插接型單元式幕墻和連接型單元式幕墻的介紹及對比

巴增強

摘 要：通過對插接型單元式幕墻和連接型單元式幕墻系統特點的介紹，以及各自優劣勢和使用范圍的描述，為幕墻從業者在設計和施工時提供一種參考。

關鍵詞：幕墻；插接型；連接型；構造

1 前言

在我國建筑幕墻的起步初期，對于單元式幕墻產品缺乏全面的了解。那時在國內活躍著大量的代表著幕墻行業先進技術的國外和香港的一些幕墻企業，這些幕墻企業在華的工程，給了我們學習和借鑒的基礎，國內單元幕墻的產品類型是基于對國外成熟產品的理解和改進。中國版圖幅員遼闊，氣候條件東西南北千差萬別，賦予建筑的意義也不盡相同，筆者認為，最繁榮的景象應該是百花齊放，每個建筑應根據自身的特點為其設計不同的款式，量體裁衣。插接型單元式幕墻在國內應用的較為廣泛，但連接型單元式幕墻卻很少被人熟知，本文詳細介紹這兩種類型的單元式幕墻，希望在對幕墻合理的選型方面起到一定的作用。

2 插接型單元式幕墻和連接型單元式幕墻構造系統介紹

單元式幕墻，被眾多的業主和建筑師所青睞，廣泛的被應用于建筑的外表面，尤其在高層或者超高層建筑上。縱觀國內外的單元式幕墻，有兩種主流的產品。一種是插接型單元式幕墻，單元板塊之間以立柱型材相互插接的密封方式完成組合的單元式幕墻。插接型單元幕墻分為兩種形式：橫滑型和橫鎖型。橫滑型是在單元板塊頂部設封口板，用來封住上、下、左、右4個單元板塊結合部位內外貫通的開口，也就是常說的單元“十字縫”位置，由于封口板是嵌套在上橫框的凹槽內，一端跟單元板塊固定，另一端可以跟水平相鄰板塊自由滑動。橫鎖型是在上下相鄰單元板塊的豎框設自開口的內套管，套管之間可以相互對插，在橫向上形成向鎖定，這種類型的產品應用的案例較少。橫滑型是國內常用的結構形式，其典型節點如圖1所示，筆者就以此類型為例介紹插接型單元式幕墻的特點。

插接型單元式幕墻是我們國內常見單元幕墻形式，上下左右四個邊框分別與鄰近板塊對應的邊框之間采用插接，板塊主要受力的左右兩個豎框型材截面不一致，一個稱之為公料，即設計成帶懸臂的形狀，一個稱之為母料，設計成帶有凹槽的腔體。左右兩個單元板塊通過將公料的懸臂與母料的凹槽的配合，并通過彈性膠條緊密接觸，使得二者能夠協同受力，共同抵抗外部荷載作用。系統利用膠條和型材形成等壓腔，實現結構防水，不過與對接型單元式幕墻不同的是，插接型單元式幕墻水密膠條是交錯設計，不能交圈，故在十字縫位置須補充封口板，對其內外貫通的開口進行封堵。由于橫豎框截面不一致，所以橫豎框在四個角部采用90°拼接，在橫框腔體內設置螺釘槽，利用自攻釘可靠連接。為保證水密和氣密性，通常在橫豎框的交界面用硅酮密封膠密封，對水密性和氣密性要求較高的幕墻產品，還可以在豎框的插接位置增加防水海綿。

另一種是連接型單元式幕墻，單元板塊立柱之間以共同的密封膠條進行密封完成組合的單元式幕墻。這種幕墻類型在歐洲區域應用的較為廣泛，行業內有人稱其為歐式單元幕墻，也有人稱之為雙母料系統，其典型節點如圖2 所示。

