浅论建筑外维护系统的单元式幕墙设计

摘要：单元式幕墙是国际上近年出现的高档建筑外维护系统。本文采用了先进、成熟的单元式幕墙结构，通过对其细部构造的精心改进，使幕墙在保证建筑立面要求的前提下,不仅具有优良的气密性、水密性、风压变形及平面变形能力，而且达到了较高的环保节能要求，充分展示了现代幕墙的建筑技术。同时通过精心的施工组织，严格的过程控制，从而使幕墙达到了很好的效果。

关键词：幕墙建筑设计；单元式幕墙；节能设计；结构设计

中图分类号：TU201.5文献标识码：A文章编号：

1幕墙建筑设计

1.1 幕墙的换气和通风在幕墙建筑设计中，过去强调以人工换气、通风为主，不主张开启或尽量少设开启扇，以降低能耗，防止启扇破损，也使立面较为美观，采川双层通风幕墙时，室内可以从热通道取得新风，外幕墙有进风口进风，可不必设开启扇，从而在保证自然通风的同时，使幕墙保持美观和安全。

1.2 防火防烟设计

1.2.1防火玻璃在幕墙中的应用幕墙采用的防火玻璃应为单片防火玻璃及其制品，目前采用单片铯钾玻璃为多。防火玻璃可以在下列情况下采用：1）防火墙两侧的玻璃面板；2）楼层间水平隔烟层；日前采川单片铯钾玻璃为多。3）楼层结构高度小于800mm，未设实体窗下墙时，楼板上的面板；4）楼层中的透明防火隔断。

1.2.2支承防火玻璃的金属骨架应采川钢结构，不宜采用铝型材。防火试验表明，铝型材在高温下迅速熔化，会使玻璃失去支承而坍落，使防火墙、防火带失效；而钢型材可以维持相当长的时间不会软化。

1.2.3双层通风幕墙的防火问题双层通风幕墙通过热通道中的气流调节热通道的温度，减少室内温度与外界的温差，达到节能的要求，宜采用多层风道的通风方式。但目前国内消防规范要求层间设置封闭隔烟层，因此热通道只能是一个层高。为避免本层排风口排出的空气又被上层进风口吸人，形成气流短路，可以在满足防火隔烟要求的前提下，采用下列通风方式之一：1）加大排风口与上层进风口的竖向距离；2）采用本跨进风后，在邻跨排风的S形通风路线方式。当外幕墙采用透明玻璃、要求高度通透明，层间隔烟层可采用单片铯钾防火玻璃。深圳电视中心拉索点支外幕墙就采用了这种透明隔烟措施。3）高度很大的内天井、内庭的防火问题目前有些建筑设置了很高的内庭或内天井，如北京电视中心的内庭高度达到150m，为防止火灾和烟雾在层间扩散蔓延，在天井周边可采用单层铯钾防火玻璃围成井筒，并采用型钢骨架。4）实体墙面上的防火封堵在群房中常有大面积混凝土墙体，塔楼部分也常有连续多层的混凝土墙体，在实体墙上建造金属和石材幕墙，层间防烟层难以施工。这时可以在门窗洞口周围设置密实的防烟封堵。

1.3 双层通风幕墙的选用双层通风幕墙可节能40％～60％，降噪可达35～40dB，表现了良好的建筑性能。全国会计师培训中心北京基地实测结果：其K值可达1.0和1.1，降噪可达37dB，均提高性能等级l一2级。但是，双层通风幕墙造价高，技术复杂，占用建筑面积3％一5％，增大投资；外幕墙还降低了房间私密性和增大相互干扰。因此，双层通风幕墙应经过经济技术比较后，选择应用。

2单元式幕墙设计

单元式幕墙结构的构成原理是：根据建筑设计效果分格确定单元板块的宽度，根据楼层高度确定单元板块的高度，并在组装厂中制成单元组件，一个单元板块即为一个受力单元。安装时将单元板块固定在结构楼板上，采用上挂点设计，受力形式比较明确、合理。对比其他单元式幕墙,本工程具有如下特点：

2.1板块之间的连接。本系统型材插接处为三道胶条密封，形成A、B两等压腔。板块竖向多功能插芯连接定位，安装可行，易保证板块竖向拼缝的直线度和整幅幕墙的平整度。等压腔内高外低，既保证幕墙室内冷凝水可以顺利导向室外，又保证室外雨水不会倒流入室内，增加此处的密封性能，实现结构防水。

2.2与结构间连接。本工程采用了比较先进的槽形预埋件，结构施工时同步预埋。预埋在结构梁侧面，通过T型螺栓与转接件相连。经过现场拉力检验，结果分别达到26.5KN、23.9KN、24.4KN而未见破坏，满足设计≥18.0KN要求。该种埋件与平板埋件比较具有特点：1）安全可靠，产品质量稳定，拉拔力破坏荷载可达72KN。2）调节性能好，其特殊的连接方式可以吸收较大的土建误差，具有较大的调节余量，而平板埋件调节余量相对较小。3）连接灵活：可与多种转接系统直接简单连接，减少施工工序。平板埋件灵活性差，与系统连接时需搭焊角钢或钢板，增加了工序。4）无需焊接：通过T型螺栓连接，现场无需焊接，减少了工序，降低了成本，缩短了工期且无火灾隐患。5）易于埋设：体积小，重量轻，加强工字钢最长110mm且三根成一字排列，易于与主体结构连接。

