浅谈高层建筑单元式幕墙的连接构造及系统功能设计

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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。笔者结合多年建筑幕墙的设计和施工经验，结合某高层建筑的单元式幕墙设计，针对单元式幕墙的连接构造和系统功能设计作一阐释。

关键词高层建筑 单元幕墙 连接构造功能设计

中图分类号：[TU355]文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）

Abstract: With the development of social economy and the improvement of civil construction technology, high-rise buildings have sprung up everywhere. This also can give the most suitable for high-rise building envelope structure unit curtain wall system application and development, has provided a broad stage. Unit curtain wall due to its characteristics of processing technology and installation form, makes the seismic performance of high-rise building in reducing the structure weight, strengthen and improve engineering quality and shorten the production cycle, etc. The author combined with years of building curtain wall design and construction experience, combined with the unit curtain wall design of a high-rise building, in view of the unit curtain wall connections as an interpretation of structure and system function design.

Keywords: high-rise buildingunit curtain wall joint construction

function design

高层建筑外装饰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。高层建筑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。

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。

单元式幕墙连接构造

高层建筑通常采用横滑型明框单元幕墙结构。单元板块高为一个楼层高度，宽度板块分格结合土建柱及剪力墙部位合理分格。单元板块先由铝合金横竖边框通过机制螺钉组成单元板块的骨架，玻璃板块横竖向通过结构胶及外侧铝合金压板与主框架连接固定，其结构安全性更高。安装时板块由连接挂件挂接在预先埋设在土建结构的槽式埋件及其转换支座上，水平方向相邻两单元组件的左右竖框通过对插形成竖向组合杆，上单元下框与下单元的上框对插组合成横向组合杆件。

1、单元式幕墙连接构造要点详述

针对高层建筑通常采用单元幕墙结构，通常建议采用哈芬槽式埋件：

1.1 预埋件选型设计

高层建筑单元幕墙采用哈芬槽型埋件完全满足幕墙系统设计要求，同时还具有平板埋件无法比拟的优点：

a.最大优点是不需要现场施焊。连接采用螺栓连接，有效提高幕墙施工速度。克服了现场焊接质量不易保证的缺点，避免了现场焊接带来的焊后不好控制防腐涂刷质量的问题。

b.结构合理，可调整性好，转接方便。

c.由于槽型埋件体积小，连接爪短，因而适用于多个部位的埋设，如梁端、薄梁、转角、狭小部位等，通用性好。

d.选用特殊轧制型钢，强度高，并进行热浸镀锌处理，防腐性好。

1.2 单元幕墙挂接系统设计

单元幕墙挂接系统需要实现单元板块三位调整，挂接系统设计如下图所示：

幕墙挂接系统节点图

单元幕墙将框架和面板在厂内组合完成，现场整体吊装，对转接件部位的强度和位置精度提出更高的要求，满足强度的同时，要实现“三向六自由度”调整，技术含量高。幕墙安装时现场先进行埋件、转接件件的安装调整，偏差控制在允许范围内，单元板块通过铝合金连接挂件，挂装在转接件上，调整好后，再用螺栓固定，挂接和螺接组合连接强度高，确保安全可靠。

1.3明框单元幕墙铝合金压板连接构造设计

高层建筑的单元式幕墙从安全角度考虑，通常采用明框形式的单元玻璃幕墙。因此如何将铝合金压板进行合理设计，保证其结构具备安装平整度高、外饰效果美观、工艺性好且避免冷桥产生，其构造设计就显得十分重要。

玻璃板块安装采用结构胶及外扣板双重固定方式，安全性好。板块横竖向采用结构胶及扣板压紧双重固定方式，即玻璃通过结构胶与主框架连接，同时，玻璃两个方向均采用扣板压紧固定，双重保险，确保在大风压条件下的安全性。