其特點是單元板塊的主受力型材截面是一樣的，都是帶有凹槽腔體的鋁合金型材，左右兩個相鄰的單元板塊，通過通長的膠條聯系起來，由于膠條是柔性材料，不能傳力，其僅起到密封的作用。在板塊左右兩側的豎框空腔的頂部有向上挑出的插板，用于與上面板塊底端的固定。此類型的橫豎框截面一致，在橫豎框連接時多采用45°組角的方式，在角部的空腔內插入合適的角碼，在型材截面上抹端面膠，用銷釘固定或者上機組角，然后通過預先打好的注膠孔在單元的四個角部注入金屬膠。單元板塊的四周裝有塑料材質的導向塊，間距一般不大于1000mm，在相鄰板塊插入時起到定位和導向的作用。值得一提的是，連接型單元式幕墻采用大量的膠條設計，不同形狀的膠條配合鋁型材形成多個等壓腔，利用雨幕原理，實現結構排水。橫向頂部擋水膠條跨單元板塊通長布置，將接頭留在板塊的中間位置，并進行焊接，保證膠條的連續。豎向膠條頂底兩端切階梯形狀的豁口，與橫向膠條進行搭接，從而使得板塊四周的膠條能夠交圈。

3 插接型單元式幕墻和連接型單元式幕墻優劣勢對比

鑒于插接型單元式幕墻和連接型單元式幕墻的不同特點，我們分析下這兩種幕墻類型的優缺點及其試用的范圍，給幕墻的設計工作者提供多一份選擇。

插接型單元式幕墻在我國大面積的采用有其獨特的優勢。單元板塊四周采用插接構造，橫豎框可以協同受力，板塊的平整度較好，在平面外的變形后易恢復原狀態。在有抗震設計的地區，這種結構形式更加適用，我們知道地震波最具破壞性的是橫波，幕墻受到其平面內水平方向的荷載，由于頂部封口板的存在，上單元的底部可以在封口板槽內自由滑動，由此來吸收地震荷載的作用，使得單元板塊本身平面內變形比主體結構層間的位移小，從而減小對單元板塊的破壞。另外由于這個單元類型具有較強的變位能力，更加適用在高層建筑上，同時其具有良好的水密和氣密性能，水密性能可達2500Pa。單元幕墻上下板塊的豎龍骨分格線可以不一致，這使得建筑立面能夠被設計的更具有層次感。這種結構類型的幕墻在我國已經應用了很多年，設計和施工人員經驗較豐富，在產品的設計和應用上比較自如，因此在原有設計的基礎上衍生出了很多改進的方案，比如《上海市建筑幕墻工程技術規范》中規定，“隔熱條不能作為傳遞荷載的受力部件”，由此出現了用機制釘連接隔熱條兩端型材的做法，荷載通過機制釘來傳遞。單元幕墻的排水方式也逐漸變得更加合理，誕生了隱藏式排水的設計理念，這些使得插接型單元式幕墻有了更多的可能性。

同時，插接型單元式幕墻也有著我們無法忽視的不足。由于單元框橫豎向的水密膠條錯位分布，不能實現交圈，因此在板塊拼接的位置會有空洞，這個內外貫通的開口是由系統構造本身造成的，需要通過在安裝的時候進行人工封堵，加入封口板來阻擋這個位置的水進入室內，由于公母料橫豎框插接位置的錯位分布，還要預留安裝和變形的余地，即使安裝了封口板，還會留有縫隙，故需要人工在封口板的四周打密封膠，對水進行封堵，但是，封口板上端與上單元板塊底部接觸的位置，在上單元板塊插入后沒有空間打膠，此位置還會漏水，有的設計者在此位置增加止水泡棉，不過在安裝后由于看不見，不能保證其安裝質量，當遇到極端惡劣天氣，還會存在漏水漏氣的問題。泡棉安裝位置和打膠質量的好壞完全取決于現場安裝工人的技藝水平，存在隱患。由于幕墻構造形式決定了此類幕墻必須有序安裝，單元板塊依次通過母料插入公料中，靈活性不夠，在單元板塊受到損壞時較不易更壞，由于橫滑式單元幕墻為四邊插接結構，所以每層最后一個單元板塊的安裝存在一定難度，無法直接從上向下吊裝固定，在方案設計時需對此位置做額外的設計。對于有角度變化的曲面幕墻，一般采用小折線擬合成大弧度的曲面，由于公母料采用插接形式，就需要針對不同的弧度開多種不同的豎框，從而增加了設計難度和成本。另外此類型的單元板塊傳力較為復雜，力的傳遞路線為從上一個單元的豎框傳遞給下一個單元的封口板和頂橫梁，再通過和單元橫豎框連接的螺釘傳遞到本單元豎框，然后通過豎框上的轉接系統傳遞到土建結構，這就要求在這條傳力路徑上的部件必須都得滿足計算要求，因此部分桿件需要加厚處理。同時頂部封口板需要和頂橫梁緊密結合以達到協同受力，這就給封口板和頂橫梁的配合增加了難度，他們之間的配合間隙稍大，兩者不能協同受力，上單元的力會通過豎框直接傳給下單元的上橫框的懸臂，其強度不夠時就會發生破壞，嚴重的話會導致上單元在的底部在下單元頂部的凹槽中直接拔出，導致板塊墜落，發生危險。

