裝配式石材幕墻的設計分析

劉發令 謝陳堅 陳家前 高耀明

摘 要：隨著整個社會工業化、機械化、信息化進程的加快，傳統幕墻結構已經很難適應建筑行業的發展需求。《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》提出“要爭取用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%”。因此為適應整個建筑行業的需求，一種新型的幕墻形式——裝配式幕墻結構運而生。

裝配式幕墻實現了幕墻行業從“建造”到“制造”的過程，大量的工作均在工廠內完成，現場僅需進行必要的連接、拼裝即可。現場工序簡單，避免了施工通病造成的缺陷和返工，大大提高了工程的可靠性，更重要的是環保和節能，由于現場操作量的減少，粉塵和噪聲幾乎沒有，施工過程綠色、環保，同時也減少了安裝過程中的能源損耗。

北京城市副中心正是采用了裝配式幕墻設計理念，以新型建造設計方案，創導綠色施工、節能環保。充分發揮裝配式建筑的優勢，與時間賽跑，為祖國首都建設千年優質精品工程。

關鍵詞：裝配式建筑；裝配式石材幕墻；設計理念；實現方案

1 前言

北京城市副中心行政辦公區工程作為北京市政府東遷通州副中心的政府性工程，從建設初期就擔負著一系列不同尋常的歷史使命。作為市政府辦公類建筑項目，不僅工期短，更要求工程質量高且須完全符合國家相關建筑控制項。北京城市副中心的主體建筑及結構設計完全按照《北京市人民政府辦公廳關于加快發展裝配式建筑的實施意見》（京政辦發〔2017〕8號）的規定，實現了建筑主體結構為全鋼結構裝配，鋼柱、鋼梁由工廠預制完成，相關連接部位件預留，現場僅進行主體鋼結構的連接作業。B1工程為一組建筑，含3棟主樓（高7～8層不等）和5棟裙房（高1～2層），主樓和裙房之間通過13個連廊連接起來形成一個建筑群。整個建筑外帷幕為石材和窗，屋面為金屬板屋頂屋面和鋁合金格柵。

按照建筑形體的特點，建筑外幕墻整體考慮為裝配式幕墻板塊，按系統構造分為裝配式石材板塊、裝配式幕墻窗板塊、裝配式金屬欄桿板塊。論文主要針對裝配式石材幕墻板塊設計進行分析。

2 裝配式石材幕墻板塊的構造設計分析

裝配式石材幕墻是一種集成較高的幕墻系統，通過設計及加工，將零散的預制構件（結構鋼架、保溫一體板、飾面面板）在工廠組裝好，現場僅進行主體結構連接作業的一種幕墻。

2.1 結構鋼架

石材幕墻板塊結構鋼架采用了全鋼構件構造，全部要求在工廠車間作業完成，其結構鋼架的連接形式采用車間焊接工藝，保證結構剛度。

石材幕墻板塊在工廠預裝連接加強鋼件，板塊連接加強鋼件預制安裝孔，用于后期現場吊裝、裝配式幕墻窗板塊的安裝及與主體鋼結構的螺栓連接。

鋼架、連接件整體焊接制作完成后，整體置于鍍鋅池中鍍鋅以達到規定的鍍鋅層厚度。

2.2 保溫一體板

石材幕墻板塊內側連接保溫一體化板，保溫一體化功能板塊實現了保溫、隔音、防水功效。保溫一體板通過不銹鋼沉頭釘固定于結構鋼架預設的龍骨上。

保溫一體化板采用的保溫材料為100mm厚度憎水型保溫巖棉（容重應不小于110KG/m3，憎水率應不小于98%，吸水率應不大于6%）。0.9mm的鋁鎂錳防水合金板（材質AA3004-H24，原色平板）作為石材幕墻板塊的第二道防水體系（石材外面板完全封閉防水），在石材外面板密封防水假設失效的前提下，仍然有第二道防水體系功能；1.2mm隔音氈+2mm的隔音鋼板作為保溫一體板的隔音功能模塊，保證了石材幕墻板塊作為該建筑的不透明墻體部分達到隔聲指標>48dB。室內面的12mm硅酸鈣板（性能指標見表1）給建筑內部裝修提供了基體墻面條件。保溫一體板內層龍骨支撐結構采用C型鋼，C型鋼的單臂特點有助于降低整個系統的冷橋。裝配式保溫一體板同樣為非承重結構構件， 不承受建筑物載荷，只承擔自重、風壓、地震、溫差等產生的應力。

2.3 飾面面板

飾面面板選用天然花崗巖石材，堅硬永久、高貴典雅。表現了政府辦公樓端莊、穩重的特質。建筑外立面通過石材面板的表達來實現整個建筑體的氣質，石材面板分為深色及淺色系，面板的分塊尺寸較小且規整（600x1200mm）。為了保證本項目的8度抗震設防烈度，石材面板與幕墻板塊結構構件的連接均為可靠的螺栓連接，采用背栓入槽式，其對關鍵性連接件石材背栓做了明確的性能要求規定。30mm厚的石材錨固深度要求不小于15mm，保證了石材面板與幕墻板塊結構構件連接的安全可靠。

