單元式幕墻結構計算中應注意的幾個問題

摘要：單元式幕墻作為一種新型的幕墻，被更多的應用到現代建筑中。單元式幕墻設計具有十分重要的特點，作為幕墻結構工程師不能盲目地照搬照抄規范，應該把它作為一種指南、參考，在實際設計項目中做出正確的選擇。本研究就我國目前單元式幕墻的發展現狀與結構計算進行了分析，并詳細描述單元式幕墻結構設計及結構計算中的內容。

關鍵詞：單元式幕墻；結構；建議

前言：建筑幕墻按構造形式及現場安裝方式可分為框架式幕墻和單元式幕墻。目前，隨著人們生活水平的提高，對建筑物的要求也越來越高。幕墻便以時尚的特點和漂亮、張揚個性贏得了建筑師的青睞。但是，由于幕墻在我國興起的時間尚短，近幾年國內快速增長的安裝費用，使得現場安裝的費用在成本中所占比例也越來越大，為了降低成本，單元式幕墻成了唯一的選擇。國內單元式幕墻技術是從國外引進，結合中國的規范、規定發展起來的，十多年中盡管我國幕墻事業取得很大進步，但我國在幕墻設計上仍存在許多不足。

1.單元幕墻的結構特點

1.1水密及氣密性特點

單元式幕墻為提供比框架幕墻更好的水密及氣密性能，通常采用多道密封。單元式幕墻型材插接處通常采用三道膠條密封，形成兩個腔體，充分保證系統水密性、氣密性。

1.2 膠條密封特點

單元幕墻采用膠條密封，可以避免打膠可能產生的硅污染。塊間接縫深邃，立體感更佳。

1.3 板塊之間采用插接方式連接的特點

板塊之間采用插接方式連接，抗震能力強，幕墻單元板塊插接構造設計不僅能吸收層間變位還能吸收單元變形，插接方式通常可承受較大幅度建筑物移動，對高層建筑和鋼結構類型建筑特別有利。

2.單元式幕墻結構計算

單元式幕墻的結構計算在整個工程中占有非常重要的作用。 一旦結構計算出現一點的紕漏，將會釀成非常嚴重的惡果。

2.1單元式幕墻水平構件及豎直構件的應力和變形研究

水平構件超過永久荷載撓度限制的情況下，將玻璃墊塊的位置向靠近豎直構件的支承點移動，一般可能到L/8的位置；豎直構件超過限值的情況下，調節豎直構件之間連接的位置；豎直構件超過限值的情況下，安裝中間支撐點（Kicker）用以改良計算模型。

2.2單元式幕墻連接部分的設計

單元式幕墻連接部分設計的主要內容有將作用在玻璃上的風荷載傳到豎直構件和水平構件的外扣蓋型材和結構膠的研究；將玻璃自重傳到水平構件的玻璃墊塊的研究；具有傳力作用的隔熱連接材料的研究；豎直構件和水平構件連接處的剪力、扭矩，對連接件和螺釘的作用；通過水平構件傳到豎直構件上的剪力、扭矩，對單元頂橫構件的連接螺釘的作用；連接插芯和螺釘的研究；單元幕墻頂橫梁及底橫梁和水槽橫插芯梁的局部受彎研究；對將作用在開啟窗上的風荷載傳到豎直構件和水平構件的合葉，鎖，聯動桿的研究。

2.3單元式幕墻支撐結構的設計

單元式幕墻的支撐結構設計是十分重要的，這是因為支承部分是為了支承豎直構件而安裝在建筑物主體結構的樓板和梁上的固定件。支承部分在永久荷載、風荷載和地震作用方面應設計得更加安全，設計時最重要的是確定計算時所假定的Pin Point，在假定的Pin Point位置只產生剪力，依據此剪力來修正各部分的應力和連接件，用結構的平衡條件公式進行研究

3.單元式幕墻的細節設計

單元式幕墻在建筑師和開發商心中是高質量、高檔次、高效率幕墻的象征，要真正實現“三高”，必須在安裝、防水系統、收邊處理等一系列細節問題上作周密的考慮，精心的設計。尤其是現代建筑外立面形式日趨復雜，幾何外形多元化，往往不是簡單的平面，對幕墻設計提出了更高更深的要求。

