芻議某項(xiàng)目大裝飾條單元式幕墻的設(shè)計(jì)分析

陸啟躍

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，科技的持續(xù)進(jìn)步，從建筑設(shè)計(jì)理念來看，人們更加重視綠色環(huán)保以及人性化，多功能建筑逐漸發(fā)展成亮點(diǎn)，從而促進(jìn)了幕墻產(chǎn)品的進(jìn)一步更新及持續(xù)發(fā)展。而單元式幕墻憑借著縮短施工周期、提高施工效率、簡(jiǎn)化安裝工序等優(yōu)勢(shì)，以及提高建筑檔次、保障建筑產(chǎn)品品質(zhì)等特點(diǎn)，得到了業(yè)內(nèi)人士的青睞。不過在具體運(yùn)用中，還存在著各種各樣的問題，本文主要介紹了單元式幕墻的設(shè)計(jì)過程，旨在能夠更好地應(yīng)用單元式幕墻，同時(shí)也希望能為相關(guān)人士提供參考。

【關(guān)鍵詞】單元式幕墻;大裝飾條;建筑還原;幕墻光反射;熱工分析;結(jié)露分析;防火構(gòu)造;防雷;防水設(shè)計(jì);氣密性;等壓腔;滲漏;風(fēng)荷載;運(yùn)輸

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.037

1、工程概括

上海龍華航空服務(wù)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱龍華國(guó)際）由X-1A（西岸鳳巢）、X-1B（西岸智塔）、W-1A（上海航空器適航審定中心）、W-1B（上海國(guó)際航空服務(wù)中心）四個(gè)地塊組成（圖1），基地占地面積約為84059平方米?？偨ㄖ娣e515468平方米，其中地上319368平方米，地下196100平方米。項(xiàng)目X-1A（西岸鳳巢）高54.4米，7層，性質(zhì)為商業(yè);X-1B（西岸智塔）高199.9米，39層，性質(zhì)為辦公;W-1A（上海航空器適航審定中心）高72.8米，15層，性質(zhì)為辦公和商業(yè);W-1B（上海國(guó)際航空服務(wù)中心）高235.9米，52層，性質(zhì)為酒店、辦公和商業(yè)。項(xiàng)目位于西側(cè)臨豐谷路、東側(cè)臨龍騰大道路、 南側(cè)臨龍耀路、北側(cè)龍啟路。

本項(xiàng)目幕墻系統(tǒng)種類繁多，體量超大，幕墻總面積20萬平方米，建筑物表面材料以玻璃、聚碳酸酯板、鋁板和石材面板為主。由于單元式幕墻具有預(yù)裝配率高，工廠制作精度高，工地安裝周期短，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便等因素，結(jié)合X-1B和W-1B二棟塔樓為超高層的特點(diǎn)，我們選擇了單元式幕墻作為二棟塔樓的幕墻設(shè)計(jì)方案。

2、建筑效果還原設(shè)計(jì)

二棟超高層的建筑師原設(shè)計(jì)理念中主立面以玻璃為主，每隔2.4米，有一條尺寸為深500mm、寬200mm的裝飾構(gòu)件從頂至底，效果為橫隱豎明，由此，我們有三個(gè)方案可以實(shí)現(xiàn)建筑效果。

方案一、裝飾條與外維護(hù)幕墻分離，外裝飾構(gòu)架作為獨(dú)立的裝飾件與外維護(hù)幕墻分開，幕墻橫隱豎明，幕墻豎向龍骨以常規(guī)80mm左右寬設(shè)計(jì)，外面的裝飾條通過轉(zhuǎn)接件連接到單元式幕墻，再由幕墻連接到主體結(jié)構(gòu)，或者裝飾條直接穿過單元式幕墻連接到主體結(jié)構(gòu)上;

方案二、裝飾條與幕墻一體，根據(jù)上海建筑幕墻工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)DG/TJ08-56-2019，4.1條一般規(guī)定中，鋼化玻璃應(yīng)不大于4.5m2，因此單元式幕墻分格為1.2米寬，豎向立柱寬度以200mm、80mm寬交替布置，幕墻橫隱豎明;室內(nèi)側(cè)增加扶手欄桿;

