孫志剛 李長(zhǎng)春 中建深圳裝飾有限公司

1 前言

在裝配式建筑大力發(fā)展的現(xiàn)狀下，單元式幕墻逐現(xiàn)優(yōu)勢(shì)，本文主要圍繞單元式幕墻設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，希望能為單元式幕墻在未來(lái)發(fā)展提供理論依據(jù)。

2 單元式幕墻的定義

單元式幕墻是指將幕墻各種面板和支撐框架（橫梁、立柱）在工廠加工組裝為幕墻單元板塊，以單元板塊的形式在工地上通過(guò)轉(zhuǎn)接系統(tǒng)直接安裝在主體結(jié)構(gòu)上的幕墻。

3 單元式幕墻的優(yōu)點(diǎn)

（1）安裝速度快，現(xiàn)場(chǎng)安裝周期短，特別適用于施工場(chǎng)地狹窄的高層建筑；

（2）幕墻表面安裝較平整，幕墻板塊和龍骨間的拼縫效果好；

（3）幕墻的水密和氣密性能可靠；利用等壓腔原理實(shí)現(xiàn)幕墻的排水和防水，密封性能好，因單元板塊全部在工廠加工組裝，并進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)，不依靠現(xiàn)場(chǎng)工人高空操作的水平來(lái)保證質(zhì)量，故幕墻的水密和氣密性能會(huì)更可靠；

（4）單元板塊之間的拼縫采用柔性橡膠膠條代替硅酮密封，因柔性橡膠膠條吸附灰塵的能力較硅酮密封膠少，故降低了幕墻的污染；

（5）單元構(gòu)件是采用電腦控制加工中心在工廠內(nèi)完成加工，保證了加工質(zhì)量；

（6）單元式幕墻的掛接系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單元板塊的三維調(diào)整，可以適應(yīng)正常土建結(jié)構(gòu)偏差的2 倍，使幕墻系統(tǒng)較大的吸收外因素造成的變位，從而提高了幕墻的抗震性能。

4 單元幕墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)

4.1 幕墻的雨幕原理

雨幕的設(shè)計(jì)原理是指如何阻止雨水對(duì)幕墻表面的滲透，這一原理的應(yīng)用，主要形成因素為在接縫位置內(nèi)部有空氣的腔體要保持和室外的連通，保證腔體與室外處于等壓狀態(tài)，內(nèi)部有空氣腔體的外表面即上述所說(shuō)的“雨幕”。等壓狀態(tài)的取得是使內(nèi)部有空氣的腔體與室外大氣相流通。

4.2 單元幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

所謂的單元幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)際上就是在滿足建筑外視效果、在可控的成本范圍內(nèi)，通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)幕墻各種性能要求。

4.3 單元插接原理設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)方式

單元幕墻插接的設(shè)計(jì)原理就是板塊間的橫立柱插接部位，要保證單元體間的插接在整面幕墻上的連續(xù)性，插接部位不允許存在密封的間斷點(diǎn)，保證幕墻的密封。單元板塊插接的十字交叉點(diǎn)是最容易產(chǎn)生問(wèn)題的位置，因此不管在設(shè)計(jì)過(guò)程中還是安裝過(guò)程中該處都要重點(diǎn)考慮。對(duì)于單元幕墻插接的設(shè)計(jì)原理的實(shí)現(xiàn)方式有兩種，一種為密封線的前置方式，一種為密封線的后置方式。密封線的前置方式優(yōu)于密封線的后置方式，所以現(xiàn)在的做法為密封前置方式。密封線前置的做法見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 單元縱剖節(jié)點(diǎn)圖

圖2 單元橫剖節(jié)點(diǎn)圖

如圖1和圖2所示，單元體下橫梁①面和立柱②面在一個(gè)平面上，③面和④面在一個(gè)平面上。公立柱的前插接刺在①、②面的外側(cè)，后插接刺在③、④面的外側(cè)，單元板塊安裝時(shí)可避免單元體公立柱插接刺與上橫梁插接刺的干涉，保證單元豎向插接密封性；同時(shí)，位于上橫梁插接刺上的膠條可以壓在①、②、③、④面上，保證了單元橫向插接密封性；可通過(guò)在公立柱前插接刺與上橫梁批水膠條間的空隙內(nèi)填充閉合海綿條的方式，保證單元體橫向插接密封性。在十字接縫位置，上下橫梁插接處要加泡棉密封。

