建筑幕墙系统设计的有效方法

摘要：在城市建筑中会经常用到幕墙，幕墙通常都很亮丽、富有个性而且具有高档形象，对整个工程来说设计方案是很关键的，它对施工过程以及最终的使用效果都有重要影响，基于此，本文主要结合实例对建筑幕墙系统设计的有效方法进行了探讨。

关键词：建筑幕墙；系统设计；有效方法

Abstract：In the city the building will frequently used curtain wall, curtain wall is usually very bright, full of personality but also has high-grade image, the whole project design is very important, it on the construction process and final results have an important impact, based on this, this article with examples of the building curtain wall system design method of discuss.

Key words：Building curtain wall; System design; Effective method

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

目前，建筑工程建设中离不开幕墙的设计以及制造，很多大中城市在对建筑工程进行施工时，其护结构都选择了幕墙。幕墙作为一种护结构，其实是玻璃，金属以及石材等通过金属构件挂于主体结构上，因此其不只是建筑物的护结构，也是建筑的外装饰,这也是其得到广泛应用的原因之一。

1实例概况

有一由政府规划建设的大厦，总共为28层，其中地下地上各占到2层以及26层，建筑总面积合计达到43392平方米，并且具有100m的消防高度，高度最高为108.95m，而幕墙高度达到了108.180m。地上有一些是新浇混凝土核心筒结构的大体框架，而地下有一些是混凝土结构。工程使用寿命是50年。

关于该工程，其幕墙设计主要包括这些方面，即垂直型，S型和肋驳接矩形夹玻璃幕墙，以及宽度为100mm左右的铝单板遮阳造型等。建筑主体将6层当做单元，6层构成S型，其中关于6层1单元，其垂直型幕墙的南北与东西立面之间交错设计。不过从整体来看，虽然方正但是不乏优雅以及灵动，致使在南部商务区内该工程具有一种与众不同的风格。大厦效果图见图1。

图1 大厦效果图

2建筑幕墙系统的设计

2.1关于组合钢立柱问题

主体幕墙的立柱采取了组合钢结构，是由于其不仅符合S型幕墙在造型上的要求，而且也满足超过结构面大概700～1400mm而且宽度为100mm的铝单板造型上的要求。在具体施工过程中，选择普通铝合金立柱无法满足建筑设计需要的幕墙。采取钢立柱具有这些优势：（1）与铝型材相比矩形截面钢管容易发生弯曲并进行加工；（2）容易和竖向铝板造型要求的骨架构建平面桁架，并且平面外具有较强的稳定性；（3）幕墙连接件易于和矩形截面进行连接。关于出屋面幕墙，其具有7700mm的单跨高度，此外还强化处理了组合钢立柱以及钢结构布置。

2.2 关于对立面分格进行的设计

在设计幕墙立面分格的过程中,适度优化其分格,能显著降低幕墙成本，根据经验,分格优化有时可降低总成本的3%～6%。所谓分格优化,即是在满足外观、功能、构件受力等条件下,尽量使单位面积所占的周边长度处于最小状态。这样不仅可以节省幕墙龙骨、附件、结构胶、连接件、支座、埋件等的用量和减少人工成本。同时,对幕墙的气密性能、水密性能、热工性能等都有所改善。此大厦由于支承幕墙的主体为外挑楼板,并考虑单元式幕墙的安装问题,每楼层只能设置一个支点。风荷载标准值达wk=4.623 kN/m2,组合荷载设计值达w合=6.67 kN/m2。我们采用a×b=1 500 mm×4 500 mm的分格形式,局部分格见图1。由于分格相对合理,每平方米所用的铝料总量不到11.5 kg。在楼层较高、风压很大以及玻璃面板较厚,但是支承条件较差时，该铝料用量是很节约的。

图1 局部立面示意图

2.3铝单板装饰问题

宽度为100mm的铝单板装饰，由于端部造型方面的要求，通过同一铝单板进行加工不易于实现，该设计选择了挤压铝型材。其不仅具有挺拔的外表，而且易生产出细小构造。不过也有缺点，即铝型材表面和氟碳涂抹铝单板，由于厂家不同其颜色也许会不同，（为处理该色差，喷涂铝型材工作由铝板厂负责）；连接部位的铝板折边会形成R角，因此在此要求加工铝板折边的过程中选择铝角码以及刨边等手段进行加固，以防止R角，确保其为直角。关于铝单板，其板块连接处的接缝参考了蜂窝铝板设计方式，通过铝装饰条进行扣缝，以尽可能在立面上防止胶缝问题，长期内也不会导致由于胶吸灰引起的污染以及挂胡子情况。

