接縫位置密封效果好，打膠粘接環(huán)節(jié)少，依托膠條實(shí)現(xiàn)單元板塊件間進(jìn)出水通道的阻隔，不會(huì)因單元板塊發(fā)生變位而造成破壞。

采用批水鋁板，其加工難度和造價(jià)均較低，且防水性能優(yōu)良；其防水性能主要依靠現(xiàn)場(chǎng)打膠保證，在板塊發(fā)生變位時(shí)或造成膠縫撕裂，其本身無(wú)法實(shí)現(xiàn)單元板塊件間進(jìn)出水通道的阻隔，需在單元上橫梁上進(jìn)行單獨(dú)的阻隔設(shè)計(jì)。整體式披水膠條與批水鋁板在原理上均可達(dá)到相同效果，但批水鋁板依賴于其他設(shè)計(jì)和施工方法，綜合對(duì)比，整體式披水膠條性能更好。

4.5 氣密性設(shè)計(jì)

4.5.1 設(shè)計(jì)原理

氣密性設(shè)計(jì)原理是指通過在單元幕墻③面位置設(shè)置膠條、閉合海綿以及打密封膠形成最后一道密封線，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的阻隔。氣密性位置必須設(shè)置密封膠條，插接位置的膠條形狀、尺寸和槽口的設(shè)計(jì)應(yīng)相同。同時(shí)在板塊交接位置的上橫梁上放置300mm 長(zhǎng)左右的閉合海綿，單元板塊安裝后閉合海綿具有一定的壓縮和回彈能力，以保證幕墻的氣密性能。

4.5.2 密封膠密封

應(yīng)在十字接縫處打密封膠密封，保證密封線的連續(xù)完整性。

4.6 板塊變位預(yù)留量的設(shè)計(jì)

4.6.1 插接預(yù)留尺寸H、D的確定方法

板塊間的插接尺寸H、D應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)變形量、溫度和自重引起的變形、地震影響及板塊加工、組裝、安裝的誤差等多方面因素。

4.6.2 橫梁插接預(yù)留尺寸設(shè)計(jì)

H1～H4的尺寸大小均應(yīng)≥H。其中，H1、H2、H4為單元板塊件預(yù)留的壓縮尺寸，避免上下兩單元因結(jié)構(gòu)變位造成相互擠壓破壞；H3為單元插接受力尺寸，避免上下兩單元不會(huì)因結(jié)構(gòu)變位造成插接脫落。

4.6.3 立柱插接預(yù)留尺寸設(shè)計(jì)

立柱插接尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)各種變形因素，一般單元板塊的橫向插接變位小于豎向插接變位。D1～D3的尺寸大小均應(yīng)≥D。D1、D3為單元板塊件預(yù)留的壓縮尺寸，避免左右兩單元因結(jié)構(gòu)變位造成相互擠壓破壞；D2為單元插接受力尺寸，保證左右兩單元不會(huì)因結(jié)構(gòu)變位造成插接脫落。

4.7 橫滑插芯設(shè)計(jì)

4.7.1 插芯的作用

單元式幕墻插芯具有定位和導(dǎo)向作用，單元幕墻板塊是靠插接刺和槽口相互插接，槽口內(nèi)設(shè)置柔性膠條，因膠條具有拉伸和壓縮能力，單元板塊無(wú)法準(zhǔn)確定位，單元插芯插入緊密配合的槽口內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)定位，并且具有安裝導(dǎo)向作用。

4.7.2 承壓的作用

對(duì)于所有的橫滑式單元幕墻，風(fēng)荷載作用到幕墻外表面上時(shí)，單元板塊上下橫梁和左右立柱交接位置也是通過下單元插芯將上單元所承受的部分風(fēng)荷載傳到下單元板塊的固定端，再由下單元固定端傳遞到主體結(jié)構(gòu)上。因而，單元插芯在整個(gè)受力體系起承壓的作用，插芯的承壓能力必須通過計(jì)算確定。

4.7.3 插芯的排水和密封作用

單元式幕墻的特點(diǎn)在于合理的干法密封設(shè)計(jì)與施工，并使幕墻能有效地疏導(dǎo)排水。單元式幕墻橫豎龍骨在設(shè)計(jì)合理時(shí)，單元板塊的拼縫處往往是幕墻的密封和防水性能的薄弱位置。因此，插芯除連接相鄰兩單元板塊外，其還可保證相鄰板塊件的水密性能和排水的功能。

4.7.4 橫滑插芯強(qiáng)度設(shè)計(jì)

由于插芯在單元幕墻系統(tǒng)中起著承壓作用，所以插芯的截面尺寸和長(zhǎng)度必須滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算要求。對(duì)于橫滑單元式幕墻，上單元板塊和下單元上橫梁相互插接位置構(gòu)成單元立柱的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，因單元上橫梁多采用開腔體系，自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很難滿足計(jì)算要求，就需要插芯參與單元體的計(jì)算，并作為該簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)的下支點(diǎn)。單元上橫梁插接刺在承壓計(jì)算時(shí)不能將其作為一個(gè)整體連續(xù)體，應(yīng)將其承壓段（承壓段長(zhǎng)一般取300mm）和插芯配合計(jì)算，以確定插芯截面和長(zhǎng)度。

4.7.5 橫滑插芯其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

底部和前后壁應(yīng)與上橫梁應(yīng)留有足夠的打膠間隙，保證密封膠的變位能力。當(dāng)采用立柱開釘槽時(shí)，由于上橫梁向立柱打釘情況時(shí)，插芯要預(yù)留間隙，避開釘頭。