4.4 水密性設(shè)計(jì)

4.4.1 設(shè)計(jì)原理

單元式幕墻水密性能設(shè)計(jì)原理是指通過(guò)單元體之間的插接和擋水密封膠條的設(shè)置，使單元板塊的插接位置形成多個(gè)腔體，并與室外大氣連通，將幕墻的氣密線和水密線分開(kāi)處理。從而使進(jìn)入腔內(nèi)的雨水通過(guò)自身重力順利排到室外，保證靠近室內(nèi)側(cè)的位置（即：氣密線）無(wú)水的存在，實(shí)現(xiàn)幕墻的水密性能。

4.4.2 設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

從圖2 的構(gòu)造形式可以看出，正常情況下，單元會(huì)有三四道擋水密封膠條，擋水量由外至內(nèi)遞減，根據(jù)四性試驗(yàn)確定外側(cè)第一道膠條上的排水口的大小，對(duì)于第二道批水膠條，在成本允許的情況下選擇合適的批水膠條，整體式的批水膠條擋水性能比較好。

各密封面的密封可靠性主要與板塊的安裝定位是否準(zhǔn)確、膠條具體尺寸設(shè)計(jì)是否合理有關(guān)，在安裝過(guò)程中必須保證板塊的插接縫尺寸與設(shè)計(jì)尺寸相同，從而保證橫立柱插接處膠條對(duì)接嚴(yán)密，通過(guò)膠條密封防止大量進(jìn)水，該膠條的具體尺寸一定要慎重選擇，膠條太小則水密、氣密性能無(wú)法保證，膠條尺寸太大則安裝比較困難。

4.4.3 擋水設(shè)計(jì)

單元式幕墻均采用密封膠條進(jìn)行擋風(fēng)、擋水，幕墻第一道擋水密封膠條俗稱塵密線。它的作用是防止灰塵和大量雨水進(jìn)入內(nèi)部腔體。擋水密封膠條在使用時(shí)具有一定的拉伸壓縮性能，保證幕墻單元板塊在發(fā)生變位時(shí)，擋水密封膠條仍具有一定密封擋水性能。

4.4.4 排水設(shè)計(jì)

一般情況下，單元式幕墻插接形成的腔體至少有兩個(gè)。根據(jù)插接形式和擋水密封膠條的不同，還可以形成更多的內(nèi)部腔體，如圖1和圖2中的等壓腔體Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。

在擋水密封膠條的室外側(cè)擋刺上增設(shè)排水孔，使腔體Ⅰ與室外大氣形成貫通。

在擋水密封膠條的室內(nèi)側(cè)擋刺上增設(shè)排水孔，使腔體Ⅱ與腔體Ⅰ形成貫通。

在單元體上橫梁的前插接刺上增設(shè)排水孔，使腔體Ⅲ與腔體Ⅱ形成貫通。

4.4.5 單元幕墻排水路線

室外雨水可通過(guò)兩種途徑進(jìn)入單元體插接形成的空氣腔體，即兩單元板塊橫梁或豎立柱間的擋水密封膠條搭接處。通過(guò)橫梁擋水密封膠條搭接處進(jìn)入腔體Ⅰ內(nèi)的水，一部分可通過(guò)擋水密封膠條擋刺上的排水孔排出，另一部分進(jìn)入腔體Ⅱ內(nèi)的雨水會(huì)在自身重力作用下通過(guò)擋水密封膠條間的縫隙排出，另外極少量進(jìn)入腔體Ⅲ內(nèi)的雨水，通過(guò)上橫梁前插接刺上的排水孔排到下層單元的腔體Ⅱ中，最后通過(guò)上述原理排到室外。通過(guò)立柱擋水密封膠條搭接處進(jìn)入腔體Ⅰ內(nèi)的水，一部分通過(guò)自身重力落到上橫梁的披水鋁板或披水膠條上，與橫梁腔體Ⅰ內(nèi)的雨水一同排出。另一部分進(jìn)入等壓腔Ⅱ的大部分雨水會(huì)通過(guò)自身重力落到上橫梁的披水鋁板或披水膠條上，與橫梁腔體Ⅱ內(nèi)的雨水一同排出。還有少量雨水會(huì)進(jìn)入腔體Ⅲ內(nèi)，通過(guò)上橫梁前插接刺上的排水孔排到下層單元的腔體Ⅱ中，最后通過(guò)上述原理排到室外。