2.4关于玻璃幕墙系统

由于建筑师在构件造型方面标准很高，因此针对横梁断面进行了特殊选用，向着室内一侧还设计了装饰腔体以及肋型构造，致使线条挺刮良好，在细节上使室内装饰面更加丰富。在强度达到一定要求的基础上，要尽可能将横梁主受力规格降低。如果选择普通的角码进行连接，关于腔体构造要留有一定空间，并将横梁看做开口腔体，以进行钢立柱以及横梁之间的连接。这就使横梁截面增加，尤其是关于S型立面，其横梁之间的间距只有380mm，这让人感到很密实。所以，该设计立柱以及横梁之间的连接选择了插销方式。该种连接方法不仅便于施工，而且结构安全可靠。关于该种连接方法，其施工程序大体是：立柱上先要按照放样进行钻孔，并在横梁部分的预留槽上固定好弹簧插销，安装过程中，弹簧应该收缩，当碰到立柱孔隙后再将弹簧由插销端位置弹出，并在立柱上固定。考虑到该工程横梁断面造型非常特殊，主要受力位置于构造上最好设计为闭口腔体，如果选择普通的角码进行转接，不易于施工。插销连接和闭口横梁之间的结合，有效处理了垂直型幕墙处关于对大玻璃板块进行的安装，引起横梁扭转情况的出现。

2.5玻璃幕墙与离缝背栓式石材干挂连接处的防水办法

关于该工程，其石材幕墙属于1～3层范围的裙房部分，选择了板相互之间的空缝立面法。与以往在板缝部位使用胶式石材干挂的方式相比，离缝处理作为新技术，不仅在立面方面具有特殊效果，而且能防止石材要求的硅酮密封胶污染石材立面。空气顺着板缝进入结构腔中，这不仅要求连接钢骨架具有防腐功能，而且要求其墙体具有防水以及保温功能。在防腐方面，背栓组件主要是铝合金连接件以及呈锥形的不锈钢螺栓；主龙骨以及连接角码都是热浸镀锌；紧固连接件都选择了奥氏体不锈钢。关于保温以及防水，要将1.0mm厚的镀锌钢板铺设在龙骨表面，接着再将1.2mm的PVC防水卷帘进行外铺，最后把厚度为50mm的保温岩棉粘在镀锌钢板表面。玻璃幕墙与石材幕墙要按一定的规律进行布置，此外由于对石材幕墙进行的离缝处理，致使临界处的防水手段更加关键。该设计中选择了密封胶并镀锌钢板进行了严密隔离。

2.5针对幕墙进行的节能设计

该大厦冬冷夏热。不管是夏天还是冬天都需要空调，因此确保空调能源得到最大程度的利用是很关键的。在使室内保持热环境的基础上，要确保空调以及采暖能耗处于合理范围。（1）设计方案。大楼面向南北，护结构采取了玻璃幕墙，关于建筑外立面的装饰对通透有较高要求。楼面设置只是玻璃幕墙内铝框以及玻璃面积之比，外加楼板梁，其中玻璃面积远远超出了铝框。不过造型在确保立面效果时，也大大改进了节能性能。间隔距离是1450mm而且宽度为100mm的铝单板造型，于室内侧部位装饰铝板并同时使用保温岩棉，具有隔热作用。超过玻璃面大概400～1400mm，具有外遮阳作用；于垂直幕墙上进行布置并且间隔距离是1450mm左右的铝合金遮阳格栅，在对幕墙通透性没有影响的基础上具有良好的节能功效。将3mm厚的塑铝板添设在层间幕墙玻璃的后面，不仅可以节能，而且能确保外立面处的装饰效果。（2）节能手段。该工程属于甲类级别，关于各朝向，其窗墙面积之间的比例是0.65小于0.7；且屋顶没有透明区域。按照《公共建筑节能设计标准》，该工程关于建筑幕墙使用的节能手段是：①窗墙面积比在南，东以及北三个朝向上各自是0.62，0.64以及0.69，同时这三个朝向上的传热系数低于2.5，此外关于遮阳系数，北向低于0.5，其他方向上都低于0.4。②采取S型幕墙：选择隐框板块，而且LOW-E镀膜内的空玻璃选用了6+12A+6mm；宽度为100mm的铝单板造型不管是竖向还是横向都可以遮阳，关于遮阳以及传热系数分别为0.4小于等于0.4以及2.45低于2.5。③采取垂直型幕墙：选择隐框板块，而且LOW-E镀膜内的空玻璃选择了6+12A+6mm；还要结合FRP遮阳格栅，此外宽度为100mm的铝单板造型不管是竖向还是横向都可以遮阳，关于遮阳以及传热系数分别为0.4小于等于0.4以及2.45低于2.5。

3结语

总之，幕墙工程最好让那些专业性强，具有较高资质以及水平的单位承接，并认真审核幕墙设计环节，作为设计人员要认真做好有关计算工作，并重视设计规范，以使幕墙结构安全可靠并具有良好的使用性能。该大厦造型独特，虽结构简单，却处处展示着复杂的工艺，不管是哪部分都实现了合理优化设计。

参考文献

[1]张芹.建筑幕墙与采光顶设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]钢结构设计规范（GB50017-2006）.中国建筑工业出版社，2006.

[3]公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）.中国建筑工业出版社，2005.

[4]建筑幕墙（GB/T21086-2007）.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员会，2007.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。