淺談單元幕墻設計

【摘要】越來越多的工程采用單元幕墻，單元幕墻加工精度高，工廠生產線組裝效率高，現場干法施工，安裝快捷，能縮短工期，消除現場許多安裝隱患。 本文簡要分析了單元幕墻設計的幾個注意要點，并提出相應的措施，希望能對單元幕墻設計師們提供一些參考。

【關鍵詞】防水設計；彎弧單元設計；開模設計；轉接系統設計

當前單元幕墻使用程度雖然很高，但系統構造能做到非常合理的不是很多，合理的單元幕墻系統必須在設計過程中考慮全面，本文就是針對單元幕墻設計需要著重注意的幾個方面來進行分析，希望能設計出更多更好的單元幕墻系統。

一、單元幕墻的防水設計

（一）單元幕墻的防水原理

大家知道，單元幕墻是現場干掛施工，無需打注密封膠，那么這套系統靠什么防水呢？即“雨幕原理”。“雨幕原理”就是：單元橫豎插接縫設置等壓腔，靠近室外的為濕腔，靠近室內的為干腔，兩腔體周圈用三元乙丙膠條封閉，在單元十字插接縫處，單元豎向插接腔體是開放的，兩腔體此處空氣聯通，使得干腔和濕腔等壓，到達濕腔的水就沒有壓力進入干腔，從而在幕墻外表面形成一道“雨幕”牢牢阻止雨水進入室內。我們可以通過圖1和圖2來了解單元幕墻的防水排水路線。

室外的雨水可以通過兩種途徑進入型材的等壓腔內，即橫框的擋水膠條搭接處和豎框的擋水膠條搭接處。通過橫框的擋水膠條搭接處進入等壓腔A的水，會在重力作用下通過擋水膠條直接排出，還會有極少量雨水進入等壓腔B，進入等壓腔B的水，通過橫框前端排水孔排到橫框外腔，水沿橫框外腔往兩端豎框排，橫框外腔與豎框交接處開排水孔，將水排到豎框外腔，豎框外腔里的水在重力作用下直接排到下一單元的橫框A腔，最后直接排出室外；通過豎框的擋水膠條搭接處進入等壓腔A的水，可以直接落到上橫框的披水板上，水在重力作用下通過擋水膠條直接排出，還會有極少量雨水進入等壓腔B，豎框等壓腔B的水在重力作用下排到下一板塊上橫框等壓腔B里，橫框等壓腔B里水又如上面所述一樣排出室外。

（二）單元幕墻的防水構造設計

知道了單元防水原理，我們設計時就要考慮按照防水原理來合理設計防水構造，首先考慮鋁型材開模，要考慮干濕腔構造，按排水方式分內排水和外排水兩種構造，內排水是上橫干腔中少量水通過上橫框開排水孔把水排到豎框濕腔，然后通過下一單元橫框排出。外排水是上橫干腔中少量水通過上橫框開排水孔直接排出。總體來說內排水防水效果好，因為內排水排水口不直接面對室外，外面暴風雨不能倒灌進入室內，并且排水口不宜被外界塵土堵住，故暴風雨多發地區單元幕墻應優先采用內排水方式。不管是內排水還是外排水構造，在設計型材開模時，都應當將豎框干腔邊界線與下橫框插接口邊線齊平，這樣可以使上橫框插接刺上膠條在豎框處連續，避免十字插接口處漏水，同時在豎框銑加工避位橫框槽口時銑刀豎框干濕腔壁。具體詳見圖3所示。

二、彎弧單元幕墻設計

好多單元幕墻工程存在彎弧面，一般來說是橫向彎弧，彎弧面所有橫框及橫框扣壓板均需彎弧，彎弧對于單元幕墻的加工工藝要求很高，隨著彎弧半徑的減小而提高，即彎弧半徑越小對生產工藝要求越高。

（一）彎弧對型材的影響

從廠家購買回來的型材都是經過表面處理過的，如氟碳噴涂、粉末噴涂等，如果噴涂的型材進行彎弧再加工，勢必要破壞型材的表面處理，設計提料時彎弧型材應提素材，并且素材的料長應是彎弧長度加上彎弧夾具夾持長度（具體根據彎弧廠家工藝要求確定，一般一邊加250mm左右）。

從彎弧工藝來說，彎弧勢必會對型材外弧進行拉伸，如果彎弧半徑過小，型材容易被拉裂或崩腔，特別是開腔型材，應根據彎弧廠家工藝增加彎弧型材開模厚度，避免型材彎弧時被拉裂或崩腔。

（二）彎弧對單元插接的影響

單元幕墻上下公母橫框是插接的，如果對上下公母橫框進行彎弧，彎弧后插接母橫框的插接腔寬度會產生偏差，導致公母框插接時插接不上，我們在設計彎弧幕墻的插接母橫框時應根據彎弧半徑大小和彎弧廠家工藝，適當加大母橫框的插接腔間隙，根據間隙大小裝配適當的壓縮膠條，從而滿足彎弧公母插件存在的配合問題。

三、單元幕墻的型材開模設計

單元幕墻設計的靈魂就在開模設計，一套好的型材模具不僅要滿足業主和建筑師的外視效果要求，還要從加工工藝、安裝簡便方面考慮，同時要滿足風壓、氣密、水密等功能要求。所有單元幕墻的技術含量全包含在型材開模圖里，可以這樣說，型材開模就是幕墻公司的核心技術。