單元體幕墻排水路徑詳見(jiàn)圖3。

圖3 單元幕墻排水路徑示意圖

4.4.6 單元式幕墻的排水設(shè)計(jì)

單元式幕墻在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)成逐層排水或分層排水，采用分層排水時(shí)一般不超過(guò)2 層。單元幕墻的排水有以下兩種設(shè)計(jì)方式。

整體式披水膠條具有防水密封可靠，幕墻板塊插接縫位置密封效果好，打膠粘接環(huán)節(jié)少，依托膠條實(shí)現(xiàn)單元板塊件間進(jìn)出水通道的阻隔，不會(huì)因單元板塊發(fā)生變位而造成破壞。

采用批水鋁板，其加工難度和造價(jià)均較低，且防水性能優(yōu)良；其防水性能主要依靠現(xiàn)場(chǎng)打膠保證，在板塊發(fā)生變位時(shí)或造成膠縫撕裂，其本身無(wú)法實(shí)現(xiàn)單元板塊件間進(jìn)出水通道的阻隔，需在單元上橫梁上進(jìn)行單獨(dú)的阻隔設(shè)計(jì)。整體式披水膠條與批水鋁板在原理上均可達(dá)到相同效果，但批水鋁板依賴于其他設(shè)計(jì)和施工方法，綜合對(duì)比，整體式披水膠條性能更好。

4.5 氣密性設(shè)計(jì)

4.5.1 設(shè)計(jì)原理

氣密性設(shè)計(jì)原理是指通過(guò)在單元幕墻③面位置設(shè)置膠條、閉合海綿以及打密封膠形成最后一道密封線，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外空氣的阻隔。氣密性位置必須設(shè)置密封膠條，插接位置的膠條形狀、尺寸和槽口的設(shè)計(jì)應(yīng)相同。同時(shí)在板塊交接位置的上橫梁上放置300mm 長(zhǎng)左右的閉合海綿，單元板塊安裝后閉合海綿具有一定的壓縮和回彈能力，以保證幕墻的氣密性能。

4.5.2 密封膠密封

應(yīng)在十字接縫處打密封膠密封，保證密封線的連續(xù)完整性。

4.6 板塊變位預(yù)留量的設(shè)計(jì)

4.6.1 插接預(yù)留尺寸H、D的確定方法

板塊間的插接尺寸H、D應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)變形量、溫度和自重引起的變形、地震影響及板塊加工、組裝、安裝的誤差等多方面因素。

4.6.2 橫梁插接預(yù)留尺寸設(shè)計(jì)

H1～H4的尺寸大小均應(yīng)≥H。其中，H1、H2、H4為單元板塊件預(yù)留的壓縮尺寸，避免上下兩單元因結(jié)構(gòu)變位造成相互擠壓破壞；H3為單元插接受力尺寸，避免上下兩單元不會(huì)因結(jié)構(gòu)變位造成插接脫落。

4.6.3 立柱插接預(yù)留尺寸設(shè)計(jì)

立柱插接尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)適應(yīng)各種變形因素，一般單元板塊的橫向插接變位小于豎向插接變位。D1～D3的尺寸大小均應(yīng)≥D。D1、D3為單元板塊件預(yù)留的壓縮尺寸，避免左右兩單元因結(jié)構(gòu)變位造成相互擠壓破壞；D2為單元插接受力尺寸，保證左右兩單元不會(huì)因結(jié)構(gòu)變位造成插接脫落。

