幕墻裝配式的分析總結(jié)及展望

魏煬洋, 陳恩莉, 董 彪

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司, 四川成都 610000)

1 裝配式幕墻

在裝配式建筑的推廣進(jìn)程中，幕墻作為建筑的重要組成部分，也開始在裝配式的道路上進(jìn)行了一些探索。近年來，裝配式幕墻開始越來越多地出現(xiàn)在工程項(xiàng)目中。

1.1 單元式幕墻體系

以四川華電辦公大樓(圖1)為例對(duì)單元式幕墻體系進(jìn)行說明。本項(xiàng)目位于成都市南延線武侯大道南側(cè)地塊，總建筑面積約5.5×104m2，建筑總高74 m，地上17層，地下2層，是匯集辦公、調(diào)度、檔案等多種功能于一體的企業(yè)總部大樓。在整體建筑設(shè)計(jì)上，建筑師拋棄了一般辦公樓“核心筒+標(biāo)準(zhǔn)層”的常規(guī)模式，運(yùn)用獨(dú)特的區(qū)域構(gòu)造和外立面設(shè)計(jì)，將整個(gè)空間圍繞著企業(yè)機(jī)構(gòu)的獨(dú)特性及對(duì)外形象的標(biāo)識(shí)性展開，使建筑和使用者及環(huán)境有機(jī)融合。

在該項(xiàng)目的幕墻工程中，特殊的外立面設(shè)計(jì)使得幕墻工程出現(xiàn)“挑出”“細(xì)部構(gòu)造節(jié)點(diǎn)較多”等問題，但因其幕墻大面分格構(gòu)造具有規(guī)律性、板塊模數(shù)統(tǒng)一等特點(diǎn)，最終該幕墻工程選用單元式玻璃幕墻體系。幕墻面板、龍骨體系在工廠加工并組裝成單元板塊，然后整體運(yùn)送現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝，施工便捷，整體質(zhì)量高；并且單元式板塊的加工可以和土建配合同步進(jìn)行，使得工程周期大大縮短。單元板塊的高質(zhì)量、高精細(xì)度也使得外幕墻平整度達(dá)到很高的程度，使得建筑效果得到完美呈現(xiàn)。

對(duì)于這種幕墻分格構(gòu)造有規(guī)律、板塊模數(shù)統(tǒng)一的幕墻工程，單元式幕墻體系就是一種較好的設(shè)計(jì)選擇；在現(xiàn)代快節(jié)奏的社會(huì)，為了節(jié)約時(shí)間成本，大多數(shù)工程工期都盡可能壓縮。在這種情況下，為了保證工程質(zhì)量，壓縮工程工期，單元式幕墻成為設(shè)計(jì)方、施工方和業(yè)主都中意的一種幕墻構(gòu)造方式。

單元式幕墻體系是裝配式幕墻中比較成熟的一種，其相對(duì)于傳統(tǒng)構(gòu)件式幕墻有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)安裝速度快，施工周期短，特別適用于現(xiàn)代高層建筑和有一定規(guī)律外立面的建筑。

(2)幕墻表面平整度高，裝飾效果好。單元板塊采用插接形式契合，安裝精度高，幕墻表面可以達(dá)到較高的平整度。

(3)單元板塊工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)工作量大大減少。但單元式幕墻體系還是有一定局限性；①需建筑外表皮分格構(gòu)造具有一定規(guī)律性、板塊模數(shù)較統(tǒng)一；②加工精度要求高，加工成本高；③施工現(xiàn)場(chǎng)及工程均需較大空間用于單元板塊堆放；④運(yùn)輸成本較高、易破損。

1.2 預(yù)制混凝土掛板體系

以濟(jì)南萬科金域國(guó)際項(xiàng)目(圖2)對(duì)預(yù)制混凝土掛板體系進(jìn)行說明。本項(xiàng)目位于經(jīng)十路以東，草山嶺以西，項(xiàng)目分為A、B號(hào)兩樓：其中A號(hào)塔樓建筑高度126.10 m，地上31層。B號(hào)樓為板式高層，建筑高度為61.40 m。A樓采用框架-核心筒結(jié)構(gòu)型式，平面近似方形，B樓采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)形式，標(biāo)準(zhǔn)柱跨8.4 m。因本項(xiàng)目外墻線條規(guī)律，大面積板塊模數(shù)統(tǒng)一，材料規(guī)格統(tǒng)一，設(shè)計(jì)方選用了預(yù)制混凝土外墻掛板結(jié)合局部玻璃幕墻體系的設(shè)計(jì)方案。