压板采用特殊设计，其优点是：

a.压板前部可安装Ω型胶条，胶条通长布置，起到了第一道防水、密封的作用。

b.明框压板设计可避免组装后的板块玻璃侧面直接暴露在外面，从而可避免在板块运输中对玻璃的损伤。

c.铝型材外露部分与内部龙骨连接采用断热设计，避免型材间直接接触，切断热量传导。

d.本方案玻璃板块如需更换板块，在工厂内根据所需尺寸组合板块，运至现场，卸下玻璃护边及定位块，即可实现更换，安全可靠，方便易行。

1.4单元幕墙塔吊（升降机）收口处构造设计

土建施工升降机、塔吊等部位存在幕墙板块收口问题。因单元幕墙整体安装，板块之间为插接方式，最后一个板块安装如采用正常形式，很难难放到工作位置，针对此处收口设计，通常采用收口板块的边竖框及相邻两侧板块边竖框均为凹型母料，保证板块平推到工作位置，左右靠插芯连接，板块定位后，插入特殊设计的“工”字型收口插芯，“工”字型插芯与相邻边竖框的舌形胶条配合，形成与系统板块插接方式同样的密封形式，满足结构密封要求。

单元式幕墙系统功能设计

1、抗风压及安全可靠性设计

幕墙作为建筑护结构，其安全性、耐久性是首要考虑的问题，幕墙的设计也应与其相应的使用功能相适应，发挥其应有的安全防护作用。

（1）结构计算确保安全性设计

高层建筑中采用的单元玻璃幕墙功能设计，按照国家有关规范要求，取最大值进行结构计算（风荷载基本风压按50年一遇水平），要充分考虑风荷载、地震作用、自重、温度等对幕墙的影响，设计安全系数完全满足工程的要求，并且要对面材、龙骨及连接系统均仔细计算，满足强度和刚度上设计的要求。

（2）幕墙结构抗风压安全性设计

抗风压变形系指建筑幕墙在与其相垂直的风压作用下，保持正常性能不发生任何损坏的能力。高层建筑风荷载值较大，抗风压安全性设计极其重要，功能设计采取的措施是：

a.玻璃板块安装采用隐框或半隐框结构，玻璃四边通过附框及结构胶粘结，确保玻璃板块的安全性。

b.开启窗是幕墙构造上的薄弱环节，大风袭击最易损坏，因而通常开启窗采用挂式结构，多点锁锁紧。通过绕挂轴的旋转完成开启扇的启闭。其特点为：结构安全、开启阻力小、启闭灵活等。

c.玻璃采用双片钢化玻璃，并按计算结果科学确定玻璃配置，确保安全、经济。

幕墙防水功能设计：

1、完善的防水性能设计

a、双腔等压设计：单元式幕墙利用雨幕原理通过双腔等压设计实现密封功能，其腔体密封为干式密封，即利用腔体与胶条的严密配合实现等压腔体，图示单元系统双腔等压共设五层胶条，其中外层为挡水胶条，可阻止大量雨水的渗入，中层和内层胶条为密封胶条，实现气密要求。腔体和胶条的共同配合，充分保证了系统密封完好，能有效阻止水、气渗入，并且在构造上实现了等压前腔和后腔的渗水全部分层自排，导出室外，尽量避免水在幕墙内部的存留量，降低渗水概率。

b、十字缝处理：

在四个相邻的板块的接口处有一“气眼”，因此在两横框之间加一插接件，不但使两相邻横框对接平齐，提高安装精度，同时又堵住了“气眼”。在“气眼”处又加封了外封口板，使横向密封结构连续贯通，确保了幕墙的防水性能。见下图所示：

单元式幕墙标准竖剖节点单元式幕墙排水路径三维图

c、排水孔：排水孔的设置是单元幕墙排水系统的一个关键部位。对此，功能设计在三个方面进行了特别配置：

横向型材等压腔体全部找坡，使渗水获得外排势能；

排水孔设置在端距小于300mm处，确保腔内不积水；

排水孔不直接外露，形成迷宫排水线路，不但美观，更主要能够阻止动能水的侵入。

d、型材密缝拼装：横竖龙骨的拼接缝是一个容易忽视的重要渗漏点。由于毛细现象的存在，渗水极易沿拼接缝隙进入室内，因此在板块龙骨拼装时，设计要求：所有紧固件必须带胶紧固；龙骨拼接缝必须带胶拼接；龙骨上的工艺孔完成安装后要用专用封盖封堵；板块组装完成后必须带养护期满后方可出厂。

