结合工程实例探析单元式幕墙设计要点

结合工程实例探析单元式幕墙设计要点

余世权

广东世纪达建设集团有限公司

【摘要】本文结合工程实例，对单元式幕墙的设计要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。

【关键词】单元式幕墙；设计要点

一、前言

在现代建筑项目中，单元式幕墙应用越来越加广泛，单元式幕墙设计也成为建筑行业的重点内容。

单元式幕墙的设计不仅要满足建筑风格的需求，更重要注重其各种性能的设计，研究其设计的相关要点有着重要意义。

本文结合单元式幕墙工程实例，对单元式幕墙的设计要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。

本单元式幕墙位于主塔楼的4~47层，隐框结构形式，龙骨选用铝合金型材，龙骨表面采用阳极氧化处理。幕墙大面积为矩形板块，大面分格宽度为1500mm，墙角分格宽度为1000mm。

二、幕墙系统结构及安全性的设计

1、系统的结构设计

在系统的结构设计时综合考虑了在荷载作用（风荷载、永久荷载、活荷载及耐撞击性能（冲击荷载）、地震作用、进行维修时的荷载、其它在合理情况下可预料的荷载、结构位移（地震及其他建筑移动、及平面内变形、温度变形），建筑设计对幕墙的要求等各项因素，通过力学计算分析，确定这部分幕墙所采用的幕墙系统和系统龙骨的尺寸，其基本节点如下图。

2、系统的安全性设计

单元式幕墙装饰面材有钢化中空玻璃和钢化夹胶中空钢化玻璃，钢化玻璃强度高，属于安全玻璃确保幕墙的安全性能。

在玻璃板块的四周设计有铝合金玻璃护边来保护玻璃的边缘棱角不受外力损伤减少钢化玻璃自爆的因素，另外玻璃板块下端的护边还起到承受玻璃自重荷载的作用，最大限度的保证了板块的安全性能。

三、幕墙锚固系统的设计

1、原则

1.1.主体结构或结构构件，应能够承受幕墙传递的荷载和作用。连接件与主结构的锚固承载力设计值应大于连接件本身的承载力设计值。

1.2.幕墙的连接与锚固必须可靠，其承载力必须通过计算或实物试验予以确认并要留有安全余量，防止偶然因素产生突然破坏。连接件与主体结构的锚固承载力应大于连接件本身的承载力，任何情况不允许发生锚固破坏。

1.3.安装幕墙的主体结构必须具备承受幕墙传递的各种作用的能力，主体结构设计时应充分加以考虑

2、本工程单元幕墙的锚固系统设计

本工程中单元式幕墙与主体结构连接有两形式。一是采用上顶下座的方式，另一种采用挂接的方式与主体结构相连接。

3、本锚固系统的三维可调节设计

3.1.挂接方式系统的三维可调设计

①进出方向的调整：在钢制托件上开设有进出方向的长条孔，可进行进出方向的调节；②左右方向的调整：在钢制托件与主体钢结构相连接部位的钢托件上开设有左右方向的长条孔可实现左右方向的调节；③上下方向的调整：上下方向的调整依靠钢挂件上的调节螺栓实现。旋转调节螺栓使螺栓作上下方向的直线运动就可达到板块上下位置调节的目的。

3.2.上顶下座方式系统的三维可调设计

①进出方向的调整：在钢制转接件上开设有进出方向的长条孔，可进行进出方向的调节；②左右方向的调整：本工程采用的是槽式埋件，Ｔ形螺栓可以在槽式埋件的槽内滑动从而调整转接件相对埋件的左右位置；③上下方向的调整：

与单元打底相连接的钢制转接件上开设有上下方向的长条孔，调节单元打底框的上下位置就是对整个单元板块上下位置的调节。

三、单元式幕墙的水密性及气密性

为充分保证玻璃幕墙的雨水渗漏性能及空气渗透性能，在上下插接部位采用了多道密封，以确保幕墙的水密气密性能。多道密封形成了等压腔，利用形成的等压腔能够更好的防止空气的渗透及雨水的渗漏，以满足幕墙系统的水密性及气密性要求。

四、单元式幕墙的排水设计

板块横向接缝处设计多功能插芯。多功能插芯能增强此处的密封性能，使封口部位（指四个相邻单元板块的接缝处）不会出现“空洞”。

幕墙内出现水滴的原因有两种：第一是玻璃和铝板上产生的冷凝水；第二种是下雨时在风压作用下经幕墙插接缝进入的少量雨水。

玻璃和铝板上产生的冷凝水由竖框上的排水孔流入竖框，水滴随竖框向下落在单元板块的横框插芯上，再向插芯的左右方向流至横框上开设的排水孔处，经排水孔流向室外，实现逐层排水；

少量由插接缝处进入的雨水同样也汇集于上横框的排水孔处，经排水孔流向室外。

五、单元式幕墙系统对建筑位移和热工位移的容纳

在地震和风荷载作用下，建筑物各层之间产生相对位移时，幕墙构件就会产生水平方向的强制位移。在温度变化时幕墙构件也会产生热胀冷缩现象。要使幕墙在主体位移和温度变化的情况下不发生损坏的现象，就必须使幕墙的变形大于主体结构的变形和温度变化引起的变形。

幕墙系统对主体结构及热工位移的容纳分析如下：

1、在水平方向的位移主要由幕墙单元板块的竖向间隙容纳，产生水平方向位移的原因有3点:

1.1.温度变化使幕墙龙骨伸长，通过计算，温差在80ºC、幕墙水平分格为1500mm的情况下，产生的变形有2.82mm；

1.2.幕墙单元板块在加工、施工过程中积累的误差，在加工上控制1mm，在安装方面控制2mm；

1.3.主体结构水平层间最大位移，通过计算，该变形值为3.62ｍｍ。

上述的位移影响按最不利的组合发生，即为水平方向上的最大位移，最大位移为2.82+3+3.62=9.44mm。本设计幕墙单元板块的竖向间隙有15mm，足以容纳该水平方向的位移。

2、在竖直方向的位移主要由幕墙单元板块的横向间隙容纳，产生竖直方向位移的原因有3点:

2.1.温度变化使幕墙龙骨伸长，通过计算，温差在80ºC、幕墙竖直分格为2900mm的情况下，产生的变形有5.45mm；

2.2.幕墙单元板块在加工、施工过程中积累的误差，在加工上控制1mm，在安装方面控制2mm；

2.3.主体结构竖向层间最大位移，通过计算，该变形值为5.625ｍｍ。

上述的位移影响按最不利的组合发生，即为竖直方向上的最大位移，最大位移为5.45+3+5.625=14.07mm。本设计幕墙单元板块的横向间隙有19.2mm，足以容纳该竖直方向的位移。

六、单元式幕墙的板块更换设计

对板块更换做了充分考虑，不同部位的板块均能实现独立更换。

1、板块的拆卸：

第一步：先将铝合金护边与玻璃面材中间的密封胶和泡沫棒1割开；

第二步：取下铝合金玻璃护边和密封胶条2；

第三步：割开结构胶3和密封胶条4；

第四步：取下需更换的玻璃板块5，并对相邻板块的四周进行清理；

2、板块的安装：板块的安装顺序正好与板块拆卸时的顺序相反：

第一步：安装好内部的密封胶条4；

第二步：将玻璃板块5用玻璃吸盘吸起至玻璃板块更换位置，对正分格的中心线后调整板块的左右位置；

第三步：打结构胶3；

第四步：安装铝合金玻璃护边2；

第五步：塞泡沫棒和打密封胶。

按照以上步骤操作就可以对此部分幕墙板块进行更换。

七、单元式幕墙的节能设计

幕墙玻璃配置为Low-E中空玻璃，LOW-E中空玻璃具有很好的保温隔热性能。LOW-E玻璃能反射远红外热能，兼具“最大限度允许可见光进入”和“控制太阳能”两种性能，具有传热系数低和反射远红外热辐射的特点。炎热的夏季，它可以有效地将远红外线热能反射到室外，并降低玻璃自身的热传导，提高遮阳性能，从而获得极佳的隔热效果，降低室内空调的能耗。冬季它可将室内的热量反射回室内，LOW-E玻璃还具有较高的太阳可见光透过率，增加室内的亮度。

基于以上设计考虑，满足了本工程的要求，提高了幕墙系统性能。

八、单元式幕墙的防雷设计

玻璃幕墙防雷设计按照《建筑防雷设计规范》（GB50057-2000）和《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T16）的有关规定执行，幕墙的金属框架应与主体结构的防雷体系可靠连接，连接部位应清除非导电保护层，保持导电通畅；玻璃幕墙竖框在水平间距不大于10米的范围内采用柔性金属导线上下连通，铜导线横截面积不小于25mm2，铝导线不小于30mm2；在主体楼层有水平均压环的楼层，对应导电通路立柱的预埋件或固定件应采用直径不小于12mm的圆钢或截面不小于5mm*40mm的扁钢与水平均压环焊接连通，形成防雷通路，焊缝及连线涂防锈漆。

根据以上规范要求，对防雷结构作了如下设计，单元板块之间的插接部位均用柔性导线连通，形成水平及垂直防雷通路，竖龙骨与防雷系统中的钢带相连接时做特殊处理，竖龙骨铝料的接触处需去掉氧化膜，钢筋与钢带或主体结构均压环焊接时其焊缝长度不小于100mm，焊角高不小于6mm。

九、单元式幕墙的防火设计

玻璃幕墙的防火设计应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的规定，本工程为高层建筑，尚应符合现行国家标准《高层民用建筑设计防火规范》GB50045的规定。

玻璃幕墙与其周边防火分隔构件间的间隙、与楼板或隔墙外沿间的缝隙、与实体墙面洞口边缘间的缝隙等，进行防火封堵设计；防火封堵构造系统在正常使用状态，应具有伸缩变形能力、密封性、耐久性；遇火状态下，在规定的耐火时限内，不发生开裂或脱落，保持相对稳定。

玻璃幕墙防火封堵构造系统填充材料及保护性面层材料，采用耐火极限符合要求的不燃烧或难燃烧材料。

本工程在土建结构楼板与幕墙板块之间设置了一道用1.5mm厚的镀锌钢板承托130mm厚防火岩棉，耐火极限不低于2小时的防火封堵，且防火裙墙的最小高度达到了800mm（800mm高防火裙墙由混凝土楼板和主体钢结构结成，在主体钢结构的外部有防火板），因此满足规范要求及技术说明中的防火要求。

十、结束语

单元式幕墙设计是一门综合性较强的系统工程，在设计的时候对单元式幕墙的设计要点进行充分分析考虑，使设计不断优化,从而提高幕墙系统的综合性能，做出更优秀的幕墙产品，进而有效促进我国单元式幕墙整体水平的持续提升。

【参考文献】

[1]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

[2]赵西安编.建筑幕墙工程手册[M].中国建筑工业出版社，2002

[3]夏德涛.超高层建筑单元式幕墙设计分析[J].建筑工程技术与设计,2016,(12)

[4]江深.建筑单元式幕墙的特点及一些技术要点[J].建筑技术开发,2013,40(7)