圖2 濟(jì)南萬科金域國(guó)際

在掛板的劃分設(shè)計(jì)上，兩棟樓做到了統(tǒng)一，均以2 100 mm為模數(shù)，到轉(zhuǎn)角位置再由非標(biāo)尺寸進(jìn)行填充。在外墻掛板的板塊主要由清水混凝土預(yù)制構(gòu)件，組合鋁合金幕墻窗、保溫防水隔音單元等組成。這些材料均在工廠加工組裝完成，現(xiàn)場(chǎng)吊裝完成后僅需對(duì)板塊間縫隙進(jìn)行耐候密封膠密封。

預(yù)制混凝土掛板體系既能集圍護(hù)、保溫、防水、內(nèi)外裝飾等多項(xiàng)功能于一體，又能保留混凝土特有的淳樸和厚重之感，深得建筑設(shè)計(jì)師的喜愛。

單元式幕墻體系的部分優(yōu)點(diǎn)，預(yù)制混凝土掛板體系也同樣具有；該體系特有優(yōu)點(diǎn)在于混凝土板塊采用模具一體澆筑成型，板塊整體性更好，混凝土與保溫材料之間整體連接，熱橋少。

雖然預(yù)制混凝土掛板體系能滿足建筑裝配化及幕墻裝配化的需求，但其體量太重的特點(diǎn)較大的限制了該體系在工程中的運(yùn)用。而如果將傳統(tǒng)幕墻體系與預(yù)制混凝土掛板體系相結(jié)合，用幕墻型材構(gòu)造出單元板塊框架，外部面材采用較薄但能夠滿足板面強(qiáng)度的纖維水泥板，室內(nèi)裝飾層根據(jù)需求可采用纖維水泥板、硅酸鈣板、輕質(zhì)金屬材料等，中間再填充保溫巖棉等輕質(zhì)防火材料，使之達(dá)到防火要求及保溫要求，這樣經(jīng)過優(yōu)化的掛板體系較于原始的預(yù)制混凝土掛板體系在功能上及外立面裝飾作用上與預(yù)制混凝土掛板并無太大差異，但其重量較之大大降低，適用范圍將大大拓寬。

1.3 小單元幕墻體系

以華商捌號(hào)項(xiàng)目對(duì)小單元幕墻體系進(jìn)行說明。本項(xiàng)目位于成都市新園組團(tuán)北片區(qū),高朋大道8號(hào)，項(xiàng)目緊鄰成都市二環(huán)高架路。規(guī)劃總建筑面積35 190.10 m2：其中地上建筑面積25 567.52 m2，地下9 622.58 m2。地上共15層，地下2層。建筑高度55.45 m(室外地面至大屋頂結(jié)構(gòu)板)。該項(xiàng)目幕墻建筑外表皮分格構(gòu)造具有規(guī)律性、板塊模數(shù)統(tǒng)一，基本具備運(yùn)用單元式幕墻的條件。但因其幕墻分段外挑，受力體系特殊，故最終放棄了單元式幕墻體系，改為采用小單元幕墻體系。

小單元幕墻是指僅是幕墻龍骨組合成單元框架，面材以構(gòu)件形式到現(xiàn)場(chǎng)安裝；或者幕墻面板和室內(nèi)面板通過連接件組合成整體，龍骨體系以構(gòu)件形式現(xiàn)場(chǎng)安裝，最終實(shí)現(xiàn)幕墻的整體性能。

華商捌號(hào)項(xiàng)目采用幕墻窗系統(tǒng)，結(jié)合小單元幕墻體系；幕墻龍骨系統(tǒng)在工廠組框形成標(biāo)準(zhǔn)單元框架(圖3)，并與轉(zhuǎn)接件連接，龍骨系統(tǒng)整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后，通過轉(zhuǎn)接件與預(yù)埋件連接，省去現(xiàn)場(chǎng)龍骨組接的過程。整體安裝好龍骨后，再進(jìn)行面板組件固定。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)單元框架