方案三、裝飾條與幕墻一體，單元式幕墻分格為2.4米寬，豎向立柱寬度以200mm，在離室內(nèi)完成面1050mm高度位置增加橫向分格;

以上方案通過效果圖模擬，再經(jīng)綜合考慮，方案一和二由于施工復(fù)雜，容易漏水，從室內(nèi)側(cè)效果凌亂以及造價(jià)高等因數(shù)，最終選擇了方案三（見圖2）。

3、幕墻光反射分析

建筑玻璃幕墻對(duì)周圍環(huán)境會(huì)產(chǎn)生太陽光反射影響，對(duì)周圍的居民會(huì)有一定的影響，本項(xiàng)目通過專業(yè)的環(huán)評(píng)單位，出具了建筑玻璃幕墻光反射影響分析報(bào)告，結(jié)論為本項(xiàng)目玻璃反射率控制在15%以下，另外弧形區(qū)域立面玻璃反射率不大于采用12%，可以大大降低玻璃產(chǎn)生的炫光程度。考慮到玻璃效果的整體性，我們的建筑玻璃采用反射率為12%的玻璃。

4、熱工分析

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的《上海公共建筑權(quán)衡計(jì)算報(bào)告書》，透明玻璃幕墻部分U≤0.20W/（m.K），遮陽系數(shù)SC≤0.32;非透明幕墻部分U≤0.45W/（m.K）。

計(jì)算原理

面材的傳熱系數(shù)與面材邊緣的線傳熱系數(shù)在總面積上的加權(quán)，公式如下：

A——透明玻璃的面積

A——非透明板的面積

U——透明玻璃的傳熱系數(shù)

U——非透明板的傳熱系數(shù)

L——面材邊緣的長(zhǎng)度

Ψ——面材邊緣線傳熱系數(shù)

其中公式中的 U也就是我們要計(jì)算的幕墻的整體傳熱系數(shù)，也稱之為 K 值。（表1）

結(jié)論：K=1.939≤2.0，滿足節(jié)能要求。

5、結(jié)露分析

基本計(jì)算參數(shù)：

計(jì)算地點(diǎn)：上海

室內(nèi)計(jì)算溫度t：18℃

冬季室外計(jì)算溫度t：-2℃

冬季室內(nèi)相對(duì)濕度：60.00%

露點(diǎn)溫度T露點(diǎn)：10.15℃

通過粵建科?MQMC建筑幕墻門窗熱工性能計(jì)算軟件以下溫度場(chǎng)圖（圖3）

結(jié)論：溫度場(chǎng)圖顯示，室內(nèi)溫度均高于10.15℃，室內(nèi)側(cè)不結(jié)露。

6、幕墻防火構(gòu)造設(shè)計(jì)分析

本項(xiàng)目室內(nèi)設(shè)置了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，在玻璃幕墻與樓層邊沿實(shí)體墻上、下水平縫隙的防火封堵，采用厚度不小于200mm厚容重不低于100KG/m3的巖棉進(jìn)行填充密實(shí)，使用厚度為1.5mm的鍍鋅鋼板作為承托板，并與幕墻橫梁連接，另外一邊與主體結(jié)構(gòu)連接，并用防煙膠填滿縫隙。上下填充的巖棉距離不小于0.8米。

樓層每個(gè)防火分區(qū)設(shè)置不少于2個(gè)消防救援窗，相鄰的救援窗間距不大于20米，單個(gè)消防救援窗的寬度不小于1.2米，高度不小于1米，消防救援窗的下沿距室內(nèi)地面的高度為1.1米。

