從設計角度談裝配式幕墻的施工安裝
——體系優化 高效作業

鄧治良,陳恩莉,董 彪

(中國建筑西南設計研究院有限公司,四川成都 610000)

本文通過工程施工的角度介紹預制混凝土掛板、單元式幕墻、小單元幕墻三種裝配式幕墻施工特點和適用情況，分析裝配式幕墻相較于傳統幕墻在現場施工過程中的優勢，提出對應體系在構造形式及設計上的要點。

1 裝配式幕墻類型

文中介紹三種常用裝配式幕墻體系：預制混凝土掛板體系、單元式幕墻體系、小單元幕墻。

1.1 預制混凝土掛板體系

該體系集外墻裝飾面、保溫于一體，工廠生產一次成型，省去了建筑現場外裝修的環節。按功能定位可分為圍護板系統和裝飾板系統，其中圍護板系統按建筑立面特征又分為整間板體系、橫條板體系、豎條板體系。(參考圖集：《預制混凝土外墻掛板》08SJ110-2、08SG333。)

1.2 單元式幕墻體系

單元式幕墻：將面板、橫梁及立柱在工廠整體組裝為幕墻單元，以幕墻單元形式在現場完成安裝施工的框架支承建筑幕墻。

1.3 小單元幕墻

(1)龍骨裝配式：指幕墻的龍骨支承體系在加工廠組框，形成龍骨單元后，再在現場整體掛接于主體結構上，最后面板以組件形式在現場安裝于龍骨單元上。

(2)面板裝配式：指內外墻面板在工廠通過附框形成裝配式整體板塊，同時現場幕墻系統的主要支承龍骨以構件形式安裝，兩方完成后再將整體板塊在現場與龍骨體系進行掛接。其功能兼具外墻飾面、外墻防水、外墻保溫、內墻飾面等各種墻體功能。

2 裝配式幕墻在設計過程中應考慮的施工要點

2.1 預制混凝土掛板

2.1.1 預制混凝土掛板的優點

預制混凝土掛板是幕墻中用于代替普通現場磚砌墻，其相對于普通磚砌墻，從施工角度分析具有以下優點：

(1)混凝土澆筑及板材生產過程在工廠中完成，現場安裝時方便快捷，高效利用流水生產，有效縮短工期。

(2)混凝土板采用標準化機械生產，產品質量控制好受現場條件影響低。

(3)周轉料具投入量減少，相關現場施工費用及占用空間降低。

2.1.2 預制混凝土掛板設計要點

預制混凝土掛板適合建筑立面造型異形較多或單個板塊面積過大的情況，針對這種異形和大板塊的施工情況，在工程前期設計階段，需要考慮以下幾點內容：

(1)異形板塊的力學計算：對于非平整板塊或多角度組合板塊應當在設計前完成有限元分析。

(2)異形建筑的風荷載取值：在考慮帶局部轉角或板面凹凸時，可按照最不利情況(轉角區)計算風荷載體形系數。

(3)預制面板的面板預埋轉接布置、預制面板的加強筋布置、預制面板的第一道支承龍骨的布置(工廠完成)：在設計前分別應當考慮最不利情況，如連接或支承最薄弱環節失效后仍能保持一定安全性。

