建筑幕墻設(shè)計(jì)優(yōu)化與質(zhì)量控制研究

王名文

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程也不斷加快，城市內(nèi)建筑工程數(shù)量逐年增加，使得建筑行業(yè)得到了飛速發(fā)展[1]。玻璃幕墻作為現(xiàn)階段應(yīng)用量極大的建筑外墻形式，廣泛應(yīng)用于高層建筑。同時(shí)作為城市的一道靚麗的風(fēng)景線，其設(shè)計(jì)建造水平對(duì)城市形象、城鎮(zhèn)居民居住體驗(yàn)等具有十分重大的影響[2-3]?；诖?，本文以實(shí)際工程案例為研究對(duì)象，深入分析玻璃幕墻設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)、預(yù)埋件處理、安全設(shè)計(jì)以及材料性能指標(biāo)等多方面內(nèi)容，以期對(duì)后續(xù)玻璃幕墻建設(shè)提供借鑒。

1 工程簡介

上海嘉定新城健康科技有限公司總部、研發(fā)及培訓(xùn)中心位于上海市嘉定新城（馬陸鎮(zhèn)）1401 號(hào)地塊，東至德富路，北至雙單路。工程建筑總面積60476 m2，幕墻總面積37602 m2，工程性質(zhì)均為商業(yè)辦公建筑。工程路面粗糙度類別為B 類，基本風(fēng)壓為wo=0.55 kN/m2，基本雪壓0.2 kN/m2，抗震設(shè)防烈度為7 度，防雷類別為第二類，設(shè)計(jì)使用年限要求幕墻設(shè)計(jì)使用年限為25 年，不宜拆換的幕墻支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50 年。

項(xiàng)目1 號(hào)樓、2 號(hào)樓幕墻的布置一致，單棟建筑物幕墻面積8541 m2，其中FS01 鋁框玻璃幕墻3814 m2，最大分隔高2100 mm×1875 mm=3.94 m2，其中FS02 鋁框玻璃幕墻1459 m2，最大的分隔高為3600 mm×1875 mm=6.75 m2，其中FS03 鋁框玻璃幕墻138 m2， 最 大 的 分 隔 高5100 mm×1800 mm=9.18 m2，鋁 板 幕 墻2528 m2，最大的分隔高為2700 mm×1200 mm=3.24 m2，不銹鋼板幕墻462 m2，最大分隔高為950 mm×4000 mm=3.8 m2，玻璃雨棚面積140 m2，最大分隔高1800 mm×1485 mm=2.67 m2

項(xiàng)目3 號(hào)樓、4 號(hào)樓幕墻布置一致，單棟建筑物幕墻面積為6421 m2，其中FS01 鋁框玻璃幕墻2676 m2，最大分隔高2100 mm×2150 mm=4.5 m2，其中FS02 鋁框玻璃幕墻686 m2，最大分隔高為3600 mm×1875 mm=6.75 m2， 其 中FS03 鋁 框 玻 璃 幕墻58 m2，最大分隔高為3600 mm×1800 mm=6.48 m2，鋁板幕墻2757 m2，最大分隔高為1500 mm×2150 mm=3.23 m2，不銹鋼板幕墻102 m2，最大分隔高為1000 mm×2100 mm=2.1 m2，玻璃雨棚面積142 m2，最大分隔高1800 mm×1485 mm=2.67 m2

2 幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)及構(gòu)造設(shè)計(jì)

幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)作為幕墻建筑設(shè)計(jì)中最重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要承擔(dān)玻璃幕墻抵抗風(fēng)壓、抗震等性能。因此在進(jìn)行建筑幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證結(jié)構(gòu)以及支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求的同時(shí)滿足工程建設(shè)需求[4]。本工程所采用的幕墻結(jié)構(gòu)及構(gòu)造要點(diǎn)見表1所述，本工程中用量最大的FS01 豎隱橫明鋁合金框架玻璃幕墻和FS02 豎明橫隱鋁合金框架玻璃幕墻所采用的主要結(jié)構(gòu)材料為6063-T6 鋁合金材料，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，該材料能夠滿足本工程使用需求。

表1 主要幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)造說明

2.2 預(yù)埋件處理

預(yù)埋件主要起到承載幕墻結(jié)構(gòu)荷載，保障幕墻工程安全的作用，因此預(yù)埋件是幕墻設(shè)計(jì)施工過程中十分重要的一個(gè)過程，設(shè)計(jì)施工主要包括預(yù)埋件的選擇、設(shè)計(jì)預(yù)埋件的位置以及預(yù)埋件的安置方式[5]。在實(shí)際建設(shè)過程中，常常出現(xiàn)由于設(shè)計(jì)人員缺乏對(duì)實(shí)際工程的了解，僅根據(jù)建筑物的基本參數(shù)進(jìn)行實(shí)踐，不考慮現(xiàn)場實(shí)際環(huán)境，容易出現(xiàn)幕墻預(yù)埋件現(xiàn)場施工難度增加，影響工程質(zhì)量[6-7]。

