建筑幕墙铝合金型材截面设计

摘要： 本文以西安大厦为研究雏形，简述其单元式幕墙设计要求，重点介绍铝合金型材截面设计要素及设计流程，为业界提供有价值的参阅资料。

关键词： 建筑幕墙；铝合金型材；截面设计

1 概述

建筑设计在对 “西安大厦”外立面设计中，对其采用的石材与玻璃交融，突显建筑幕墙竖线条起深感的手法，使其挺拔、严肃，形成该大厦的功能特点，“西安大厦”高度106米，长宽各为46米，石材幕墙与玻璃幕墙相互交融，石材幕墙凸感起伏（见图1）。

根据大厦外立面的特点，加之公司的加工能力及工程工期及工地现场的具体情况，采用了单元式幕墙设计。

2 构思

2.1 幕墙构造设计要求：幕墙构造设计，直接关系到幕墙的使用功能，应该注意以下几点问题：①幕墙构件的面板与铝合金单元框形成的空腔应采用雨幕原理设计，防止室外空气压力将雨水压入内腔，以提高幕墙抗雨水渗漏。②可能产生渗水的部位应预留泄水通道，积水后由泄水通道排出。③可能产生冷凝水的部位应预留泄水通道，积水后由泄水通道排出。④板材与单元框连接处必须用硅酮密封胶密封，密封材料在长期外界气候下保持弹性。⑤伸缩缝、温度缝、沉降缝处必须妥善处理，即能保持立面美观，又能满足缝两侧结构变形的要求。⑥由于幕墙的位移和温度的变化，幕墙各部分会因摩擦产生噪音，影响建筑使用质量，所以应在摩擦部位设置胶条式垫片，防止摩擦噪音。⑦各种五金件，连接件设计时要防止不同金属接触时产生电化学腐蚀。

2.2 单元式幕墙 单元式幕墙是在加工厂加工程度最高的一种类型的幕墙，单元组件的高度等于或大于一个楼层，便于安装，相邻单元以对插式完成单元组件间的接缝，最终形成整幅幕墙。

单元式幕墙具有以下特点：①单元式幕墙的最大特点是单元件加工周期短，精度高，另一方面则是安装速度快，可以一夜之间形成建筑的外立面效果。②单元式幕墙为建筑师发挥想像力提供了广阔的空间，因为单元板块可制作不同风格的异型幕墙，它可使建筑物发挥最佳的艺术效果。③单元式幕墙融各种幕墙技术于一体，单元式幕墙由于采用对插接缝，使幕墙对外界因素的变形适应能力更好。④单元式幕墙在构造设计上要注意相邻板块间关系处理。⑤“封口技术”，在封口方法上有两种类型即“横滑型”和“横锁型”，应根据工程的具体情况确定。

2.3 铝合金型材设计要素 诸要素中体现型材截面设计上，从一定意义上讲，型材截面设计的质量决定了幕墙的性能和质量。因此幕墙型材截面设计要根据幕墙的强度和刚度要求。水密、气密性能，面板镶嵌、结构组件的装配、造型要求、组件及配件装配方便等因素；要考虑型材挤压工艺、生产效率、几何尺寸、表面质量控制，在此基础上设计型材的几何形状、尺寸。①型材截面力学性能。对幕墙来说，作用在幕墙面上的负压的危险性超过正压，这是在进行幕墙型材截面设计时要特别注意的。型材截面要满足挠度和刚度方面要求，而刚度要求比对挠度要求更为严格。型材抗力与挠度、刚度密切相光的是型材截面的惯性矩（I）和截面抵抗矩（W）。从力学的观点分析，在用料相同的情况下，加大惯性矩和截面抵抗矩和截面抵抗矩是型材设计优先要考虑的问题。②组装方便，连接可靠。③接缝的活动性。连接部位要具有充分移动的可能性，这是一项特别的要注意的设计，如果一个幕墙不具备有充分移动的可能性，将会产生严重的不良后果。④缝隙防风雨设计。幕墙作为外墙维护构件，有防止过量空气渗透及雨水渗漏的要求，这些要求与接缝设计有很大的关系，与接缝处的允许位移有关；因此防止雨水渗漏还是幕墙设计中要解决的首要问题。⑤镶嵌面板式装配结构面板组件易方便。⑥型材上安装五金件的可能性。⑦对各种开启的适用性。⑧型材装饰面的考虑。⑨加工工艺的可能性。

3 铝合金型材截面设计

通过结构构造部分中要求原则及铝合金型材的设计要素和单元式幕墙的特点分析，对该工程设计一套单元式幕墙铝合金型材截面，即要有其特殊的针对性，也同时具备普遍的通用性，这样可以节约成本。

3.1 从幕墙主要图中看，这是明框与隐框变化相结合、突显竖线条，同时面板为25L后花岗岩板和6+12A+6的中空玻璃相结合组成的效果。根据其这些条件设计出幕墙构造节点，见图2。

3.2 根据其结构节点，同时依据铝合金型材截面设计要素，设计出二十种型材。

3.3 150系列单元式幕墙的特点及参数。

①特点：1）相邻单元板块对插构造；2）封口采用横滑式；3）单元板块在建筑体外为悬挂式，受力为拉伸变形；4）单元板块框架上可装石材板块和玻璃；5）单元板块中有通气孔和排水孔。②主要杆件的参数：1）边立柱（ZD-001）。面积：1278.29mm2；惯性矩：308.91cm4；抗弯截面模量：42.32cm3；2）主柱（ZD-002）。面积：1547.27mm2；惯性矩：242.47cm4；抗弯截面模量：49.48cm3；3）公柱（ZD-003）。面积：1114.76mm2；惯性矩：288.11cm4；抗弯截面模量：39.47cm3；4）田柱（ZD-004）。面积：937.12mm2；惯性矩：242.75cm4；抗弯截面模量：34.68cm3；5）角公柱（ZD-005）。面积：1602mm2； 惯性矩：869.11cm4；抗弯截面模量：60.35cm3；6）角田柱（ZD-006）。面积：1423mm2；惯性矩：792.62cm4；抗弯截面模量：60.97cm3；7）框下柱（ZD-007）。面积：1179.9mm2；惯性矩：23.03/267.89cm4；抗弯截面模量：17.72/37.7cm3；8）水槽料（ZD-008）。面积：1201mm2；惯性矩：44.42/300.1cm4；抗弯截面模量：26.13/41.68cm3。

参考文献：

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[2]王静，曹雪松.浅析幕墙铝合金型材截面的最优性[J].门窗，2013（03）.

[3]杨同起.论建筑幕墙的防火设计方法及其建筑施工措施[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2008（08）.