7、幕墻防雷設(shè)計(jì)分析

本項(xiàng)目幕墻采用了隔熱構(gòu)造設(shè)計(jì)，因此對(duì)有隔熱構(gòu)造的幕墻鋁型材，內(nèi)外側(cè)采用金屬導(dǎo)體連接，對(duì)幕墻橫豎兩方向單元板之間橡膠條縫隙連接處，采用導(dǎo)電金屬條連接，形成良好的電氣通路。每100平方米為一個(gè)單元，每個(gè)單元網(wǎng)格角點(diǎn)與防雷系統(tǒng)連接，形成電器貫通。其中連接的金屬條可以銅編織帶，也可以鋁質(zhì)等具有良好通電性能材料制作。項(xiàng)目最高點(diǎn)設(shè)置避雷帶。幕墻建筑防雷接地電阻應(yīng)符合防雷設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

8、幕墻防滲漏設(shè)計(jì)分析

單元式幕墻結(jié)構(gòu)發(fā)生漏水，基本上可以確定幕墻的縫隙中出現(xiàn)了水，在室外壓力的作用下，把水分子擠進(jìn)室內(nèi)，造成了幕墻滲水。

水分子的出現(xiàn)，是大自然現(xiàn)象，是無法通過人的意志來轉(zhuǎn)移的，所以要做到幕墻不滲水，我們需要在開展單元式幕墻結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)過程中，科學(xué)合理的對(duì)其縫隙消除，并通過平衡壓力差，消除外界對(duì)水分子的作用力，從而防止幕墻滲漏。由此，我們?cè)趩卧侥粔υO(shè)計(jì)中要考慮以下二點(diǎn)：

（1）第一道防水作為幕墻防水的基礎(chǔ)，首先單元式幕墻本身的豎料與橫梁的連接處，需要打膠密封，玻璃面板與單元式幕墻框料之間，需要通過硅酮密封膠連續(xù)密封，中間不可有漏洞縫隙存在;其次單元式幕墻板塊周邊，需要設(shè)置披水膠條，披水膠條的寬度要大于幕墻單元板安裝后的縫隙，通過披水膠條等措施，要把絕大部分的雨水排除在外。

（2）等壓腔防水設(shè)置和排水設(shè)置，雖然第一道披水膠條能把大部分雨水擋在室外，但不能排除有少量雨水進(jìn)入腔體，由此，我們需要在單元式幕墻的公母料、頭尾料按壓力平衡原理設(shè)計(jì)，公母料及頭尾料在拼接以后，能形成大于等于二個(gè)壓腔，從而通過腔體降低與室外的壓力，雨水受重力影響，從豎向腔體排入到橫向腔體，并從排水孔排出至室外。排水路徑見附圖4。

9、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

9.1設(shè)計(jì)計(jì)算依據(jù)

工程基本條件：

（1）地區(qū)類別：B類

（2）基本風(fēng)壓：WO=0.55KN/m? （根據(jù)50年一遇風(fēng)壓取值）

（3）地震烈度：7度

9.2設(shè)計(jì)荷載確定原則：

（1）風(fēng)荷載計(jì)算：

安裝荷載規(guī)范與風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告結(jié)果比較取大值

（3）幕墻結(jié)構(gòu)自重：

按規(guī)范要求，幕墻結(jié)構(gòu)自重的分項(xiàng)系數(shù)取γ=1.2

（4）荷載和作用效應(yīng)組合：

S=γS+ΨγS+ΨγS

荷載和作用效應(yīng)組合的分項(xiàng)系數(shù)，按下表2采用：

9.3幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)計(jì)算

（1）中空夾膠玻璃結(jié)構(gòu)計(jì)算：

1）部位基本參數(shù)：

最大標(biāo)高235.9米，玻璃為8mm（半鋼化）+1.52PVB+8mm（半鋼化）+12Ar+10mm（鋼化）夾膠中空玻璃，最大橫向計(jì)算分格寬度2400mm，最大縱向計(jì)算分格寬度1950mm。玻璃為四邊支撐。彈性模量E=0.72X10N/mm;松柏比ν=0.2;設(shè)計(jì)強(qiáng)度fg=84/mm（鋼化）;設(shè)計(jì)強(qiáng)度fg=56/mm（半鋼化）;