本工程中預(yù)埋件中承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長率、硫、磷含量的合格保證，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)尚應(yīng)具有碳合量的合格保證。焊接承重結(jié)構(gòu)以及重要的非焊接承重結(jié)構(gòu)采用的鋼材應(yīng)具有冷彎試驗(yàn)的合格保證。對(duì)直接承受動(dòng)力荷載或需計(jì)算疲勞的構(gòu)件所用鋼材還應(yīng)具有沖擊韌性的合格保證。橫梁截面主要受力部位的厚度，鋼型材截面主要受力部位的厚房不應(yīng)小于2.5 mm。在截面主要受力部位的厚度鋼型材截面主要受力部位的厚度不應(yīng)小于3.0 mm。金屬和石材幕墻結(jié)構(gòu)的立柱與橫深在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下，鋼型材的相對(duì)撓度不應(yīng)大于L/300（L為立柱或樓梁兩支點(diǎn)間的跨度），絕對(duì)撓度不應(yīng)該大于15 mm；鋁合金型材的相對(duì)撓度不應(yīng)大于L/180，絕對(duì)撓度不應(yīng)該大于20 mm。

2.3 防火防雷設(shè)計(jì)

玻璃幕墻的防火防雷設(shè)計(jì)是玻璃幕墻安全設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。針對(duì)防火設(shè)計(jì)，需要根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇合適的建筑材料，主要包括防火板材的選擇，防火棉厚度、防火節(jié)點(diǎn)的分布等內(nèi)容。

防雷中，玻璃幕墻作為建筑物的一部分，并不需要單獨(dú)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，但玻璃幕墻作為建筑物外墻，需要將其與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合，做到共同防雷，具體做法是將幕墻的龍骨直接與建筑物自身防雷系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)動(dòng)連接，以達(dá)到保護(hù)建筑物幕墻安全的作用。本工程中有關(guān)防火設(shè)計(jì)措施如下：

1）幕墻與實(shí)體墻的上下沿口應(yīng)分別設(shè)置水平防火封堵。

2）同一塊幕墻玻璃面板不應(yīng)跨越上下左右相鄰的防火分區(qū)。

3）幕墻與樓板邊緣實(shí)體墻及隔墻之間的縫隙、幕墻與建筑實(shí)體墻面間的空腔以及建筑洞口邊緣部位的縫隙，均采用防火封堵材料封堵。

4）墻的防火封堵構(gòu)造系統(tǒng)，在正常使用條件下，應(yīng)具有伸縮變形能力、密封性和耐用性；防火封堵耐火完整性不應(yīng)低于1 h。

5）建筑幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙，用防火封堵材料封堵，用巖棉封堵時(shí)，其厚度不應(yīng)小于200 mm，并應(yīng)填充密實(shí)；樓層間水平防煙帶的巖棉采用厚度不小于1.5 mm 的鍍鋅鋼板承托；承托板與主體結(jié)構(gòu)、幕墻結(jié)構(gòu)及承托板之間的縫隙宜填充防火密封材料。

6）消防救援窗的應(yīng)急擊碎玻璃應(yīng)采用厚度不大于8 mm 的單片鋼化玻璃或中空鋼化玻璃，不應(yīng)采用普通玻璃、半鋼化玻璃或夾層玻璃。

本工程中所采用的防雷措施：

1）隔熱斷橋內(nèi)外側(cè)的金屬型材應(yīng)連接成電氣通路。

2）幕墻橫、豎構(gòu)件的連接，相互間的接觸面積應(yīng)不小于50 m2形成良好的電氣貫通。

3）幕墻立柱套芯上下、幕墻與建筑物主體結(jié)構(gòu)之間，應(yīng)按導(dǎo)體連接材料截面的規(guī)定連接或跨接。

4）構(gòu)件連接處有絕緣層材料覆蓋的部位，應(yīng)采取措施形成有效的防雷電氣通路。

5）金屬幕墻的外露金屬面板或金屬部件應(yīng)與支承結(jié)構(gòu)有良好的電氣貫通，支承結(jié)構(gòu)應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)防雷體系連通。

6）利用自身金屬材料作為防雷接閃器的幕墻，其壓頂板宜選用厚度不小于3 mm 的鋁合金單板，截面積應(yīng)不小于70 mm2。

2.4 幕墻主要性能指標(biāo)

幕墻作為外墻裝飾材料，其自身需滿足美觀需求的同時(shí)，還要兼顧建筑工程外墻的性能，因此玻璃幕墻主材料要滿足抗風(fēng)壓性能、水密性能、氣密性、平面內(nèi)變形性能、空氣絕聲性能以及耐撞擊性能等。

