裝配式石材幕墻的設(shè)計(jì)分析

劉發(fā)令 謝陳堅(jiān) 陳家前 高耀明

摘 要：隨著整個(gè)社會工業(yè)化、機(jī)械化、信息化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)幕墻結(jié)構(gòu)已經(jīng)很難適應(yīng)建筑行業(yè)的發(fā)展需求?！吨泄仓醒雵鴦?wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》提出“要爭取用10年左右時(shí)間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%”。因此為適應(yīng)整個(gè)建筑行業(yè)的需求，一種新型的幕墻形式——裝配式幕墻結(jié)構(gòu)運(yùn)而生。

裝配式幕墻實(shí)現(xiàn)了幕墻行業(yè)從“建造”到“制造”的過程，大量的工作均在工廠內(nèi)完成，現(xiàn)場僅需進(jìn)行必要的連接、拼裝即可?，F(xiàn)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(huán)保和節(jié)能，由于現(xiàn)場操作量的減少，粉塵和噪聲幾乎沒有，施工過程綠色、環(huán)保，同時(shí)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(shè)計(jì)理念，以新型建造設(shè)計(jì)方案，創(chuàng)導(dǎo)綠色施工、節(jié)能環(huán)保。充分發(fā)揮裝配式建筑的優(yōu)勢，與時(shí)間賽跑，為祖國首都建設(shè)千年優(yōu)質(zhì)精品工程。

關(guān)鍵詞：裝配式建筑；裝配式石材幕墻；設(shè)計(jì)理念；實(shí)現(xiàn)方案

1 前言

北京城市副中心行政辦公區(qū)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(shè)初期就擔(dān)負(fù)著一系列不同尋常的歷史使命。作為市政府辦公類建筑項(xiàng)目，不僅工期短，更要求工程質(zhì)量高且須完全符合國家相關(guān)建筑控制項(xiàng)。北京城市副中心的主體建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全按照《北京市人民政府辦公廳關(guān)于加快發(fā)展裝配式建筑的實(shí)施意見》（京政辦發(fā)〔2017〕8號）的規(guī)定，實(shí)現(xiàn)了建筑主體結(jié)構(gòu)為全鋼結(jié)構(gòu)裝配，鋼柱、鋼梁由工廠預(yù)制完成，相關(guān)連接部位件預(yù)留，現(xiàn)場僅進(jìn)行主體鋼結(jié)構(gòu)的連接作業(yè)。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(gè)連廊連接起來形成一個(gè)建筑群。整個(gè)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(diǎn)，建筑外幕墻整體考慮為裝配式幕墻板塊，按系統(tǒng)構(gòu)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(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2 裝配式石材幕墻板塊的構(gòu)造設(shè)計(jì)分析

裝配式石材幕墻是一種集成較高的幕墻系統(tǒng)，通過設(shè)計(jì)及加工，將零散的預(yù)制構(gòu)件（結(jié)構(gòu)鋼架、保溫一體板、飾面面板）在工廠組裝好，現(xiàn)場僅進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)連接作業(yè)的一種幕墻。

2.1 結(jié)構(gòu)鋼架

石材幕墻板塊結(jié)構(gòu)鋼架采用了全鋼構(gòu)件構(gòu)造，全部要求在工廠車間作業(yè)完成，其結(jié)構(gòu)鋼架的連接形式采用車間焊接工藝，保證結(jié)構(gòu)剛度。

石材幕墻板塊在工廠預(yù)裝連接加強(qiáng)鋼件，板塊連接加強(qiáng)鋼件預(yù)制安裝孔，用于后期現(xiàn)場吊裝、裝配式幕墻窗板塊的安裝及與主體鋼結(jié)構(gòu)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(dá)到規(guī)定的鍍鋅層厚度。

2.2 保溫一體板

石材幕墻板塊內(nèi)側(cè)連接保溫一體化板，保溫一體化功能板塊實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)鋼架預(yù)設(shè)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(yīng)不小于110KG/m3，憎水率應(yīng)不小于98%，吸水率應(yīng)不大于6%）。0.9mm的鋁鎂錳防水合金板（材質(zhì)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(shè)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(dá)到隔聲指標(biāo)>48dB。室內(nèi)面的12mm硅酸鈣板（性能指標(biāo)見表1）給建筑內(nèi)部裝修提供了基體墻面條件。保溫一體板內(nèi)層龍骨支撐結(jié)構(gòu)采用C型鋼，C型鋼的單臂特點(diǎn)有助于降低整個(gè)系統(tǒng)的冷橋。裝配式保溫一體板同樣為非承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件， 不承受建筑物載荷，只承擔(dān)自重、風(fēng)壓、地震、溫差等產(chǎn)生的應(yīng)力。

2.3 飾面面板

飾面面板選用天然花崗巖石材，堅(jiān)硬永久、高貴典雅。表現(xiàn)了政府辦公樓端莊、穩(wěn)重的特質(zhì)。建筑外立面通過石材面板的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑體的氣質(zhì)，石材面板分為深色及淺色系，面板的分塊尺寸較小且規(guī)整（600x1200mm）。為了保證本項(xiàng)目的8度抗震設(shè)防烈度，石材面板與幕墻板塊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接均為可靠的螺栓連接，采用背栓入槽式，其對關(guān)鍵性連接件石材背栓做了明確的性能要求規(guī)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(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的安全可靠。

3 裝配式石材幕墻板塊的防水設(shè)計(jì)