4.8 橫滑式單元幕墻轉(zhuǎn)角收口設(shè)計(jì)

4.8.1 在轉(zhuǎn)角部位做幕墻收口處理

建筑周圈均為單元幕墻時(shí)，單元幕墻的最后一個(gè)板塊將無(wú)法正常安裝，所以在單元幕墻交圈的最后收口部位需做特殊處理。幕墻的轉(zhuǎn)角可以做收口處理的，如圖4 所示，當(dāng)單元幕墻收口為轉(zhuǎn)角時(shí)，需要做一樘雙公框單元和一樘雙母立柱單元。當(dāng)同層除雙母立柱單元外的所有板塊都安裝后，再將雙母立柱單元板塊從上至下安裝，完成板塊交圈收口。

圖4 收口為轉(zhuǎn)角單元板塊做法示意圖

4.8.2 轉(zhuǎn)角板塊的主定位點(diǎn)設(shè)置

轉(zhuǎn)角兩側(cè)的單元板塊主定位點(diǎn)應(yīng)設(shè)置靠近轉(zhuǎn)角處。因?yàn)殡p公框結(jié)構(gòu)與其相對(duì)應(yīng)的雙母立柱結(jié)構(gòu)在板塊內(nèi)水平方向上的伸縮量很小，如果雙公框板塊的定位點(diǎn)在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)角的一側(cè)，則靠近轉(zhuǎn)角的一側(cè)在溫度變形作用下，會(huì)產(chǎn)生沿板塊內(nèi)水平方向的伸縮，該伸縮無(wú)法從結(jié)構(gòu)上消除，對(duì)結(jié)構(gòu)不利；而雙母立柱結(jié)構(gòu)，雖然理論上沿著板塊內(nèi)水平方向的伸縮可以通過結(jié)構(gòu)消除，但是轉(zhuǎn)接處結(jié)構(gòu)變位情況復(fù)雜，應(yīng)將變位點(diǎn)設(shè)在靠近直面的簡(jiǎn)單受力部位。

4.9 橫滑式單元幕墻大面收口設(shè)計(jì)

橫滑式單元式幕墻的密封為周圈插接，故每層最后一塊單元板塊的安裝難度是最大的，正常情況的單元板塊無(wú)法從上向下進(jìn)行安裝固定，在施工的各工程中，主要有以下四種解決方法。

4.9.1 收口部位放在與其他類型的幕墻結(jié)構(gòu)交接位置

此種方法適用于幕墻不為單一的單元式幕墻，在每一層均存在與單元式幕墻交接的其他幕墻結(jié)構(gòu)，因其他幕墻結(jié)構(gòu)為非插接結(jié)構(gòu)，故可以把單元幕墻的收口板塊定為與其他幕墻交接的板塊，這樣可是實(shí)現(xiàn)單元幕墻的收口作業(yè)。

4.9.2 預(yù)留三塊單元板塊做法

預(yù)留三塊單元板塊，通過調(diào)整左右兩側(cè)單元以實(shí)現(xiàn)中間收口單元的安裝。該方法需對(duì)單元板塊反復(fù)調(diào)整，且調(diào)整困難，考慮現(xiàn)場(chǎng)的施工難度，此種收口方法不推薦使用。

4.9.3 雙母立柱收口板塊做法

如圖5 所示，如采用正常公母立柱插接體系，中間收口單元板塊的右側(cè)立柱插接刺勢(shì)必與其右側(cè)單元板塊上橫梁產(chǎn)生干涉，無(wú)法進(jìn)行安裝，可采用雙母立柱體系避開干涉情況，如圖6 所示。此插接體系是單元收口板塊左右立柱均采用母立柱，其右側(cè)單元板塊采用雙公立柱做法，可保證中間收口板塊從上而下安裝時(shí)，可避免上述干涉情況，實(shí)現(xiàn)單元板塊的交圈收口。此做法不會(huì)影響單元式幕墻的氣密和水密性能。

圖5 正常單元板塊做法示意圖

圖6 收口為雙母立柱單元板塊做法示意圖

4.9.4 單元板塊銑豁插接做法

如圖5 所示，如采用正常公母立柱插接體系，中間收口單元板塊的右側(cè)立柱插接刺勢(shì)必與其右側(cè)單元板塊上橫梁產(chǎn)生干涉，如不采用雙母立柱做法，可對(duì)單元板塊上橫梁進(jìn)行開缺口處理避開上述干涉，以實(shí)現(xiàn)收口板塊的插接。該兩個(gè)銑豁位置位于單元十字接縫處的披水膠條（披水板）和橫滑插芯位置。在單元十字接縫處理過程中，這兩處豁口可用密封膠封堵，不影響單元整體的密封效果。以上做法均可解決橫滑式單元幕墻的收口問題，具體可依照工程實(shí)際情況，選取適用方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上論述僅代表大多數(shù)單元幕墻工程到的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，也是作者在單元幕墻設(shè)計(jì)中的體會(huì)，具體工程還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)幕墻企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，且幕墻價(jià)格透明度高，微利運(yùn)行，在幕墻設(shè)計(jì)施工過程中，要綜合分析，廣泛借鑒，合理選擇經(jīng)濟(jì)、高效的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和施工方案，同時(shí)也要遵循安全與質(zhì)量并重的原則，使利潤(rùn)最大化。