3 施工質(zhì)量控制措施

本工程1 號(hào)樓、2 號(hào)樓施工過程中為保障幕墻施工質(zhì)量所采用的施工措施具體為：

1）施工前需與各施工單位做好交接協(xié)調(diào)，施工范圍界定工作。需根據(jù)幕墻圖紙要求復(fù)核現(xiàn)場結(jié)構(gòu)并提供反饋意見，配合各相關(guān)單位做好銜接工作。施工單位在施工前需將幕墻圖紙與建筑、結(jié)構(gòu)及其它專業(yè)圖紙互相校核，確認(rèn)無誤后方可施工。施工單位深化圖紙與設(shè)計(jì)院施工圖不一致的部位，需用云線標(biāo)識(shí)并提供計(jì)算書至建筑師審核。構(gòu)件出廠時(shí)，應(yīng)附有構(gòu)件合格證書。

2）施工前應(yīng)先調(diào)整土建施工誤差，幕墻安裝應(yīng)在土建單位三線移交的基礎(chǔ)上先確定放線基準(zhǔn)線，以其為基準(zhǔn)確定幕墻立面分格線位置。幕墻外表面與主體結(jié)構(gòu)間距需在主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了整體測量后，以主體實(shí)際情況為依據(jù)、以建筑軸線為基準(zhǔn)來確定。

3）1 號(hào)樓某幕墻施工節(jié)點(diǎn)細(xì)部構(gòu)造圖如圖1 所示。由圖1 可知，本工程中選用材料較多，幕墻密封等作業(yè)應(yīng)滿足下列要求。幕墻硅酮建筑密封膠施工應(yīng)嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行，泡沫墊條應(yīng)安放平整，耐候膠有效厚度不小于5 mm，膠縫表面應(yīng)光滑、均勻，無空鼓及氣泡；門窗等構(gòu)件的安裝過程中鉆孔位置必須準(zhǔn)確，以確?；顒?dòng)靈活可靠，同時(shí)確保雨水滲漏性能及空氣滲透性能達(dá)到規(guī)范要求；鉆孔位置必須準(zhǔn)確，以確?；顒?dòng)靈活可靠，同時(shí)確保雨水滲漏性能及空氣滲透性能達(dá)到規(guī)范要求。

圖1 號(hào)樓幕墻某施工節(jié)點(diǎn)細(xì)部構(gòu)造圖（來源：作者自繪）

4）現(xiàn)場焊接要求所有焊縫應(yīng)均勻飽滿、無夾渣，確保焊接質(zhì)量。樓主入口大雨棚鋼結(jié)構(gòu)所有壁厚≥6 mm的幕墻鋼骨架及連接件均為坡口全融透等強(qiáng)焊接，焊縫等級(jí)不低于二級(jí)；出屋面懸挑平面空腹桁架均為坡口全融透等強(qiáng)焊接，焊接等級(jí)不低于二級(jí)；其余未注角焊縫或焊縫高度均按滿焊處理，焊高為較薄焊件厚度，焊縫等級(jí)為三級(jí)。幕墻立柱與錨板連接的鋼角碼采用三面圍焊，焊縫高度不小于6 mm，單個(gè)角碼焊縫有效長度不小于100 mm 焊接部位除注明外，焊縫均按三級(jí)焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；雨篷鋼梁焊縫等級(jí)不低于二級(jí)，所有焊縫一律滿焊；所有鋼件相接處均滿焊，焊縫高度等于較薄鋼件厚度。

5）金屬板與石板安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：第1，應(yīng)對(duì)橫豎連接件進(jìn)行檢查、測量、調(diào)整；第2，金屬板、石板安裝時(shí)，左右、上下的偏差不應(yīng)大于1.5 mm；第3，金屬板、石板空縫安裝時(shí)，必須有防水措施，并應(yīng)有符合設(shè)計(jì)要求的排水出口；第4，填充硅酮耐候密封膠時(shí)，金屬板、石板縫的寬度、厚度應(yīng)根據(jù)硅酮耐候密封膠的技術(shù)參數(shù)，經(jīng)計(jì)算后確定。

6）幕墻安裝施工應(yīng)對(duì)下列項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)收：第1，主體結(jié)構(gòu)與立柱、立柱與橫粱連接節(jié)點(diǎn)安裝及防腐處理；第2，幕墻的防火、保溫安裝；第3，幕墻的伸縮縫、沉降縫、防震縫及陰陽角的安裝；第4，幕墻的防雷節(jié)點(diǎn)的安裝；第5，幕墻的封口安裝。

4 結(jié)語

為提高玻璃幕墻建設(shè)水平，保障我國城市建設(shè)的靚麗風(fēng)景線，本文以實(shí)際工程為研究對(duì)象，深入分析建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)優(yōu)化與質(zhì)量控制措施，著重分析了結(jié)構(gòu)及構(gòu)造設(shè)計(jì)、預(yù)埋件處理等內(nèi)容的重要性，分析本工程中上述部分的設(shè)計(jì)優(yōu)化要點(diǎn)及質(zhì)量控制措施。

對(duì)本工程中幕墻材料主要性能指標(biāo)進(jìn)行分析，以供后續(xù)相關(guān)工程的開展參考。本文研究內(nèi)容對(duì)于今后建筑幕墻設(shè)計(jì)優(yōu)化和質(zhì)量控制等工作的開展具有一定借鑒意義。