(4)面板分格的規劃：除構件及其連接須計算驗證具有充足承受能力外，預制面板的分格大小亦可能受到運輸、吊裝設備安裝條件的限制。

(5)安裝誤差的控制：大板塊不規則面板與主體結構應當具有充足的三維可調節范圍、以滿足大板塊固定于主體結構上時，其所需的預埋件布置方式和位置。

(6)系統間的交接：應當在設計中考慮不規則板塊層間與主體間防火隔離帶布置的合理性、大板塊面板之間的交接契合方式與空間等。

(7)掛件限位能力：當掛板遭遇地震作用等特殊情況下產生豎向位移時其限位構件的承載能力。

2.2 單元式幕墻

2.2.1 單元式幕墻的優點

(1)由于組框過程在工廠中進行，其現場施工速度快、周期短、內容少。

(2)單元板塊間采用企口組合，現場安裝精度高，表面平整度效果好。

(3)構件由數控加工生產，便于保證質量；組框過程全部在工廠中完成，便于控制精度及質量。

(4)幕墻單元中可用隨意多種面材組合形式，在采用更復雜的結構時，施工仍很方便。

(5)生產安裝過程工業化程度高，安裝過程受現場主體結構施工情況影響小。

2.2.2 單元式幕墻設計要點

單元式幕墻適合建筑外立面規整且體型較大的建筑，以及施工條件較差的建筑，例如難以布置充足腳手架系統的高層與超高層建筑，水上建筑等。其主要設計要點如下：

(1)型材斷面設計：除龍骨對應所需的力學性能外，還應充分考慮企口料拼接的安裝空間、各類槽口的交接形式、與相鄰板塊組合形式以及型材結合后氣密水密的合理性。

(2)氣密和水密系統設計：考慮布置合理的塵密線、水密線及氣密線，保障等壓腔發揮良好作用。

(3)系統整體排水功能：除雨幕層防水外，須保證等壓腔內少量滲漏水及時排出。

(4)預埋件和單元板的掛接方式設計、單元板塊荷載作用對主體結構的影響：在設計前分別應當考慮最不利情況，如連接或支承最薄弱環節失效后仍能保持一定安全性。

(5)防火系統設計：考慮防火層設計時應當充分考慮相應防水防煙。

(6)橫豎膠條是否需要對齊：三重密封線是否對齊需要依據節點結構綜合考慮。

(7)結構梁下部的中橫框設置積水及排水構造。

(8)支座系統的三維可調節功能：幕墻單元與主體結構應當具有充足的三維可調節范圍、以滿足單元式幕墻固定于主體結構上時，其所需的預埋件布置方式和位置。

(9)掛件限位能力：當單元式幕墻遭遇地震作用等特殊情況下產生豎向位移時其限位構件的承載能力。

2.3 小單元幕墻

2.3.1 小單元幕墻的優點

小單元幕墻是在特定情況下替代單元式幕墻的體系，除了單元式幕墻的各類優點外，還具有以下獨有優點：

(1)其每一塊面板都是獨立的，均可獨立安裝拆卸，不影響附近構件。

(2)對土建結構造型、結構形式以及預埋件要求較低，易于誤差控制。

(3)相較于傳統單元式幕墻，其造價更經濟，可適用于各種規模的項目。

(4)在面對系統單一卻具有復雜或不規整造型的建筑外立面時，可有效減輕設計工作量及施工難度。

2.3.2 龍骨裝配式小單元幕墻設計要點

適合有大量幕墻窗系統的建筑，各個幕墻窗由窗間墻分離開，但窗的規格相同。對于這種幕墻系統的設計要點：

(1)斷面設計及組框：施工圖階段需要有明確的組框圖，且需要準確指出哪些構件應該在工廠裝配完成，哪些連接屬于現場施工內容。

(2)系統交接的結構組合：考慮框單元中邊框與窗間墻中其他非透明幕墻的共用問題，明確對應龍骨是否參與相鄰側受力及防水、隔熱等功能要求。

(3)支座系統的三維可調節功能：龍骨系統與主體結構應當具有充足的三維可調節范圍、以滿足小單元幕墻固定于主體結構上時，其所需的預埋件布置方式和位置。

2.3.3 面板裝配式小單元幕墻設計要點

適合龍骨空間跨度大，單位面板相同，但面板布置方式復雜的外立面建筑。對于這種幕墻系統的設計要點：

(1)面板單元設計：面板單元需具備圍護系統基本功能，滿足獨立的荷載承載能力和對應所需的各類要求，如防水、隔熱等。

(2)面板單元與龍骨系統間連接：由于外立面面板布置復雜，單位面板與龍骨的連接應簡潔方便，且保證具有充足的可調節角度，以消除外立面擬合產生的誤差。

(3)應考慮其相對于龍骨系統三維可調節：每個面板單元龍骨系統應當具有充足的三維可調節范圍，方便對應位置的各種安裝方式和分格定位。

(4)防火系統：應當考慮多個小單位面板組合的墻面在層間的防火隔斷問題。

下面以筆者參與設計的實際項目對小單元幕墻進行說明。成都音樂廣場主舞臺，該項目是一個展現成都文化和城市精神，服務音樂藝術和成都市民的頂尖文化、藝術主體公園。該單體建筑設計師以鳳凰展翅為設計思路，形成如圖1所示的優美建筑造型。其外圍護包含墻面和屋面兩部分，單體外圍護的墻面外層開口棱錐裝飾鋁板系統和屋面矩形造型鋁板系統均為面板裝配式小單元幕墻。

圖1 主舞臺效果

該項目通過模型定位輔助，在建筑師設定的完成面模型上細化幕墻結構層次。屋面小單元鋁板系統中通過細部節點尺寸對小單元幕墻系統中龍骨體系的各級主次檁條進行定位和放樣，且在非均布、非平整及非常規的龍骨連接狀態下，以三維模型的方式確定對應龍骨體系的連接關系。這種模型表達方式使這種復雜構造簡單易懂，大大提高現場的施工安裝效率，施工質量得到更大保障(圖2～圖4)。

3 總結

幕墻施工有別于建筑工程其他專業，需要較為復雜的空間及時間規劃。工人及構件暴露于高空作業的時間與次數都極高，采取更科學更符合施工需求的結構體系，才能使得幕墻相關工程安全高效地完成。而這些設計當中，除了施工現場的規范、條例、措施外，也需要幕墻設計師們在設計過程中采用更優化的設計構造體系，使幕墻施工工業化，將盡可能多的施工工序工廠化，減少現場作業工序和時間，提高建筑幕墻從加工到安裝的機械化程度。這些都需要從工程設計前期開始，從設計角度，給出更加合理的設計方案，引導建筑施工工業化，引領建筑向綠色的方向發展。

圖2 墻面系統

圖3 屋面系統

圖4 屋面龍骨系統