单元式玻璃幕墙设计探析
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摘要：随着社会经济的发展和土木建造技术的提高，高层建筑如雨后春笋般在各地拔地而起。这也给最能适合高层建筑护结构的单元式幕墙体系的应用和发展，提供了广阔的舞台。单元式幕墙由于其加工工艺及安装方式形成的自身特点，使得高层建筑在减轻结构自重、增强抗震性能、提高工程质量、缩短建造周期等方面成为可能。作者根据多年工作经验，对建筑目前进行了相关阐述，并提出相关见解，仅供同行参考。
关键词：单元式幕墙；设计
中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：
幕墙是建筑个性给人最直接的冲击和表现载体，是设计师建筑风格、设计理念、艺术特色最直观的诠释，是建筑向世人展示的第一印象，在许多城市，其标志性的高层建筑在展示城市的经济实力和建造技术的同时，已经成为这个城市靓丽的名片。单元式玻璃幕墙是以单个板块为基本单元，通过三向可调支座挂接在主体结构上，多个单元板块有机组合起来边构成了护幕墙结构体系；相邻板块的竖框及横框相互插接，相互插接的竖框和横框组成十字交叉网格梁系；组合式梁柱插接部位用弹性密封材料（三元乙丙胶条）封闭后可相对位移形成补偿效应。由于幕墙单元板块实行了工厂化组装，加工精度提高的同时，也提高了板块的表面质量；施工现场高层作业工作减少，保证了安全生产，特别适用于高层、超高层建筑和工期要求紧，现场场地紧张的工程。
1．工程概况
某工程幕墙面积15万m2，建筑高度149m，主要建筑物由一栋商业用楼和两栋办公楼组成，工本工程主要幕墙形式有：玻璃幕墙、石材幕墙、铝板幕墙、主入口钢结构飘蓬等项目。
2．单元式幕墙的构造设计特点
建筑幕墙经过几十年的发展和完善，现已有多种结构、多种型式。用于建筑幕墙的材料也日益多样化，功能日渐完善和先进，各种幕墙结构和构造则各有其特点，同时其技术性能指标和经济指标也各不相同。随着幕墙技术的不断创新和成熟，近几年单元式幕墙以其技术先进、造价合理、性价比高、工期短等特点越来越受人们的青睐。
单元式玻璃幕墙系统采用等压原理设计，玻璃板块重力由铝托块承受。幕墙单元板块使用铝合金支座系统通过预埋件固定于土建混凝土结构上。单元幕墙主要优越性在于前期制作工作量是在工厂完成的，这样它可以和建筑主体结构施工同步进行，待建筑物封顶或完成一定高度后即可用最快的速度完成安装，使建筑物完成外维护结构封闭，因而能大大缩短工期。幕墙单元板块以平面分格尺寸为板块宽度尺寸、以一个楼层高度为板块高度尺寸。板块的左右和上下各有一对配合插接型材，和玻璃等面材组成单元板块。单元横梁通过紧固螺丝固定在单元立柱上，玻璃板块采用硅酮结构密封胶粘结或铝合金附框连接固定在由单元立柱和单元横梁组成的铝合金框架上。
3.系统构造设计
单元式幕墙系统横龙骨同样采用前后两道胶条插接设计，横向密封线与竖向密封线贯通相接，形成完整的密封体系。横向龙骨通过胶条插接，也能实现上下相对位移22mm，有效容纳建筑层间变形位移(见图1)。
图1单元板变形吸纳
3．1系统防水设计
在单元式幕墙系统的设计中，单元幕墙无论是插接还是对接，单元板块在上下左右以及单元板块“十字”接口处均需要密封处理。由于缝隙腔内外的气压差是雨水渗漏的主要动力，因此要求缝隙空腔内的气压与室外气压相等，以防止内外空气压力差将雨水压入腔内。它不仅决定单元式幕墙的安全性、工艺性，同时还决定了单元式幕墙的水密性和气密性。但幕墙设计师们往往只通过力学计算重点考虑了型材断面的设计安全性，而忽视了型材断面对水密性和气密性的贡献。因此单元幕墙的雨水渗漏现象非常突出。单元板块间的自由缝现场堵胶就成了幕墙厂家在工程现场排故过程中常用的主要手段。型材断面虽然不是固定不变的，但是其断面的设计是有规律的，必须将其安全性、工艺性和结构防水同步考虑。单元式幕墙通过板块的上下左右对插完成系统的拼接，在四个板块交叉的“十”字路口处将形成一个内外贯穿的孔洞，必须对此孔洞进行严密的封堵以确保系统的水密性和气密性。在进行铝型材断面设计时，需要通过型材断面构造，使孔洞封堵方便、可行，同时还要考虑系统的排水路径，最后再通过结构计算来确定断面的形状。