4.7 橫滑插芯設(shè)計(jì)

4.7.1 插芯的作用

單元式幕墻插芯具有定位和導(dǎo)向作用，單元幕墻板塊是靠插接刺和槽口相互插接，槽口內(nèi)設(shè)置柔性膠條，因膠條具有拉伸和壓縮能力，單元板塊無(wú)法準(zhǔn)確定位，單元插芯插入緊密配合的槽口內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)定位，并且具有安裝導(dǎo)向作用。

4.7.2 承壓的作用

對(duì)于所有的橫滑式單元幕墻，風(fēng)荷載作用到幕墻外表面上時(shí)，單元板塊上下橫梁和左右立柱交接位置也是通過(guò)下單元插芯將上單元所承受的部分風(fēng)荷載傳到下單元板塊的固定端，再由下單元固定端傳遞到主體結(jié)構(gòu)上。因而，單元插芯在整個(gè)受力體系起承壓的作用，插芯的承壓能力必須通過(guò)計(jì)算確定。

4.7.3 插芯的排水和密封作用

單元式幕墻的特點(diǎn)在于合理的干法密封設(shè)計(jì)與施工，并使幕墻能有效地疏導(dǎo)排水。單元式幕墻橫豎龍骨在設(shè)計(jì)合理時(shí)，單元板塊的拼縫處往往是幕墻的密封和防水性能的薄弱位置。因此，插芯除連接相鄰兩單元板塊外，其還可保證相鄰板塊件的水密性能和排水的功能。

4.7.4 橫滑插芯強(qiáng)度設(shè)計(jì)

由于插芯在單元幕墻系統(tǒng)中起著承壓作用，所以插芯的截面尺寸和長(zhǎng)度必須滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算要求。對(duì)于橫滑單元式幕墻，上單元板塊和下單元上橫梁相互插接位置構(gòu)成單元立柱的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，因單元上橫梁多采用開(kāi)腔體系，自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度很難滿足計(jì)算要求，就需要插芯參與單元體的計(jì)算，并作為該簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)的下支點(diǎn)。單元上橫梁插接刺在承壓計(jì)算時(shí)不能將其作為一個(gè)整體連續(xù)體，應(yīng)將其承壓段（承壓段長(zhǎng)一般取300mm）和插芯配合計(jì)算，以確定插芯截面和長(zhǎng)度。

4.7.5 橫滑插芯其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

底部和前后壁應(yīng)與上橫梁應(yīng)留有足夠的打膠間隙，保證密封膠的變位能力。當(dāng)采用立柱開(kāi)釘槽時(shí)，由于上橫梁向立柱打釘情況時(shí)，插芯要預(yù)留間隙，避開(kāi)釘頭。

4.8 橫滑式單元幕墻轉(zhuǎn)角收口設(shè)計(jì)

4.8.1 在轉(zhuǎn)角部位做幕墻收口處理

建筑周圈均為單元幕墻時(shí)，單元幕墻的最后一個(gè)板塊將無(wú)法正常安裝，所以在單元幕墻交圈的最后收口部位需做特殊處理。幕墻的轉(zhuǎn)角可以做收口處理的，如圖4 所示，當(dāng)單元幕墻收口為轉(zhuǎn)角時(shí)，需要做一樘雙公框單元和一樘雙母立柱單元。當(dāng)同層除雙母立柱單元外的所有板塊都安裝后，再將雙母立柱單元板塊從上至下安裝，完成板塊交圈收口。

圖4 收口為轉(zhuǎn)角單元板塊做法示意圖

4.8.2 轉(zhuǎn)角板塊的主定位點(diǎn)設(shè)置

轉(zhuǎn)角兩側(cè)的單元板塊主定位點(diǎn)應(yīng)設(shè)置靠近轉(zhuǎn)角處。因?yàn)殡p公框結(jié)構(gòu)與其相對(duì)應(yīng)的雙母立柱結(jié)構(gòu)在板塊內(nèi)水平方向上的伸縮量很小，如果雙公框板塊的定位點(diǎn)在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)角的一側(cè)，則靠近轉(zhuǎn)角的一側(cè)在溫度變形作用下，會(huì)產(chǎn)生沿板塊內(nèi)水平方向的伸縮，該伸縮無(wú)法從結(jié)構(gòu)上消除，對(duì)結(jié)構(gòu)不利；而雙母立柱結(jié)構(gòu)，雖然理論上沿著板塊內(nèi)水平方向的伸縮可以通過(guò)結(jié)構(gòu)消除，但是轉(zhuǎn)接處結(jié)構(gòu)變位情況復(fù)雜，應(yīng)將變位點(diǎn)設(shè)在靠近直面的簡(jiǎn)單受力部位。

