單元式幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題研究

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摘要：現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)單元式幕墻設(shè)計(jì)通常會(huì)出現(xiàn)各類問(wèn)題，并對(duì)幕墻功能造成不同程度的影響。筆者基于此探討了單元式幕墻設(shè)計(jì)的若干問(wèn)題，提出了單元式幕墻節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)策略，希望對(duì)設(shè)計(jì)有所指導(dǎo)和幫助。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧侥粔Γ唤Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；關(guān)鍵問(wèn)題

1建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

幕墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑的一種新型結(jié)構(gòu)型式，由于它兼具了美觀和實(shí)用等功能，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中以簡(jiǎn)潔、輕便為主要表現(xiàn)形式，所以在設(shè)計(jì)中必須要注意其結(jié)構(gòu)的安全性和功能特性。在建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要注意以下幾點(diǎn)問(wèn)題：（1）幕墻結(jié)構(gòu)是建筑物外觀結(jié)構(gòu)的一部分，它必須在滿足美觀和實(shí)用功能的同時(shí)，根據(jù)幕墻結(jié)構(gòu)的功能需求，對(duì)其構(gòu)件的設(shè)計(jì)充分考慮使用要求和足夠的強(qiáng)度、剛度，即在外力作用下的變形性的穩(wěn)定范圍。當(dāng)然有時(shí)某些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)需求偏向于某一方面的設(shè)計(jì)要求，但必須是在安全的前提下進(jìn)行。（2）設(shè)計(jì)過(guò)程中，要考慮幕墻所可能承受的各種載荷，根據(jù)建筑物所處環(huán)境與建筑物結(jié)構(gòu)形狀分析可能的風(fēng)載荷、雪載荷、重力載荷，還要根據(jù)當(dāng)期氣候條件分析溫度變化或自然災(zāi)害可能帶來(lái)的載荷影響，以及這些載荷變化帶來(lái)的幕墻結(jié)構(gòu)外形的變化，充分設(shè)計(jì)幕墻結(jié)構(gòu)的承載能力，保證結(jié)構(gòu)的安全性。（3）幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中還需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能條件和載荷設(shè)計(jì)能力，合理取值，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。避免在設(shè)計(jì)中片面強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性而忽略了安全性能，也要避免過(guò)度浪費(fèi)。在建筑物的幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在遵循以上設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上進(jìn)行幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全面考慮設(shè)計(jì)需求，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。

2單元式慕墻設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不科學(xué)

基于等壓原理，單元式幕墻設(shè)計(jì)利用幕墻橫梁與主梁之間的對(duì)插構(gòu)建出內(nèi)外空腔，兩個(gè)空腔利用幕墻橫梁泄水孔實(shí)現(xiàn)等壓。雨水在不受壓力差影響的情況下通常不會(huì)滲人內(nèi)腔，然而一旦室外風(fēng)壓出現(xiàn)變化，內(nèi)腔與外腔之間就會(huì)出現(xiàn)壓力差。此外幕墻單元板的制作與組裝均在廠房?jī)?nèi)完成，板塊到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，能夠在建筑主體結(jié)構(gòu)上直接安裝。而不管是對(duì)接或者插接，板塊上下左右以及十字接口區(qū)域必須實(shí)施密封處理。單元式幕墻設(shè)計(jì)要想確保自身水密性達(dá)標(biāo)，此類自由縫的處理是關(guān)鍵所在。導(dǎo)致雨水滲漏進(jìn)入內(nèi)腔的主要?jiǎng)恿?lái)自縫隙內(nèi)外腔之間的壓力差，所以縫隙空腔內(nèi)部氣壓必須等同于室外氣壓，避免雨水受空氣壓力差影響滲人內(nèi)腔。

2.2單元立柱膠條設(shè)計(jì)不當(dāng)

對(duì)于單元式幕墻設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，膠條設(shè)計(jì)是其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，并對(duì)單元式幕墻氣密性、防水性能、水密性以及耐久性具有決定性影響。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)工程所用膠條或多或少都存在缺陷和問(wèn)題。通常來(lái)說(shuō)，膠條加工、后續(xù)安裝、現(xiàn)場(chǎng)板塊安裝均會(huì)造成一定誤差，膠條最外層之間有可能出現(xiàn)密封性不足的問(wèn)題，對(duì)幕墻系統(tǒng)整體的水密性和氣密性造成影響。

2.3型材斷面構(gòu)造設(shè)計(jì)不合理

在幕墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇型材斷面并嚴(yán)格控制各項(xiàng)參數(shù)極為關(guān)鍵，這也是工程領(lǐng)域整體核心所在。型材斷面設(shè)計(jì)對(duì)于單元式幕墻工程效益以及施工安全有著決定性影響，更與施工工藝以及幕墻功能發(fā)揮有著直接關(guān)聯(lián)。除此之外，幕墻板塊加工以及隱形力控制安裝也極為關(guān)鍵。在濕度、荷載以及溫度等因素的影響下，幕墻板塊玻璃會(huì)發(fā)生自爆。如果幕墻板塊自身加工以及安裝質(zhì)量不合格，則會(huì)對(duì)幕墻板塊防滲漏功能產(chǎn)生直接影響。所以在幕墻設(shè)計(jì)過(guò)程中通常還需要全面總結(jié)幕墻物理特性，并展開(kāi)深入分析，對(duì)其各項(xiàng)物理參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為設(shè)計(jì)工作人員提供合理有效的數(shù)據(jù)參數(shù)。

2.4防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)

在幕墻施工開(kāi)始前首先應(yīng)完成結(jié)構(gòu)剪力墻以及內(nèi)裝或者后砌磚墻的施工。室外施工技術(shù)中單元板快的應(yīng)用技術(shù)較為成熟，因而能夠滿足實(shí)際施工需求，但仍應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)防火系統(tǒng)施工予以充分考慮。