该工程采用横滑型单元式幕墙构造，通过在下单元的横料对接位置中设置横滑槽和封口板，达到集水和封口，而又不影响板块的相互位移的目的，同时，型材断面还设计成向室外有一定倾斜度的斜面，利于少量可能进入的雨水的排出。
为保证靠近室内侧的空腔与室外形成等压腔，就必须使该空腔的空气与室外的空气形成连通，以减小两者的压力差，因此须在内外腔之间的横梁外伸臂上设置通气孔。由于该通气孔位置可能会有少量的渗入水排出，为保障渗入水排出时不因水的表面张力现象而出现堵塞，因此将该设计为长条形孔。
幕墙系统最直接的使用功能就是建筑护，因此必须具有良好的防水功能。系统设计时，采用疏堵结合的设计理念来进行系统的防水设计(见图2)，在竖向龙骨上设计有三道密封线，幕墙外表面的少量漏水可以越过第一道密封线，进入单元幕墙的等压腔，通过合理的结构设计，进入等压腔的水将被有组织的排出，失去继续进入室内的能力，达到阻水的目的。
图2单元式幕墙系统防水
横向龙骨的密封与竖向龙骨类似，通过型材断面构造的合理设计，实现横向密封线和竖向密封线的有效贯通和无断连接。单元式幕墙采用每层断水设计，每层的少量漏水越过第一道密封线进入等压腔后，将会落入下端横龙骨的中间槽内，通过横龙骨上设计的排水孔排出室外，不会进入室内，也不会进入下一楼层，排水路径清晰（见图3）。
图3单元式幕墙系统排水
4．系统板块安装顺序及收口设计
单元式幕墙系统的设计不仅仅是系统结构安全和建筑功能的设计，还包括系统的安装顺序和收口设计。
4．1板块的安装顺序
单元式幕墙依靠板块的上下左右插接完成安装和封闭，因此必须严格按照板块对插的顺序自下而上进行安装，在安装工作开展前需要设计可行的板块安装顺序本工程塔楼四个转角有内凹造型，且有一定的倾斜，因此宜先完成转角板块的安装工作。转角部位的板块均采用相邻板块两两插接的方式进行安装，为方便转角板块安装，局部采用逆时针顺序安装方式。具体的安装顺序为：先安装四个转角的右侧板块，之后逆时针方向依次安装其他转角板块，再由转角位置向两侧的立面安装，最后在立面中间或施工电梯位置收口；安装完一层后再安装上一层。
4．2板块的收口
收口板块的安装设置在立面中间或施工电梯位置，具体安装方案为：先将收口板块左右两侧板块向两侧平移，待收口板块安装空间预留足够后，再将收口板块由上向下插接固定。板块插接就位后，按理论位置进行固定，之后再将左右两侧平移的板块调节至原位即完成安装。
5．单元式幕墙系统的优点
5．1安装速度快，工地施工工期短，特别适用于高层建筑。由于单元板块(通常为一层楼高)的龙骨及面板是预先组装好的，现场只需安装支座，将单元板块吊装到相应的位置挂接到支座上即可。安装简便、施工快捷；
5．2 幕墙表面平整度高，装饰效果好。单元板块问采用插接式结构，定位精度高，幕墙表面平整度高，相邻板块间的阶差可控制在0．5mm 内，外视效果好；
5．3 横滑型单元式幕墙上下两层单元体通过插接式连接，相邻两层单元体之间在层间错位变形下能发生相对滑移，抗层问位移能力强；
5．4面板与龙骨之间采用硅酮结构胶连接，与封边板之间采用硅酮耐候胶连接，使得面板具有良好的相对变形能力，完全满足面板热胀冷缩以及外力作用下的变形要求；
5．5密封胶条采用三元乙丙舌状胶条，有较好的弹性、耐久性和耐高低温性能。在_40℃～150℃范围内其基本物理性能不变；
5．6系统采用雨幕及等压原理实现结构性防水，水密性和气密性稳定可靠：
5．7采用三向六自由度连接支座，有效地确保幕墙安装精度。同时各构件插接位置均为柔性胶条接触，方便安装及调整；
5．8单元板块的各组成构件均采用电脑控制的加工中心在工厂内加工完成，加工及组装精度易于控制，产品质量稳定、可靠。
6.结束语
总体来说，由于建筑幕墙包覆于整个建筑外表面上，直接和外界接触，其维护功能的好坏直接影响整个建筑的使用性能和安全。因此，针对高层建筑，无论是对建筑的力学结构、立面构造形式，还是对幕墙的风压变形性能、水密气密性能、安全性能等都提出了很高的要求。这些功能要求最终需要安全合理的连接构造和完善的功能设计加以保证。
参考文献：
[1]B／T 21086—2007 《建筑幕墙》．
[2]JGJ 102-2003 《玻璃幕墙工程技术规范》．
[3]DGJ32／J07—2005 《铝合金门窗工程技术规范》