2.3转接系统。楼板结构区域的幕墙板块采用挂轴挂钩式结构，这种结构具有三维空间调节功能，能有效的吸收建筑误差，以保证单元板块安装的平整度。其主要特点：1）该系统受力状态合理，能使幕墙与主体结构保持柔性连接，大大提高抗震性能，同时可避免板块安装同时的任何焊接工作。2）为防止由于幕墙释放水平方向的温度应力，而使转接系统发出摩擦声，使用一种PVC“防爆声”装置，将其装配在挂钩上，可以有效地缓冲震动和防止摩擦噪声。

2.4幕墙的节能设计。现代幕墙已不再仅仅满足于抗风压、水密性、气密性等基本性能，幕墙的环保节能越来越成为现代人衡量幕墙品质的指标，作为大型公共建筑，噪声，光污染，热量损失等都会对建筑及环境产生较大的影响。建筑幕墙的热交换途径主要是热传导，因此降低幕墙的热传导率是节能幕墙的最主要课题。

2.4.1透光部分采用目前热损失最小的LOW-E中空玻璃，其导热系数k值在1.8 w/m2.k以下；不透光部分则在面板后面设置50mm厚的硬质玻璃纤维保温板（k=0.045w/m2.k），并与面板和建筑主体之间留出空隙，以增加整体热阻值，经计算导热系数k=0.77 w/m2.k。 两种型式幕墙的导热系数均在幕墙允许最大导热系数（2.45 w/m2.k）之内。

2.4.2隔热断桥型材。在以往的幕墙设计中，通常采用中空玻璃和保温材料，往往忽视了铝框的导热问题。中空LOW-E玻璃的导热系数为1.8w/m2.k ，铝的导热系数是玻璃的110倍，高达203w/m2.k ，其优良的导热性能成为幕墙难以继续忽视的传热途径，将室内的热量源源不断地导向室外，加大了取暖负荷。根据本工程幕墙特点，采用热阻值较大的聚酰胺尼龙断热条，将铝型材的室外部分与室内部分隔开。该材料与铝材等强，膨胀系数与铝型材相近，耐久性好，因此能连同铝材共同工作。

选用不同断桥方案与不用断桥的方案的型材热阻值对比

2.4.3密封性能良好。板块之间通过插接关系连成整体，并通过三道密封胶条使其密封，根据试验，空气渗透性能可达到Ⅰ级，保证了幕墙的密闭性，达到了节能要求。

2.5方便的独立更换功能。由于玻璃是易碎品，幕墙工程完工交付使用后，在阳光照射下，清洗过程中均可能损坏。因此能方便、安全地更换玻璃是相当重要的，本工程的解决方案，更换时，只需在室内拆下内罩板A和B，即可换下玻璃。

3结构设计的问题

3.1幕墙设计的一般要求目前，建筑幕墙类型繁多，构造型式多变，无法对其连接构造作出太具体的规定。因此在设计原则―上要求建筑幕墙应有足够的承载力、刚度、稳定性和相对于主体结构的位移能力。其中，相对于主体结构的位移能力通过胶缝、构件间的缝隙、可微动连接、可动连接来实现，不一定要求处处连接均为螺栓连接。因此，规定所有连接均采用螺栓是不尽合理的。只要达到幕墙与主体结构间有一定位移能力的要求，部分节点采用焊接是可以的。

3.2钢铝型材的混合使用在跨度较大情况下，采用钢型材与铝型材混合构件在原则上是允许的，但在实际操作上存在一些难点：1）为保证两者共同受力，必须保证两者受力后变形相同，这就要求钢型材紧密插入铝型材巾，或者两者用密排螺栓、铆钉连接，两种方法在施工时都较困难。2）型钢与铝型材之间电化学绝缘困难。因此，更方便的方法是采用钢型材，外包装饰铝板。3）结构的稳定性问题现在幕墙支承的跨度越来越大，受压和受弯构件的稳定性问题逐渐突出，考虑不周就容易产生稳定性破坏，这种破坏很突出，危险性很大。

3.3全玻幕墙的玻璃肋很薄，在风力作用下容易产生受弯梁的平外屈曲。曾有一个工程玻璃肋高16m，自由边缘全无平面外支承，存在安全隐患。因此，8m以上的玻璃肋应考虑稳定性问题，必要时采取防止平面外失稳的措施。

3.4单根支承钢结构在平面外的稳定问题应予注意，压杆、压弯杆件无支承长度不应超出长细比入为150的规定。作为估算，圆钢管的无支承长度不应超过直径的50倍。平面桁架、张拉索杆结构平面外应设计布置防止失稳的撑杆、拉杆或桁架。

结语

综上所述，单元式幕墙的开发和推广应用，把我国建筑幕墙设计水平、施工技术推进到一个新台阶。这种产品技术的开发，带动了大截面重型建筑铝型材生产水平的提高，促进了建筑幕墙生产企业技术改造和设备更新，一批大型骨干企业在“九五”期间从德国、意大利、美国引进了一批适应单元组合式幕墙加工制造的专用重型设备和幕墙加工中心，缩小了我国幕墙建造业与国际先进水平的差距。

参考文献

[1]尹秀荣 单元式幕墙施工技术在建筑工程中的应用 大科技 2010

[2]洪伟强 单元式幕墙施工技术在建筑工程中的应用 科技创新导报 2009