4、冷凝水控制措施

在特殊情况下，幕墙会产生结露现象。因此，我们对幕墙增加了二次排水措施，在幕墙横型材上设置两个排水孔，将冷凝水排出。

此外，该转接系统还有如下特点：

a. 挂装前只需对挂轴进行放线定位，板块安装时只需直接进行挂装即可；

b. 全部采用铝合金和不锈钢材质零件，采用机械连接方式，工艺孔封堵亦采用冲压不锈钢件外套橡胶全密封，防腐和耐久性能优异。

c.上下层间由通长防火层完全隔开，防火层下层由两层1.5mm厚的镀锌钢板中间夹100mm防火岩棉构成，可以起到防火的作用；防火层上层由两层1.5mm厚的镀锌钢板中间夹50mm防火岩棉构成，可以起到防烟的作用。

防噪音设计：

在金属与金属直接接触可能产生噪音的地方均设有防噪音柔性垫片。同时系统设计时，玻璃面板均选用中空玻璃，幕墙隔音性能指标可达到3级（35≤Rw＜40）。

节能、防结露设计：

铝型材外露部分与内部龙骨连接采用隔热设计，通过断热条将铝型材与内部构造断开，避免型材间直接接触，切断热量传导。中空玻璃采用双银Low-E中空玻璃，双银Low-E中空玻璃具有很好的保温隔热性能，从而有效地降低室内空调的能耗，也有效防止结露，保持视线清晰。

防雷设计

幕墙系统的防雷设计是确保幕墙工程安全的重要设计，完善的防雷设计可确保建筑物不遭雷击或静电起火，从而确保整个建筑物室内电器设备的正常使用。本建筑防雷标准为二类，按《建筑防物雷设计规范》要求45m标高以上部分需考虑防侧击雷。具体防雷措施为：

在每两层楼板边用φ12mm圆钢，每隔10米与主体防雷体系可靠连接作为均压环，每隔10米范围内有一根立柱用截面积25mm2铜丝避雷导线上下连通作为导电立柱，再用25mm2铜丝避雷导线水平间距每隔10米内与均压环连通。

抗震设计

根据抗震规范按项目所在地的设防烈度进行幕墙抗震设计。幕墙的面板与骨架间采用防脱、防滑设计。弹性连接是幕墙应具备的构造性能之一。这个概念的形成，主要是源于幕墙的平面内变形性能及抗震性能的要求。这两种性能实质性的要求就是幕墙板块要具有相对的位移能力。抗震设防的基本思想和原则是以 “三个水准”为抗震设防目标。

防火设计

幕墙作为建筑物护结构，是建筑的重要组合部分，因此幕墙系统防火设计是非常重要的。根据《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）和《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045-95）的要求，主要防火技术措施为：根据建筑防火分区总体设计与要求，在各楼层设立了与幕墙相关的防火隔断。具体措施如下：

1、幕墙与各层楼板、隔墙外沿间的缝隙采用防火岩棉填充密实，防火岩棉的密度不小于60kg/m3，其厚度不小于100mm。

2、无窗槛墙的玻璃幕墙，在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.0h、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙。不燃烧实体裙墙采用密度不小于60kg/m3、厚度不小于100mm 的防火岩棉，外包1.5mm 镀锌钢板。

3、承托板与主体结构、幕墙结构及承托板之间的缝隙填充防火密封胶。

耐腐蚀设计:

幕墙所有连接件、零部件须具备一定的耐候性。如：室外外露螺钉、螺栓要采用不锈钢材质；当两种不同材质的金属构件直接接触时，除不锈钢外应按设计图纸设置隔离垫片，以防止双金属腐蚀。钢件表面采用防腐措施，凡焊接部位均应做3道防腐处理：第一道为富锌底漆，第二道为环氧云铁漆、第三道为面漆。

五、结束语

单元幕墙在高层建筑外装维护系统上得广泛应用的同时，也促进了幕墙建造技术的发展。特别是在当今高层建筑美学形式演变的背后，蕴含着不同幕墙结构形式的创新，以及随之发展的结构技术和材料技术。随着高层建筑外立面装饰造型的日趋多样，建筑幕墙设计必须根据不同建筑特定的外型进行专业深化设计，做到因具体项目而变，量体裁衣。同时合理的构造设计和完善的功能设计是保证高层建筑幕墙使用安全和提供舒适性能的前提。

参考文献：

JGJ102-2003,玻璃幕墙工程技术规范

国家标准GB/T 21086—2007 建筑幕墙学习辅导用书北京：中国建筑工业出版社 2008张芹主编

建筑幕墙与采光顶设计施工手册-北京：中国建筑工业出版社 2003张芹主编

玻璃幕墙结构山东科学技术出版社 2006张其林主编