3 裝配式石材幕墻板塊的防水設計

幕墻的防水為設計的重點，裝配式石材幕墻板塊共設計了三道防水線。第一道防水線為室外連續30mm石材，8mm石材間隙采用中性硅酮密封膠密封，此道防水線在不失效的前提下，能隔絕室外的水進入幕墻內體系；第二道防水線為膠條防水，將膠條嵌入鋁合金型材中，再與鋁鎂錳板鉚接，與相鄰石材板塊搭接共同形成第二道防水線，假設在第一道防水線突破后，能起到防住絕大部分水分不進入保溫層內；第三道防水線為室內連續的硅酸鈣板，起到最后一道保障。通過三道防水線的共同作用，確保了幕墻防水性能。

4 裝配式幕墻板塊的連接設計

B1幕墻工程大面主要由裝配式石材板塊和幕墻窗板塊組成。裝配式石材板塊與主體鋼結構栓接，單元窗內嵌于豎向石材單元結構鋼架上。連接構造排版見圖5。

A頂——橫向石材單元上結構連接部（承重+抗風）

A底——橫向石材單元下結構連接部（抗風）

B頂——豎向石材單元上結構連接部（承重+抗風）

B底——豎向石材單元下結構連接部（抗風）

（2）主體工字鋼梁車間預鉆孔，現場主體結構樓板澆筑預留單元結構連接部位空間；

（3）結構連接部件均實現無焊接螺栓連接及三維可調式；

（4）B底結構連接部為二次安全防護連接，視位置定。

裝配式石材板塊與主體鋼結構連接設計

裝配式石材幕墻板塊通過鋼轉接件與主體鋼結構采用螺栓連接，此種連接構造實現了絕對的結構安全度及現場與主體結構的三維誤差調整功能。該項目為8級抗震設防烈度，石材幕墻板塊在工廠預裝連接加強鋼件，板塊連接加強鋼件與主體鋼結構的連接均由螺栓連接構造來實現。連接構造理念完全摒棄了目前行業內全單元式玻璃幕墻的掛接構造，保證了石材幕墻板塊連接部的結構安全性。在此前提下，其連接構造均可實現三維調整功能。在主體鋼結構誤差允許范圍內，可以實現裝配式石材幕墻板塊三維調整到位。

裝配式石材板塊與幕墻窗板塊連接設計。幕墻窗板塊在工廠預裝鋁合金連接件，在現場通過螺栓與豎向結構鋼架上預留的連接件連接。共設計4個連接點，來完全保證幕墻窗板塊所受荷載能良好的傳遞給主體鋼結構。石材板塊與幕墻窗板塊連接后，板塊間的空隙采用同材質的12mm硅酸鈣板封修，內填充保溫棉，達到室內基本墻面的連續完整性（見圖 7）。

5 裝配式石材幕墻板塊的加工設計

B1工程幕墻共計有8棟樓，每棟樓都有各自的風格，幕墻板塊也各自不一。為了完整表達建筑風格，勢必需將每個獨立的幕墻板塊進行定制加工設計。加工設計與方案設計相輔相成，方案設計能指導加工時的工藝工序，加工設計也能完整表達方案設計的理念。

裝配式石材幕墻板塊規格約為1200*4200mm，鑒于板塊高度的集成性及裝配性。需要考慮組裝時的配合、工藝工序。即幕墻結構鋼架優先制作，其構件通過設計加工圖，做到長度定尺，孔眼定位，通過焊接連接而組成鋼架待用。鋼架制作完成后整體置于鍍鋅池中鍍鋅，由于鋼架尺寸較大，為保證鍍鋅的均勻性且滿足規范要求的鍍鋅層厚度，加工設計時需考慮構件上鍍鋅工藝孔的開設。

結構鋼架制作好之后，再將保溫一體板通過自攻釘與結構鋼架連接。受硅酸鈣板材料尺寸制約，保溫一體板設計制作規格為1200*1000.保溫一體板固定后，相接部位的縫隙采用中性硅酮密封膠密封，保證整體氣密性。

最后，將預植M8背栓的石材面板通過螺栓連接固定于結構鋼架上。石材面板間預留8mm縫隙施膠，做好防水氣密線。

6 裝配式幕墻設計的意義

2016年09月30日，國務院辦公廳印發了《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》。堅持標準化設計、工廠化生產、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用，提高技術水平和工程質量，促進建筑產業轉型升級。本工程新型裝配式石材幕墻系統的應用，正是對裝配式建筑幕墻的探索與實踐，相信在國家大力發展裝配式建筑的指導下，越來越多的新技術、新材料、新模式即將運用到裝配式建筑幕墻中。

7 結束語

2017年是北京市推進裝配式建筑發展的關鍵之年，也是我司首次接觸裝配式幕墻的第一年。實踐出真知，通過北京城市副中心B1幕墻工程的設計與學習，我認識到新的建筑設計理念能給建筑行業帶來革新，為建筑行業發展推波助瀾，推進建筑建造的工業化、信息化發展。極大程度的節約勞動力、倡導綠色施工，為實現健康中國、綠色中國添磚加瓦。

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