這種小單元幕墻體系應(yīng)用更靈活，受施工項(xiàng)目規(guī)模、施工單位生產(chǎn)及施工能力、建筑外立面造型是否復(fù)雜等限制條件影響較小，這種幕墻構(gòu)造形式在施工上能大大推進(jìn)目前止步不前的單元式幕墻，從而有力帶動(dòng)幕墻裝配式大范圍應(yīng)用。

2 裝配式幕墻的未來

2.1 裝配式幕墻結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展

隨著各種政策的發(fā)布與實(shí)施，在建筑業(yè)積極轉(zhuǎn)型的大背景下，裝配式建筑的發(fā)展將勢(shì)不可擋。作為建筑的重要組成部分，幕墻體系在未來也將在大趨勢(shì)下朝著裝配化、工廠化逐漸轉(zhuǎn)型。

如今，造型奇異、建筑效果表達(dá)豐富的建筑愈來愈多，目前的裝配式建筑體系并不能完全滿足這些建筑的需求；所以，我們需要用多方向的思維去思考如何發(fā)揚(yáng)現(xiàn)有裝配式幕墻的優(yōu)點(diǎn)，打破其各種限制，再結(jié)合工程實(shí)際，進(jìn)行創(chuàng)新或?qū)ΜF(xiàn)有體系進(jìn)行改良，才能使幕墻裝配化繼續(xù)向前發(fā)展。

2.2 裝配式建筑與BIM技術(shù)的融合發(fā)展

在裝配式幕墻甚至裝配式建筑的發(fā)展中，還有另一個(gè)阻礙。傳統(tǒng)的管理模式及溝通模式在如今的工程建設(shè)中已不能對(duì)整體工程起到良好控制作用。所以近幾年，在國(guó)外已基本成熟的BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)開始有一些嘗試。

在BIM的幫助下，我們可以在構(gòu)建的三維模型中對(duì)幕墻板塊分格進(jìn)行優(yōu)化，使幕墻板塊更加合理，用料更加經(jīng)濟(jì)。并且，因?yàn)橛辛巳S模型的存在，裝配式幕墻精度要求高這一問題將被克服。在BIM建立的溝通體系中，幕墻設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)可以接收到幕墻在整體建筑中可能會(huì)存在的碰撞信息，并與相關(guān)專業(yè)進(jìn)行溝通解決，避免了圖紙的修改及材料的浪費(fèi)。而且該溝通體系覆蓋建筑工程的所有相關(guān)方，所以幕墻設(shè)計(jì)師可以通過該體系對(duì)工程預(yù)制的單元板塊進(jìn)行更精細(xì)的控制，從工程前期的設(shè)計(jì)階段為提高工程質(zhì)量創(chuàng)造充分條件。

4 結(jié)束語

裝配式建筑不僅在構(gòu)件制作等方面實(shí)現(xiàn)工廠化，在管理模式上也結(jié)合BIM的加入建立起新的管理溝通體系，讓管理更加系統(tǒng)，細(xì)致，容易把控。作為幕墻設(shè)計(jì)從業(yè)人員，我們不僅是要在技術(shù)上創(chuàng)新，還應(yīng)深入學(xué)習(xí)BIM技術(shù)，并嘗試將BIM技術(shù)運(yùn)用到設(shè)計(jì)中來，才能緊跟時(shí)代的潮流。

不管是政策的大力引導(dǎo)，還是整個(gè)建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，裝配式建筑將會(huì)在未來幾年飛速發(fā)展。而在這種情況之下，業(yè)內(nèi)和市場(chǎng)對(duì)幕墻行業(yè)的裝配式要求會(huì)進(jìn)一步提高。幕墻設(shè)計(jì)從業(yè)人員要在充分掌握現(xiàn)階段較為成熟的單元式幕墻的基礎(chǔ)上，發(fā)揮創(chuàng)新能力。這既是挑戰(zhàn)，也是機(jī)遇。