單元式幕墻關鍵施工技術研究

林月云

(三明市建設工程質量監督站 福建三明 365000)

0 引言

隨著經濟社會的快速發展，幕墻建筑漸進我國，從測繪仿制的起步，到隨后的迅速發展，再到今日的自主研發，已30多個年頭。如何控制建筑幕墻施工質量及使用安全，成為當下幕墻安全發展的主要核心問題。因此，研究單元式幕墻施工技術，對提高幕墻施工質量，加快施工進度，提升工程質量管理水平具有重要意義。文章基此結合三明機場單元式幕墻施工案例，就單元式幕墻施工中的預埋處理、三維支座設計、單元板塊拼裝、防火保溫等方面技術控制進行簡要探討。

1 項目概況

三明沙縣機場主體機構為地上2層、高度20.5m的框架式結構，外墻采用玻璃幕墻、陶土板干掛幕墻、蜂窩鋁板幕墻相結合。其中，玻璃幕墻面積5560m2，采用單元式玻璃幕墻形式，單元體幕墻立柱左、右分格寬B1、B2為2500mm，立柱跨度L為3700mm，選定面板材料為:8(TP)Low-e+12A+6(TP)+1.52PVB+6(TP)中空夾膠玻璃。該工程單元式幕墻風荷載設計標準值Wk=1000Pa。幕墻平面布置如圖1所示。

圖1 幕墻平面布置示意圖

該項目單元式幕墻具有諸多施工技術難點，尤其是單元式幕墻拼裝精度要求高，拼裝時由相鄰兩單元板塊單元組件框對插完成接縫。由于現場主體結構存在80°內傾角，為非完全水平和垂直狀態，致使幕墻單元板塊與主體結構之間存在施工厚度不一致，相鄰單元板塊的施工平整度需要依靠單元式幕墻的支座系統進行調節。因此，需要一個可實現三向調節的三維可調支座系統，以滿足單元式幕墻現場單元板塊拼接施工精度的要求。

2 單元式幕墻施工

2.1 預埋件的檢查與偏差處理

在測量放樣過程中，預埋件的檢查與結構的檢查相繼展開，測量人員將埋件標高線、分格線均用墨線彈在結構上，依據十字中心線，施工人員用尺子進行測量，檢查出埋件左右、上下的偏差，如圖2所示。

(a)正視圖

(b)側向視圖(c)俯視圖圖2 預埋件偏差檢查示意圖

埋件進出時，測量放線人員從首層與頂層采用鋼線檢查，一般在15m左右布置一根鋼線。為減少垂直鋼線的數量，橫向使用魚絲線進行結構檢查，檢查尺寸計算：理論尺寸-實際尺寸=偏差尺寸。

預埋件檢查完畢后，經計算超過設計尺寸，與設計進行溝通分析，若偏差超出設計范圍，報告業主、監理和總包，并做出解決方案：①土建將偏差結構進行剔鑿；②將玻璃完成面向外推移；③部分剔鑿、部分推移。

當錨板預埋左右偏差大于30mm時，角碼一端已無法焊接，另一端連接困難時，采用與預埋件等厚度、同材質的鋼板進行補板。錨板埋件補埋采用化學錨栓固定。

2.2 單元式幕墻三維可調支座系統安裝設計

單元式幕墻的支座系統，是保證單元式幕墻安裝質量的技術重點之一。支座系統安裝于結構梁頂部或者安裝于結構梁外側，其支座系統均要求有三向調節功能。本文首要重點針對三明機場安裝于結構梁外側的可調三維支座系統的設計與安裝進行闡述。

該三維可調支座系統由鋼掛件、上下調節螺栓、轉接件等組成，三維支座系統，如圖3所示。

(a)系統拼裝正視圖(b)系統拼裝后視圖

(c)俯視圖(d)側向視圖圖3 三維可調支座系統示意圖

2.2.1三維可調支座系統的調節功能

三維可調支座系統轉接件、連接單元式幕墻板塊的鋼掛件，均采用氟碳漆噴涂處理。板塊安裝時，再配合橡膠墊，可有效地防止鋁合金材質的單元板塊與鋼材質的三維支座系統的鋼掛件產生雙金屬腐蝕。