3.1謹防單元式幕墻的滲漏

單元式幕墻接縫部位的縫隙和空腔外壁上的水是無法消除的，只有在“作用”上下功夫，通過消除“作用”來使水不能通過外壁縫隙進入等壓腔。內壁上的縫隙和作用特別是壓差不能消除，要使內壁不滲漏，則要使水淋不到內壁，這正好由外壁發揮的效應來達到，外壁內、外側等壓，水進不了等壓腔，水就不會淋到內壁，內壁縫隙周圍沒有水，內壁就不會發生滲漏，這樣單元式幕墻對插部位就不會有水滲入室內了。這個設計的核心原理就是使外壁內、外側等壓，雨水無法進入等壓腔，使內壁縫隙周圍沒有水，即在內壁消除滲漏三要素之一的水的因素來達到整體幕墻接縫體系不滲漏的目的。 但是，使外壁達到完全等壓是非常困難的，因此應該考慮雨幕層有偶然滲漏水的可能，一旦有水滲入，就要及時將滲入等壓室的水排出至室外。因此單元式幕墻接縫處防水構造常設計為外壁防止大量雨水滲入，少量滲入等壓腔的雨水又能及時排出，使水淋不到內壁，在內壁消除滲漏三要素中的水的因素，從而避免雨水滲漏進室內。

3.2單元式幕墻結構材料的選擇

單元式幕墻設計會涉及到不少橡膠條的設計。從事先穿槽還是后推進的安裝方式不同考慮，需要將橡膠條設計成不同的截面，不同的硬度。與結構膠相接觸的橡膠條最好是 EPDM，與接縫處密封膠接觸的橡膠條宜用硅橡膠。開啟窗周邊一圈橡膠條適合用氯丁橡膠。在不銹鋼材料的選用上，要根據使用的不同場合標明它的材質。一般用在與室外空氣接觸的地方，要選用更高檔的不銹鋼，它的耐腐蝕性更佳。有很多幕墻外立面接縫是不打膠的，因此水汽是可以透過幕墻的。考究的做法在內部做一道密封防水，可用鋁板或鍍鋅板構成，而外幕墻與防水板之間用到的固定碼件宜用鋁或不銹鋼材料。

3.3單元式幕墻結構的組合板塊設計

單元板塊有時可以設計成兩個單元板片組合成一個組合板塊，比如目前上海最高的建筑環球金融中心就是采用這種方式的。中間豎料是鎖在一起的，現場不進行對插，但有支座固定掛點。采用這種方式一定要事先弄清現場的安裝條件。如果運輸及安裝條件許可，無疑能增加工作效率，明顯加快安裝速度。有很多時候，轉角板塊也可以考慮做成組和單元，但也要根據現場施工條件來決定做成組合單元，還是轉角對插豎料

3.4關于單元板塊的吊裝設計的建議

橫梁的截面設計通常直接關系到幕墻的水密氣密性能，把橫梁壁厚做得太大不僅不能實現構造也不經濟。所以還是應該把吊裝點盡量設計在立柱上，也可用特殊加工的鋼件與立柱固定后轉接到橫梁位置再吊裝，或者直接利用單元板塊的掛件來吊裝。在吊裝的時必須設置導向繩，導向繩由地面工人牽引，由此來防止單元板塊的晃動或轉動撞擊到已經安裝好的低層的單元板塊。因此在做型材加工圖時還必須考慮導向繩與單元板塊的連接位置及方式，如果單元板塊過重，人力牽引繩無法不住，那就必須考慮安裝導向索，這些都是幕墻設計應該考慮的問題。

結語：

幕墻能使建筑物更好地呈現在大眾眼前，是一種外圍護護結構物，幕墻設計計算不僅是幕墻施工的前奏，也是建筑設計成敗的關鍵所在。單元式幕墻有比框架幕墻更復雜、多樣的構造形式，總結近些年國內單元式幕墻高速發展狀況，可以看出單元式幕墻將會是幕墻設計的主流形式，這就要求廣大的幕墻設計師更多的熟悉各種單元幕墻形式，經常相互交流。提高我國幕墻設計水平，在建筑設計飛速發展的今天是有深遠意義的。

參考文獻

[1]龔文曄.關于建筑幕墻設計的問題與建議[J].河南建材，2010（1）.

[2]JGJ 102—2003 《玻璃幕墻工程技術規范》.

[3] 趙西安.幕墻可以使用半鋼化玻璃，2009 年幕墻年會論文.2.2土建工程安全管理實施的必要性