連接型單元式幕墻在國外被廣泛應用，也有著其獨到之處。這種類型的幕墻解決了插接型幕墻水密膠條不交圈，產生內外貫通空洞的問題。由于受力型材的截面是一樣的，這使得膠條能夠完全交圈，形成可靠的水密線。除此之外，這種構造的頂部中心擋水膠條是通長滿鋪的，即在十字縫位置膠條不是斷開的，豎向膠條通過結構配合和橫向膠條能夠緊密搭接，形成完全密閉的水密線。單元板塊鋁型材四周一樣的截面形式給材料的加工帶來了很大的便利，型材可以在兩端斜切45°，省去了插接型幕墻那種復雜的切削，提高了加工的速度。連接型單元板塊之間是通過膠條連接，相鄰板塊間不考慮協同受力，只需要分別計算各自板塊承擔的荷載。由于膠條是柔性材質，這樣對于一些圓弧幕墻，單元板塊之間就可以通過調節膠條的角度來滿足要求，鋁合金龍骨無需重新開模。除此之外，從力傳遞的角度來講，它的路線更為簡潔，上下兩個單元板塊是通過豎向的插板連接的，這樣就形成了連續梁結構，上一個單元板塊的力通過插板傳遞給下一個板塊的豎框，豎框再通過轉接系統將力傳遞給本層的主體結構，避免了傳力路徑過長帶來的風險隱患。

連接型單元式幕墻有眾多優點的同時，也存在著一些劣勢，需要我們在設計和施工的時候要特別注意。此類型幕墻產品設計的初衷，水是不允許通過水密膠條的，不過由于國內的施工條件和氣候條件差異等各種因素的影響，水往往會通過水密膠條進入干腔而無法被二次排掉，當受到劇烈的外部荷載沖擊時，這部分水便會進入室內。單元板塊的橫豎框是通過角碼連接，用銷釘或者撞角方式固定，最后在板塊的四個角部注入金屬膠。在上海等地的安評時，由于幕墻單元板塊都比較重，幕墻安評專家往往質疑這種連接方式的安全性，這就需要我們提供可靠性連接的報告。由于現階段國內對這種幕墻產品應用的比較少，缺乏相應的經驗，頂部擋水膠條設計的硬度偏低，鋪設完后，發現膠條出現波浪形，當上單元板塊插入后，膠條很容易發生扭曲，甚至脫位，這樣很容易導致幕墻漏水。在國內的通常做法是，一方面增加膠條硬度，另一方面在膠條內部插入鋁合金片，增加其強度以保證直線度。當選用這種幕墻產品時，需要我們加強對原有的方案認識和理解，并根據國內的實際情況進行修改和完善。

4 結束語

鑒于對插接型單元式幕墻和連接型單元式幕墻不同的特點，筆者根據自身的從業經驗對其進行了表述，希望能夠起到拋磚引玉的作用，給幕墻的從業者及其使用人提供多一份思路，讓更好的幕墻產品應用到更合適的建筑當中。

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