浅谈单元式幕墙的设计

浅谈单元式幕墙的设计

李一芳

深圳市金粤实业有限公司

摘要：玻璃幕墙具有的功能及装饰功能被广泛应用城市高层、超高层建筑中。玻璃幕墙结构和建筑结构不一样，建筑结构有很多成熟的经验资料可以学习应用，而幕墙结构则不同。因此在进行幕墙结构设计时难免会出现这样那样的疏漏，造成设计上的缺陷及安全隐患。本文就单元式幕墙的设计特点、问题及施工进行简要分析。

关键词：单元式幕墙；设计；特点；问题

1.单元式幕墙基本特点

单元式幕墙是由面板与支承框结合为一体的幕墙结构，加工后的半成品可以直接安装于建筑主体结构的幕墙系统。总结其特点主要有以下几点：（1）单元式幕墙设计与制作成本价较高，但是其也具备其他目前形式中所不具备的绿色环保特点，将其应用于建筑工程中具有防风防水效果。（2）单元式幕墙施工方式主要是运用等压原理，在幕墙内部设置排水系统，可以使积水逐级排除，以免出现渗漏情况；（3）单元式幕墙板块安装主要是采用吊装形式，这样可以减少附件以及构架的使用，现场施工措施费减少，为施工企业节约了大量成本，由于其单元板块在工厂组装完成，组装工作量少所占用的场地也较少，所以给施工现场管理带来了极大的便利；（4）由于单元式幕墙结构材料选择、单元板块维护管理、设计制作以及质量控制等工作都是在专业工厂中进行和完成的，因此其建筑工业化程度颇高。

图1单元式玻璃幕墙在建筑中的应用

2.单元式幕墙设计需要考虑的问题分析

本部分内容主要介绍的是设计中需要考虑的问题，而不是针对问题提出解决措施部分。

2.1幕墙结构设计的问题

2.1.1幕墙结构设计上一定要满足建筑幕墙的连接性，建筑幕墙应该具备良好的承载力、稳定性以及结构刚度。这样的建筑幕墙才能真正起到建筑维护的作用。除了保证幕墙结构的稳定性外还要注意建筑幕墙的位移能力，在幕墙连接时不需要全部采用螺栓连接的方式，可以采用动点连接和微动连接，具有一定的活动性达到幕墙—主体结构的位移效果。

2.1.2现代建筑的标准层高可能为4.4米甚至更高，为了满足受力要求，提高龙骨的强度，常常需要钢型材与铝型材相结合来承受幕墙荷载，但是二者的连接是比较大的难题。为了能保证钢型材与铝型材能共同受力，就需要二者相互融合。两种材料融合性不高，连接不紧密，就会导致幕墙受力不均，出现挤压变形和受力弯曲的结果。这样幕墙的稳定性受到破坏，稳定性的损害会引起严重的建筑事故。

2.1.3节能设计

融入现代高新技术的建筑设计有了更高的幕墙设计要求，幕墙设计除了要具有良好的抗风压、水密性、气密性外还要具备现代建筑设计的新要求“节能环保”。节能环保受到的高度重视，是幕墙设计也不得不以其作为幕墙质量的衡量标准。现代大型公共建筑越来越多，大型建筑造成的噪声污染、光源污染以及热量损失对保障建筑质量以及环境都有较大的危害。

2.1.4防火设计

幕墙的周围与每层楼板及隔墙处的缝隙没有采用防火保温材料进行填塞，无法满足消防要求，倘若发生火灾时没有起到隔断火灾的作用。通常的封堵做法是填塞不燃或难燃材料，以达到火焰无法在建筑内部进行扩散的目的。但是在审图时很多设计存在封堵不到位，标准的做法应采用岩棉或矿棉进行填塞，衬托岩棉用镀锌钢板厚度不得小于1.5mm，岩棉或矿棉厚度不得小于100mm。同时，为避免两个防火分区因玻璃破碎而相通，造成火势迅速蔓延，同一玻璃板块不宜跨越两个防火分区。

3.安全构造设计

3.1防雷构造设计

单元式幕墙多应用于高层建筑、甚至超高层建筑上，对其防雷构造的设计应予以重视。通过主立柱的插接示意图及上下层间位置的插接示意图，不难看出，单元体板块的四周边都具有EPDM胶条构造材料，使单元体板块之间均是弹性插接构造，板块之间相对独立，不具备互相传递热能、电能的功能，这样可以达到良好的幕墙效果，但是从防雷安全的角度分析，这种构造具有一定的安全隐患，所以单元体幕墙在防雷区域内，需要使用铜质膨胀节将单元的左右竖框和上下横框互相连接，并使用扁钢与主体结构的防雷系统连接起来，让所有板块都具有防雷安全构造。安装铜质膨胀节时需要注意的是将安装部位龙骨上的喷涂层除去，形成良好的导电线路。