4.9 橫滑式單元幕墻大面收口設(shè)計(jì)

橫滑式單元式幕墻的密封為周圈插接，故每層最后一塊單元板塊的安裝難度是最大的，正常情況的單元板塊無(wú)法從上向下進(jìn)行安裝固定，在施工的各工程中，主要有以下四種解決方法。

4.9.1 收口部位放在與其他類型的幕墻結(jié)構(gòu)交接位置

此種方法適用于幕墻不為單一的單元式幕墻，在每一層均存在與單元式幕墻交接的其他幕墻結(jié)構(gòu)，因其他幕墻結(jié)構(gòu)為非插接結(jié)構(gòu)，故可以把單元幕墻的收口板塊定為與其他幕墻交接的板塊，這樣可是實(shí)現(xiàn)單元幕墻的收口作業(yè)。

4.9.2 預(yù)留三塊單元板塊做法

預(yù)留三塊單元板塊，通過(guò)調(diào)整左右兩側(cè)單元以實(shí)現(xiàn)中間收口單元的安裝。該方法需對(duì)單元板塊反復(fù)調(diào)整，且調(diào)整困難，考慮現(xiàn)場(chǎng)的施工難度，此種收口方法不推薦使用。

4.9.3 雙母立柱收口板塊做法

如圖5 所示，如采用正常公母立柱插接體系，中間收口單元板塊的右側(cè)立柱插接刺勢(shì)必與其右側(cè)單元板塊上橫梁產(chǎn)生干涉，無(wú)法進(jìn)行安裝，可采用雙母立柱體系避開(kāi)干涉情況，如圖6 所示。此插接體系是單元收口板塊左右立柱均采用母立柱，其右側(cè)單元板塊采用雙公立柱做法，可保證中間收口板塊從上而下安裝時(shí)，可避免上述干涉情況，實(shí)現(xiàn)單元板塊的交圈收口。此做法不會(huì)影響單元式幕墻的氣密和水密性能。

圖5 正常單元板塊做法示意圖

圖6 收口為雙母立柱單元板塊做法示意圖

4.9.4 單元板塊銑豁插接做法

如圖5 所示，如采用正常公母立柱插接體系，中間收口單元板塊的右側(cè)立柱插接刺勢(shì)必與其右側(cè)單元板塊上橫梁產(chǎn)生干涉，如不采用雙母立柱做法，可對(duì)單元板塊上橫梁進(jìn)行開(kāi)缺口處理避開(kāi)上述干涉，以實(shí)現(xiàn)收口板塊的插接。該兩個(gè)銑豁位置位于單元十字接縫處的披水膠條（披水板）和橫滑插芯位置。在單元十字接縫處理過(guò)程中，這兩處豁口可用密封膠封堵，不影響單元整體的密封效果。以上做法均可解決橫滑式單元幕墻的收口問(wèn)題，具體可依照工程實(shí)際情況，選取適用方案。

5 結(jié)束語(yǔ)

以上論述僅代表大多數(shù)單元幕墻工程到的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，也是作者在單元幕墻設(shè)計(jì)中的體會(huì)，具體工程還要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)施工。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)幕墻企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，且幕墻價(jià)格透明度高，微利運(yùn)行，在幕墻設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，要綜合分析，廣泛借鑒，合理選擇經(jīng)濟(jì)、高效的設(shè)計(jì)系統(tǒng)和施工方案，同時(shí)也要遵循安全與質(zhì)量并重的原則，使利潤(rùn)最大化。