三維可調支座的X軸方向可實現±25mm的水平方向活動調節。具體方法為：通過右側鋼掛件的螺母定位，然后調節左側鋼掛件來實現X軸方向單元板塊與支座的水平方向活動連接，保證相鄰單元板塊之間不同步伸縮的同時，單元板塊在X軸方向不會受到拉伸或者擠壓，即在地震水平作用力下仍可以很好地保證單元式幕墻板塊的完整性。

三維可調支座的Y軸方向可以實現±25mm的縱向方向活動調節。具體方法為：通過M25×230的螺桿，在轉接件的長孔方向上先進行定位調節，然后定位外窗后通過帶牙墊片與可調支座兩側的鋼轉接件進行固定連接，可有效地保證單元板塊之間拼接的平整度，消除后期打注密封膠的影響，更好地保證了單元式幕墻的水密性能。

三維可調支座的Z軸方向可以實現±25mm的垂直方向活動調節。具體方法為：通過2個M12×80的內六角調節螺栓來調整單元板塊在垂直方向的位置，讓其與M25×230的螺桿進行定位，然后通過鋼掛件將單元板塊掛接在M25×230的螺桿上，由螺栓桿直接承受單元板塊的重量，可保證幕墻單元體板塊的安裝精度。

綜上，即通過安裝于結構梁外側的可調三維支座系統，實現(上下、前后、左右)三維方向的調節，大大提高了單元式幕墻單元板塊的安裝精度，且該支座系統還能很好地吸收因材料熱脹冷縮及主體結構變形等產生的三維方向位移，保證單元式幕墻后期使用安全及使用壽命，同時在一定程度上消除了土建預埋施工時產生的水平和垂直誤差對單元板塊幕墻安裝的影響，減少單元式幕墻施工難度。

2.2.2三維可調支座系統的受力分析

單元板塊是通過鋼掛件直接掛接在M25×230的螺桿上， 螺桿直接承受單元板塊的重量、風荷載等力作用，受力最為不利，是設計的重點。 螺桿的荷載示意如圖4所示。

圖4 螺桿的荷載示意圖

(1)支座連接處風荷載設計值[1]

Wk：連接處風荷載標準值(N)，取為0.001MPa；

B1：立柱計算間距(mm)；

L：立柱跨度(mm)；

Nwk=WkB1L

=0.001×2500×3700

=9250N

Nw：連接處風荷載設計值(N)：

Nw=1.4Nwk

=1.4×9250

=12 950N

(2)連接處地震作用設計值

NEk：連接處地震作用標準值(N)；

B1：立柱計算間距(mm)；

L：立柱跨度(mm)；

βE：動力放大系數,取5.0；

αmax：水平地震影響系數最大值，取0.08(三明市地區設防烈度為七度,根據該地區的情況,故取αmax=0.08)；

Gk：幕墻構件的重力荷載標準值；

GK/A:幕墻構件的重力荷載設計值，面板平米重量取0.512kN/m2。

A：幕墻構件的面積(mm2)；

NEk=βEαmaxGk/A×B1L

=5×0.08×0.512×2500×3700

=1894.400N

NE：連接處地震作用設計值(N)：

NE=1.3NEk

=1.3×1894.400

=2462.720N

(3)連接處風荷載和地震作用組合水平力計算[2]

Nh：連接處風荷載和地震作用組合水平力(N)：

采用Sw+0.5SE組合：

Nh=Nw+0.5NE

=12 950+0.5×2462.720

=14 181.36N

(4)連接處自重力計算

NGk：連接處自重標準值(N)；

B1：立柱計算間距(mm)；

L：立柱跨度(mm)；

NGk=0.0005×B1L

=0.0005×2500×3700

=4625N

NG：連接處自重力設計值(N)：

NG=1.2NGk

=1.2×4625

=5550N

(5)掛板點受力F計算

F：掛板點受力(N)；

F=(Nh2+NG2)0.5/2

=(14 181.362+55502)0.5/2

=7614.35N

(6)螺桿抗彎承載力計算：

d：螺桿直徑,取為25mm；

fb3b：螺桿(Q345)的抗彎強度設計值，取295MPa；

W：螺桿截面抵抗矩，W=πd3/32=1533mm3；

Mmax：螺桿截面彎矩最大值；

L：掛接螺釘與連接板件中心距；

Mmax=FL=7614.35×50

=380 717N·mm

σb=Mmax/W

=380 717/1533

=248MPa≤fb3b=295MPa

螺栓桿直徑取為25mm的抗彎承載力滿足要求。

3 單元板塊拼裝

單元式幕墻單元板塊，是在工廠里將玻璃、鋁合金型材、五金配件等裝配完成的單元組件，然后運輸至工程現場將各個相鄰單元板塊通過公母槽進行對插拼接完成接縫，其與主體結構的連接需在建筑的室內側進行操作，因此單元式幕墻內側必須預留足夠的安裝操作空間。