3.2抗震构造设计

单元式幕墙与常规框架式幕墙，在龙骨体系上具有以下不同之处，常规框架式幕墙的主受力竖向龙骨是一支单独的竖向龙骨，采用简支梁的形式悬挂在建筑主体结构上，也就是一支独立的立柱同时承受立柱两侧的所有的荷载组合，立柱的上端采用简支梁的原理安装，通常是通过钢制转接件悬挂在建筑结构的外侧，转接件上有垂直于建筑结构墙面的长圆孔，可以调节竖向龙骨的前后位置，待调整好竖向龙骨的高度为之后将转接件与埋板有效焊接牢固，下端采用内插芯套保证立柱下端可移动伸缩；中间水平分格效果单元体幕墙与常规框架式幕墙几乎类同，都是由一支独立的水平横梁承受上下所可能发生存在的荷载组合，正常状态下常规框架式幕墙在竖向主立柱伸缩接口处没有水平横梁结构构件，上下主受力立柱的接口处恰好是设立在建筑层间梁的位置，一般都是在层间梁的上下适当位置设置水平横梁。根据常规框架式幕墙的安装构造可以看到，该系统构造如果用在高层建筑结构上，由于高层建筑在地震环境影响下，将会出现沿着纵波、横波较大的变形及位移，这种构造体系难以满足变形及位移的要求。

单元式幕墙的组合结构构造完全不同，它的竖向主受力构造立柱是由左右2支立柱采用插接的机械构造组合成一体，一个单元体板块的左右两支立柱共同承担一个板块的荷载组合，在安装结构体系上充分考虑完全简支体系，满足了在地震环境影响下的不同方向的变形及位移要求。

通常情况下，单元式幕墙无论是主受力立柱构件还是水平插接的横梁构件都有满足变形、位移要求的缝隙构造，单元式幕墙相比常规构建式幕墙而言，极大的满足了幕墙结构在温度、抗震方面不同方向的位移，满足了建筑高层、甚至超高层幕墙的安全使用需要。

但是在满足变形、位移的同时，我们还需要考虑单元式幕墙在变形、位移的同时不允许脱落的构造措施，充分考虑无论单元式幕墙板块如何变化都不能从安装构造上脱落，只有解决这个技术问题，才能真正意义上设计出满足使用安全要求的单元式幕墙结构。

4.单元幕墙预埋件设计及加工

在固定幕墙支承结构的时候，主要应用的受力构件是预埋件，因此，一定要对其质量进行重视。预埋件的主要结构就是锚筋、埋板。比较常用的预埋件为平板形、槽形两种。其中埋板需要应用的钢材型号为Q235B，其表面进行镀锌处理，锌膜的厚度要大于40微米，这样的埋件具有很好的防腐效果。在进行预埋件加工的时候，基本上没有规定锚筋、埋板的焊接方式，通常将其焊接成T形或者进行塞焊，不过一定要保证其质量达到标准，最好选用坡口塞焊的方式进行焊接。除此之外，当锚筋直径大于20毫米的时候，一定要选用穿孔塞焊的方式进行焊接。槽式埋件施工方便，缩短施工周期。采用槽式埋件时安装单元板块的挂件只需把加工好的钢件用T形螺栓与槽式埋件连接，现场不需要焊接，大大减少了现场工作量，受到了幕墙公司和业主的欢迎。T形螺栓与槽式埋件连接时要把T形螺栓旋转90度才能与槽式埋件有效连接。国外的哈芬槽埋件无论是哈芬槽还是T形螺栓都有严格的加工精度，当T形螺栓插入哈芬槽旋转90度变成竖向以后，T形螺栓就再也转不动了，当外侧的螺母拧紧以后T形螺栓始终处于竖直状态保证了可靠连接，而部分品牌的槽式埋件，T形螺栓在槽里是可以随意旋转，并不是只能旋转90度，此类产品没有严格精度和公差的配合控制，这是一个非常危险的现象，如果一个埋件上的两个T形螺栓安装完成后有一个处于横向状态，那这个螺栓将起不到任何连接的作用，将存在重大安全隐患。对此厂家在螺杆的头部铣了一个小槽，现场安装完成后去检查这个小槽是否处于竖直位置，完全依靠检查这个小槽来保证T形螺栓是否处于有效状态，一个工程有成千上万的T形螺栓，检查的工作量巨大，难保证万无一失。所以笔者建议如果选择槽式埋件，应采用哈芬槽同等配合精度的产品。

但在实际中很多建筑幕墙由于各种原因，在主体结构施工完毕后再进行设计与施工，造成幕墙的结构与主体结构无法预埋件。这种情况属于无条件进行预埋件，应采用化学植筋螺栓连接措施，根据承载力计算确定螺栓直径和数量，且应进行承载力现场试验，必要时应进行极限拉、拔试验。施工操作时，应避开主体结构的受力钢筋及防止截断其受力筋。

图5预埋件方式

5.结语

综上所述，随着我国社会的快速发展，越来越多的建筑物开始采用单元式幕墙，单元式幕墙的推广应用，提高了我国的建筑幕墙设计水平。这种新技术的应用，提高了幕墙安装效率及质量。在满足幕墙使用功能的前提下，达到节能环保的效果。因此，随着幕墙设计水平的不断完善，单元式幕墙设计在未来的建筑幕墙设计中这有很大的发展空间。

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