幕墻的防水為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，裝配式石材幕墻板塊共設(shè)計(jì)了三道防水線。第一道防水線為室外連續(xù)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(jìn)入幕墻內(nèi)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(shè)在第一道防水線突破后，能起到防住絕大部分水分不進(jìn)入保溫層內(nèi)；第三道防水線為室內(nèi)連續(xù)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(shè)計(jì)

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(jié)構(gòu)栓接，單元窗內(nèi)嵌于豎向石材單元結(jié)構(gòu)鋼架上。連接構(gòu)造排版見圖5。

A頂——橫向石材單元上結(jié)構(gòu)連接部（承重+抗風(fēng)）

A底——橫向石材單元下結(jié)構(gòu)連接部（抗風(fēng)）

B頂——豎向石材單元上結(jié)構(gòu)連接部（承重+抗風(fēng)）

B底——豎向石材單元下結(jié)構(gòu)連接部（抗風(fēng)）

（2）主體工字鋼梁車間預(yù)鉆孔，現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)樓板澆筑預(yù)留單元結(jié)構(gòu)連接部位空間；

（3）結(jié)構(gòu)連接部件均實(shí)現(xiàn)無焊接螺栓連接及三維可調(diào)式；

（4）B底結(jié)構(gòu)連接部為二次安全防護(hù)連接，視位置定。

裝配式石材板塊與主體鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)

裝配式石材幕墻板塊通過鋼轉(zhuǎn)接件與主體鋼結(jié)構(gòu)采用螺栓連接，此種連接構(gòu)造實(shí)現(xiàn)了絕對的結(jié)構(gòu)安全度及現(xiàn)場與主體結(jié)構(gòu)的三維誤差調(diào)整功能。該項(xiàng)目為8級抗震設(shè)防烈度，石材幕墻板塊在工廠預(yù)裝連接加強(qiáng)鋼件，板塊連接加強(qiáng)鋼件與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接均由螺栓連接構(gòu)造來實(shí)現(xiàn)。連接構(gòu)造理念完全摒棄了目前行業(yè)內(nèi)全單元式玻璃幕墻的掛接構(gòu)造，保證了石材幕墻板塊連接部的結(jié)構(gòu)安全性。在此前提下，其連接構(gòu)造均可實(shí)現(xiàn)三維調(diào)整功能。在主體鋼結(jié)構(gòu)誤差允許范圍內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)裝配式石材幕墻板塊三維調(diào)整到位。

裝配式石材板塊與幕墻窗板塊連接設(shè)計(jì)。幕墻窗板塊在工廠預(yù)裝鋁合金連接件，在現(xiàn)場通過螺栓與豎向結(jié)構(gòu)鋼架上預(yù)留的連接件連接。共設(shè)計(jì)4個(gè)連接點(diǎn)，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(jié)構(gòu)。石材板塊與幕墻窗板塊連接后，板塊間的空隙采用同材質(zhì)的12mm硅酸鈣板封修，內(nèi)填充保溫棉，達(dá)到室內(nèi)基本墻面的連續(xù)完整性（見圖 7）。

5 裝配式石材幕墻板塊的加工設(shè)計(jì)

B1工程幕墻共計(jì)有8棟樓，每棟樓都有各自的風(fēng)格，幕墻板塊也各自不一。為了完整表達(dá)建筑風(fēng)格，勢必需將每個(gè)獨(dú)立的幕墻板塊進(jìn)行定制加工設(shè)計(jì)。加工設(shè)計(jì)與方案設(shè)計(jì)相輔相成，方案設(shè)計(jì)能指導(dǎo)加工時(shí)的工藝工序，加工設(shè)計(jì)也能完整表達(dá)方案設(shè)計(jì)的理念。

裝配式石材幕墻板塊規(guī)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(shí)的配合、工藝工序。即幕墻結(jié)構(gòu)鋼架優(yōu)先制作，其構(gòu)件通過設(shè)計(jì)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(guī)范要求的鍍鋅層厚度，加工設(shè)計(jì)時(shí)需考慮構(gòu)件上鍍鋅工藝孔的開設(shè)。

結(jié)構(gòu)鋼架制作好之后，再將保溫一體板通過自攻釘與結(jié)構(gòu)鋼架連接。受硅酸鈣板材料尺寸制約，保溫一體板設(shè)計(jì)制作規(guī)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(yù)植M8背栓的石材面板通過螺栓連接固定于結(jié)構(gòu)鋼架上。石材面板間預(yù)留8mm縫隙施膠，做好防水氣密線。

6 裝配式幕墻設(shè)計(jì)的意義

2016年09月30日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)了《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》。堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化生產(chǎn)、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用，提高技術(shù)水平和工程質(zhì)量，促進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。本工程新型裝配式石材幕墻系統(tǒng)的應(yīng)用，正是對裝配式建筑幕墻的探索與實(shí)踐，相信在國家大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)下，越來越多的新技術(shù)、新材料、新模式即將運(yùn)用到裝配式建筑幕墻中。

7 結(jié)束語

2017年是北京市推進(jìn)裝配式建筑發(fā)展的關(guān)鍵之年，也是我司首次接觸裝配式幕墻的第一年。實(shí)踐出真知，通過北京城市副中心B1幕墻工程的設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)，我認(rèn)識到新的建筑設(shè)計(jì)理念能給建筑行業(yè)帶來革新，為建筑行業(yè)發(fā)展推波助瀾，推進(jìn)建筑建造的工業(yè)化、信息化發(fā)展。極大程度的節(jié)約勞動(dòng)力、倡導(dǎo)綠色施工，為實(shí)現(xiàn)健康中國、綠色中國添磚加瓦。

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