單元式幕墻的單元板塊吊裝過程中，要特別注意板塊構件和主體機構上的連接構件的配合精度控制在允許的范圍內。唯此，安裝好的單元式幕墻各板塊拼接縫之間的平整度，才能達到幕墻施工質量要求，保證各板塊吊裝順暢。該工程項目單元板塊采用由下至上、由左至右的吊裝順序。

4 防火防雷處理

4.1 防火處理

防火性能設計和防火等級大小，是衡量建筑幕墻功能優良與否的一個重要指標，因此，防火設計是非常重要的。幕墻防火構造設計方面采取了以下措施，如圖5所示。

圖5 幕墻防火構造

(1)幕墻與主體結構連接的埋件外露部分和連接件，均設在防火保護區內，且涂防火涂料加以保護。

(2)幕墻裝飾材料采用難燃或非燃燒物。

(3)避免一塊玻璃跨越兩個防火分區，減少因玻璃爆裂、火災殃及鄰層造成大面積火災的機會。

(4)在每層樓板邊緣與幕墻間的縫隙都用防火巖棉填實，上、下兩面用1.5mm厚鍍鋅鋼板固定且用防火密封膠密封，防火巖棉厚度不小于100mm。這樣，既保溫又可隔斷各層之間火災的蔓延，防止一旦失火，火從樓縫隙向上蔓延，形成自下而上的撥火通道，將火災控制在最小范圍內。

4.2 防雷處理

根據有關防雷規范以及幕墻的防雷要求，幕墻的預埋件鋼筋與大樓樓板鋼筋相連通，樓板鋼筋與大樓主體防雷鋼筋相連通。這樣，整個系統與主體防雷系統形成通路，達到防雷目的。該工程采取了如圖6所示的防雷措施，幕墻形成了自身的防雷體系，并與主體結構的防雷體系可靠地連接。

圖6 幕墻防雷體系示意圖

在鋼龍骨背部鉆孔，用Ф12的雙頭螺桿與龍骨連接。

雙頭螺桿的另一端，焊在與主體均壓環連接的導電性能良好的扁鐵，實現良好的通路。

每層幕墻均可靠連通，并與防雷裝置連通。

鋁合金立柱水平距離不大于10m范圍內，于立柱伸縮縫位置采用2mm×40mm導電銅索導通，鋁材接觸面上的噴涂層用砂紙打磨掉，確保導電性能。豎向主體沒有均壓環的樓層，每兩層設置一道均壓環。該層所有預埋件用Φ12圓鋼焊接連接，形成連通均壓環，并與主體結構的避雷引下線焊接連接，保證導電通路。焊縫采用雙面搭接焊，長度不小于100mm。豎向主體有水平均壓環的樓層，該層埋件用Φ12鋼筋與避雷均壓環雙面搭接連接，形成導電通路。幕墻避雷系統與大地的接地沖擊電阻不大于1Ω。

在設有防雷帶的部位，設計專用的銅制的膨脹節，并用螺栓把銅片與豎框連接在一起，實現良好的通路，可防靜電及防雷。

以上防雷裝置設計，保證了該工程沖擊接地電阻Ri≤1Ω，滿足了建筑幕墻的防雷設計要求。

5 結語

單元式幕墻是現代大型建筑幕墻的主要形式，其施工技術包括預埋處理、三維可調支座調節、單元板塊拼裝、防火防雷構造設置等，通過嚴格控制單元式幕墻安裝的各個環節，能很好地保證單元式幕墻安裝后的氣密性能、水密性能、抗風壓性能、層間變形性能等各項性能指標符合建筑幕墻規范的相關技術要求，是保證單元式幕墻施工質量的關鍵。

三明沙縣機場項目榮鷹2015年度福建省“閩江杯”優質工程獎，幕墻專業榮鷹2015年度福建省“閩江杯”優質專業工程獎(幕墻工程)。