（一）開模截面設計

開模前期，我們首先根據建筑師對幕墻內視和外視效果要求，合理設計型材外輪廓大小、既要滿足建筑效果，又要考慮型材制作工藝性，如果出現大輪廓型材，型材的外接圓直徑大于型材廠家鋁錠最大擠壓直徑，此型材超出型材廠家的生產加工能力，無法生產，我們應與建筑師溝通，將大輪廓型材改成分體式，兩個型材或者多個型材裝配在一起來實現大輪廓型材的要求。

對于幕墻受力鋁型材（如幕墻橫豎框），在規定的風荷載下，要求受力鋁型材的慣性矩大于某一個值（此值經過結構計算得出），同樣的慣性矩下，同樣的截面輪廓下，我們應考慮如何降低材料用量來達到節約成本目的，如圖4所示，截面二的線密度小于截面一的線密度，然而截面二慣性矩卻大于截面一，我們在設計時就要采用截面二這種方案，既節約了鋁型材又增大了型材抵抗矩，改變型材的局部壁厚，把材料用到最需要的地方。

（二）單元開模設計

單元橫豎框工廠組裝是用自攻釘機械連接在一起，橫框上應開釘線槽，釘線槽如圖5所示，釘線槽直徑φA的大小要根據配合的自攻釘大小來定，一般情況下φA比配合的自攻釘直徑小0.6mm，如果用ST6.3的自攻釘，釘線槽直徑φA應該為5.7mm；如果釘線槽過小，工人裝配時不容易打釘，反之如果釘線槽過大，會導致自攻釘連接松動導致裝配失效。橫框釘線槽與豎框對接的地方應局部加厚，用以加固自攻釘連接強度。

單元橫豎框如果截面寬度一樣，建議設計開模時將橫框截面寬度減少0.5mm，因為模具都是有圓角的，最小的圓角也有0.3mm，豎框的圓角與橫框對接時就會產生橫框漏白，設計時將橫框減少0.5mm就避開豎框的圓角了。

單元橫豎框釘線槽不能距豎框邊太近，如圖6a所示即是錯誤的，釘槽距豎框邊太近，產生局部應力，此釘連接容易失效，如圖6b就是正確的釘槽設計，釘槽中心距離豎框上下邊沿距離L要大于等于1.5d（釘槽內孔直徑）。

單元幕墻橫豎框表面處理是氟碳噴涂或者粉末噴涂，單元橫豎框與玻璃連接一般靠結構膠粘接，噴涂面與結構膠不相溶，開模圖設計時要標注清楚型材哪個位置是結構膠粘接面，這些位置在型材噴涂時應貼上高溫保護膜，防止粘接面被氟碳噴涂或者粉末噴涂導致不與結構膠相溶。如圖7所示。

開模圖設計時還要考慮結構膠打注的工藝性，比如打膠機膠槍最小直徑是φ6mm，我們在設計開模圖時要考慮使玻璃與型材的間隙（結構膠通過間隙）不能小于6mm，否則就會導致結構膠無法打注。如圖8所示。

單元幕墻型材配合一般為插接、扣壓、鉤扣、嵌接等等，這幾種配合方式都需要開模時在構造上留出足夠的行程，否則型材間沒有配合間隙就無法組裝，給公司帶來巨大損失，這一點要特別注意。另外除了這些連接外可能還有一些機械連接：自攻釘連接，螺接，鉚接等，開模時也要考慮工人安裝時用的工具，給工人和工具留出施工空間，否則也會導致無法打釘，無法螺接，無法鉚接。

四、單元幕墻的轉接系統設計

單元幕墻與主體結構連接靠轉接系統，轉接系統包括掛件、轉接件與埋件三種構件。配合要能吸收主體結構偏差，偏差是多方位的，要能實現三項六自由度調節，使單元板塊在結構偏差范圍內準確而牢固的連接到土建結構上。

轉接系統包括：預埋件、轉接件、掛件。

預埋件按安裝位置分為平埋和側埋，平埋是預埋件錨固在結構邊沿的樓板水平面上，側埋是預埋件錨固在結構邊沿樓板或邊梁豎直面上。從安裝方面講，如果條件可行的情況下轉接系統盡量設計為平埋轉接系統，因為現場工人進行單元掛接施工時，可以在室內操作，即安全又節省施工措施費。但是如果遇到剪力墻部位，或者室內地坪較低無法遮擋單元掛件時，我們就只能設計為側埋轉接系統，側埋轉接系統的優點是掛件不占用室內空間，隱藏在層間樓板里。如圖9所示。

轉接件與掛件連接既要能吸收結構帶來的偏差又要能實現三項六自由度的安裝調節，轉接件與掛件應該設計成線接觸，這樣才能進行適當的角度調節，一般在鋼轉接件上加個鋁套芯，鋁套芯的截面形狀設計成弧度形狀，并在套芯與掛件接觸點設計出凸點。單元的左右調節是在掛件上開橫向長條孔，單元的上下調節是在轉接件和套芯上開豎向長條孔，這個能吸收部分上下誤差，另外上下螺栓也能微調單元上下高度。如圖10所示。

五、結束語

采用單元幕墻的建筑越來越多，單元的種類也多式多樣，按面材可分：單元玻璃幕墻、單元鋁板幕墻、單元石材幕墻等等；按排水方式可分：內排水單元、外排水單元；按插接方式可分：橫滑單元、橫鎖單元；所有這些種類的單元，不管如何變化，我們只要抓住單元的設計要點，趨利避害，合理設計，就能設計出大家滿意的單元幕墻。

參考文獻

[1] 玻璃幕墻工程技術規范[Z].JGJ102-2003.

[2] 金屬與石材幕墻工程技術規范[Z].JGJ133-2001.

作者簡介：白鶴鳴（1977.07—），男，漢族，河南人，學士，中級工程師，研究方向：建筑幕墻。