2）設(shè)計(jì)荷載確定：

根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告最大風(fēng)壓ω=0.45KN/m

計(jì)算時(shí)風(fēng)壓取大值ω=0.45KN/m

（2）其它部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

相關(guān)的立柱、裝飾條、橫梁、牛腿、預(yù)埋件、結(jié)構(gòu)膠、玻璃承壓托條、相應(yīng)的螺栓等均需要滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算，由于本項(xiàng)目的裝飾條尺寸偏大，還需要增加裝飾條的側(cè)向受力計(jì)算。

10、單元板運(yùn)輸分析

本項(xiàng)目的裝飾條尺寸寬200X深500mm，單元板厚度為185mm，外凸牛腿掛碼92mm，總計(jì)厚度為777mm，根據(jù)幕墻單元板組裝廠運(yùn)輸至項(xiàng)目工地，路線限高4.2米，根據(jù)卡車車板據(jù)限高點(diǎn)，運(yùn)輸方案一，裝飾條與單元板分離，待運(yùn)輸至項(xiàng)目后再組裝，單次貨架可以疊加7塊單元板;方案二，裝飾條在出工廠前組裝完畢，單次貨架可以疊加3塊單元板;相比方案一的運(yùn)輸效率優(yōu)于方案二，由此，選擇幕墻單元板裝飾條由項(xiàng)目工地上組裝。

11、幕墻設(shè)計(jì)性能檢測(cè)試驗(yàn)檢測(cè)分析

幕墻單元板在大面積加工安裝前，除了需要對(duì)其垂直方向變形性能、平面內(nèi)變形性能以及平面外變形性能、氣密性能、水密性能以及抗風(fēng)壓性能檢測(cè)以外，本項(xiàng)目的裝飾條尺寸比較大，需要對(duì)其增加耐撞擊性能，檢測(cè)方法可以根據(jù)《建筑幕墻耐撞擊性能分級(jí)及檢測(cè)方法GB/T38264-2019》和《建筑幕墻GB/T21086-2007》，裝飾條耐撞擊實(shí)驗(yàn)按《建筑幕墻耐撞擊性能分級(jí)及檢測(cè)方法》4.2.2條表一三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，逐級(jí)增加，撞擊物體為由3個(gè)靠攏的輪胎、配重和其它連接件組成的軟重物，總重量為50Kg，輪胎內(nèi)壓力為（0.35±0.02）MPa，試驗(yàn)中，應(yīng)避免因彈性而造成多次反復(fù)撞擊，待撞擊停止后，觀察幕墻吸收撞擊能量后仍能保持原有性能，未見零部件脫落以及發(fā)生永久變形等情況，滿足要求。

以上試驗(yàn)中，如有結(jié)構(gòu)損壞、剝落、滲水等情況發(fā)生，需要分析失敗原因，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)其調(diào)整或重新設(shè)計(jì)。

12、幕墻各分項(xiàng)設(shè)計(jì)

（1）清洗及維修分析

幕墻立面的清洗和維修是通過擦窗機(jī)來日常維護(hù)，擦窗機(jī)在每隔二個(gè)樓層設(shè)置一組防風(fēng)銷，我們把防風(fēng)銷隱藏在裝飾條中，并緊固在豎料上，通過豎料連接到幕墻牛腿。

（2）泛光配合設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目的幕墻為橫隱豎明，所以我們把燈具藏于裝飾條內(nèi)，燈光的電源及相關(guān)信號(hào)線，通過止水閥，穿過幕墻單元板連接至配電間，以上的設(shè)計(jì)即保證建筑效果的同時(shí)，也保證了幕墻的水密性。

結(jié)語：

我們通過以上步驟來設(shè)計(jì)單元式幕墻，不但保證了幕墻的安全性及質(zhì)量，同時(shí)也避免了后期施工過程中由于前期考慮不周引起的整改、反工。為項(xiàng)目順利推進(jìn)做出了貢獻(xiàn)，為同類項(xiàng)目的幕墻提供設(shè)計(jì)思路。

參考文獻(xiàn)：

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