3單元式幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵對(duì)策

3.1防水系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

單元式幕墻以往的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單元橫梁內(nèi)外兩腔由泄水孔直接連通彼此，其標(biāo)髙基本相同，一旦出現(xiàn)空氣壓力差，雨水則會(huì)受此影響通過(guò)泄水孔直接由外腔滲人內(nèi)腔，一旦內(nèi)腔中滲人雨水過(guò)多，則會(huì)經(jīng)過(guò)內(nèi)層密封膠條向室內(nèi)滲漏。而在單元式幕墻中采用有組織排水系統(tǒng)，不直接將外腔與內(nèi)腔相互連通，而選擇將橫向排水管設(shè)置于上單元橫梁處，雨水滲人內(nèi)腔后經(jīng)泄水孔向橫向排水管注人，進(jìn)而沿主梁外豎腔流向下層單元上橫梁外腔，然后向外排出。利用有組織排水可顯著改善幕墻系統(tǒng)自身的防排水性能。

3.2合理設(shè)計(jì)膠條

膠條加工、后續(xù)安裝、現(xiàn)場(chǎng)板塊安裝均會(huì)造成一定誤差。膠條最外層之間有可能出現(xiàn)密封性不足的問(wèn)題，對(duì)幕墻系統(tǒng)整體水密性和氣密性造成影響。所以第一層應(yīng)采用圓形披水膠條，并加大截面積，確保其連接功能得到滿足。對(duì)插單元模塊后應(yīng)相互擠壓膠條，將其作為第一層密封層。除此之外，還應(yīng)重視膠條的壓縮量、材質(zhì)、斷面形式以及延伸率。單元式幕墻通常情況下采用三元乙丙（EPDM）膠條作為密封性膠條，此類膠條耐水性、耐熱性、耐氣候老化性以及耐臭氧老化性較高，同時(shí)其耐化學(xué)藥品性能良好，因而能夠適應(yīng)寒冷、潮濕以及曝曬等自然環(huán)境。EPDM膠條牌號(hào)眾多，且牌號(hào)不同的膠條各有其特點(diǎn)。總而言之，EPDM膠條材料配方和化學(xué)成分是膠條工作性能及使用環(huán)境的決定性因素。

3.3排水設(shè)計(jì)

排水形式主要有兩種：一是自排水，即將漏入單元內(nèi)部的少量雨水，從后腔導(dǎo)入前腔，利用擋水膠條室外側(cè)檔刺上的排水孔排到室外；另一種是錯(cuò)層排水，錯(cuò)層排水是一種新型的排水技術(shù)，就是將本層上橫后腔所積累的雨水進(jìn)行有效組織，經(jīng)過(guò)細(xì)致合理的設(shè)計(jì)，讓水在重力作用下，通過(guò)上橫壁落下達(dá)到下層單元的上橫前腔，此時(shí)水流擁有比較大的動(dòng)能，能夠順勢(shì)通過(guò)前腔直接排到單元幕墻之外。在實(shí)踐中，兩種排水方式可以同時(shí)運(yùn)用，以保證水能夠順利排到單元系統(tǒng)外部。

3.4支座系統(tǒng)三維設(shè)計(jì)

單元式幕墻在水平和垂直位置上，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)安裝不平整現(xiàn)象，該現(xiàn)象發(fā)生的原因多半由于支座系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變形。三維設(shè)計(jì)是一種新型的設(shè)計(jì)理念，將這一理念引人支座設(shè)計(jì)可以大大增加幕墻支座結(jié)構(gòu)的可調(diào)節(jié)性。如果單元板出現(xiàn)安裝對(duì)縫問(wèn)題，施工人員可以通過(guò)調(diào)節(jié)支座結(jié)構(gòu)，改變整體幕墻的安裝走向，以達(dá)到單元式幕墻三維安裝調(diào)節(jié)的施工效果。同時(shí)這種可調(diào)節(jié)性的施工工藝還可以減小工程造價(jià)，使單元板的使用范圍擴(kuò)大，有效提高單元板材料的利用率。

3.5防火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

受單元結(jié)構(gòu)拼接設(shè)計(jì)的影響，現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)剪力墻、后砌磚墻或內(nèi)裝的施工必須在幕墻施工之前完成。因此單元式幕墻安裝施工不單要考慮室外施工面臨的多種環(huán)境問(wèn)題，還需考慮安全防火問(wèn)題。將結(jié)構(gòu)梁前面的面板設(shè)計(jì)完成后裝系統(tǒng)，可以有效規(guī)避幕墻受火災(zāi)害的影響。以單元板為基本構(gòu)件，在單元式幕墻制作中，整體框架應(yīng)留有單元板基本構(gòu)件的安裝位置。現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，吊裝運(yùn)輸軌道會(huì)將這些基本構(gòu)件一同運(yùn)輸?shù)桨惭b地點(diǎn)，施工人員將其固定在結(jié)構(gòu)上，再利用基本構(gòu)件的結(jié)構(gòu)承載力安裝防火系統(tǒng)。最后將小單元板塊固定到單元板塊的相應(yīng)位置并打膠密封，整套工作完成。

4.結(jié)束語(yǔ)

建筑物的幕墻結(jié)構(gòu)對(duì)于提高建筑物的美觀、實(shí)用功能具有十分重要的意義，對(duì)于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，在安全設(shè)計(jì)、載荷優(yōu)化、實(shí)用功能優(yōu)化和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化等方面，采取的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)幕墻結(jié)構(gòu)的低成本、節(jié)約能源、安全可靠、舒適實(shí)用等目的，這也將是現(xiàn)代建筑施工中的主要目標(biāo)。

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