可旋轉式單元幕墻設計的關鍵性技術研究

許 博 （上?，F代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司， 上海 200040）

近年來，建筑師越來越喜歡復雜造型的建筑設計，如北京市朝陽公園大廈、北京市銀河 SOHO 等，此類建筑多采用單元幕墻。由于外立面為曲面形式，幕墻設計時考慮采用平板單元板塊擬合成曲面方式。為了適應不同的曲面曲率，單元幕墻采用了不同的組合角度設計，要求不同的角度需要有不同的鋁合金模具。這不僅降低了單元板塊的組裝效率，多套模具的使用也增加了建筑成本。

以北京市銀河 SOHO 為例，在幕墻的招標圖設計中，需要采用 10 對豎框，不僅模具費用高，型材也極易造成混亂。經過施工單位的深化設計，鋁合金豎框減少到 5 對模具，雖然降低了一部分模具費用，但是相對于普通單元幕墻而言，仍是多出了 4 套模具費用。

2015 年，上海市某公司辦公樓采用了第一個可旋轉式單元幕墻。該項目采用不同角度的折線幕墻，為降低幕墻成本、提高單元板塊的組裝效率，采用了一種可旋轉式單元附框。這為不同角度組合的雙曲面幕墻提出了一種新的設計思路。

本項目幕墻采用多角度折線形單元幕墻的設計方案。單元幕墻采用可旋轉方式，即單元幕墻鋁合金豎框采用兩種型材相結合的方式。單元幕墻立柱與普通單元幕墻相同，在立柱前端增加圓柱形鋁合金附框，與單元立柱通過不銹鋼螺釘連接，從而實現不同角度的組合，大幅減少幕墻生產加工過程中的模具種類。因此，采用可旋轉式連接的折線單元幕墻可以合理降低造價，同時又可提高組裝效率。

1 可旋轉式單元幕墻設計思路

可旋轉式單元幕墻大樣圖如圖 1 所示。

圖 1 可旋轉式單元幕墻大樣圖

由圖 1 可知，本項目為雙層幕墻，外側為可旋轉式單元幕墻，內側采用鋁合金窗系統。本文主要針對外側單元幕墻進行探討。外側單元幕墻在平面上呈折線型變化，折線的角度均不相同，如采用上述不同單元型材模具組合的方式，不僅會增加模具費用，同時也會給單元板塊組裝及現場安裝帶來一定的難度，造成時間、成本上的增加。

本項目設計的單元幕墻為橫明豎隱系統。不同于傳統幕墻，在鋁合金豎框前端增加圓柱形的附框，玻璃通過結構膠與附框粘接固定好，再插入鋁合金豎框中，旋轉好角度后，在豎框內側通過不銹鋼螺釘固定好，從而可滿足不同角度的單元板塊組合要求，單元附框節點如圖 2 所示。

圖 2 可旋轉附框節點

在設計時，折線角度為 15.0°～－15.0° 之間，角度變化達 30.0°。在 30.0° 內，鋁合金型材可隨意組合，滿足不同的角度變化。

具體設計以及組裝步驟如下。

（1）根據立面以及平面不同位置的不同單元板塊，首先將單元板塊進行編號。

（2）單元幕墻附框采用圓柱形型材，在工廠組框時，可以根據需要組合成不同的角度。

（3）通過機制螺釘固定。

于2013年4—6月在寧波市奉化區采用整群隨機抽樣方法隨機抽取2個街道 （鎮），每個街道（鎮）抽取1個居委會（行政村），抽取的居委會（行政村）內65歲以下的已婚婦女為調查對象，采集子宮頸脫落細胞樣本進行HPV檢測。所有調查對象均知情同意，共采集778份樣本，樣本來源者年齡23~65歲，中位年齡為45歲。

以單元板塊編號 4 和 5 為例，具體如圖 3 所示。兩個單元板塊之間的角度為 165.0°，4 號及 5 號單元板塊玻璃與幕墻垂直面之間角度為 82.5°。單元板塊在工廠內組裝時，首先將 1 號件（鋁合金附框）插入到 2 號件的槽口中（鋁合金豎框），調整好角度后，將不銹鋼機制螺釘打入到鋁合金豎框中，從而使整個單元板塊保持在需要的 82.5° 角度上，具體如圖 4 所示。

通過以上分析可知，鋁合金附框和鋁合金豎框之間的角度可以隨意組合，既降低工程成本，又提高了工作效率。

圖 3 單元板塊編號大樣圖

圖 4 單元板塊組裝節點

2 旋轉式單元幕墻節點的配套設計

2.1 鋁合金豎框設計

單元幕墻的玻璃角度變化，導致單元玻璃與鋁合金豎框的間距不同，如圖 5 所示。為滿足室內裝飾效果，使單元豎框與玻璃之間的距離保持一致，此部位在設計時考慮的尺寸為變化值。首先在電腦上設計不同角度的單元板塊加工圖，根據每個單元板塊，將此處型材在加工廠內銑掉，從而使玻璃與鋁型材之間的距離均為 6 mm，保證裝飾效果。

圖 5 玻璃組裝示意圖

2.2 單元幕墻橫豎框交接設計

本項目單元幕墻采用目前水密以及氣密性能比較先進的設計方式，即水密膠條置于橫豎料加工完成面之前，如圖 6虛線所示。水密膠條在不同一平面內，豎向膠條在前、橫向膠條在后，幕墻膠條不交圈，前道插接翅未被銑掉。

圖 6 單元幕墻水密線示意圖

此類單元幕墻設計的優點在于單元豎框的插接翅未被銑掉，在左右豎框間形成的間隙被泡棉封堵。在整個平面內形成了環形密封，無密封間斷點存在，豎向膠條在外側形成密封，橫向膠條在內側形成密封，從而保證單元幕墻具有更好的水密性能。

3 工程應用

上海市某公司辦公樓在國內較先采用此種構造的單元幕墻。其外立面在平面上為不規則角度組合的折線形式，而如采用傳統的單元幕墻，則需要多套模具。目前該項目鋁合金豎框采用可旋轉式附框的施工已經結束，且單元幕墻通過了四性試驗，物理性能滿足設計要求。

關于該項目節點設計的幾點思考如下。

（1）豎向鋁合金附框設計比較復雜，且附框與旋轉框之間采用不銹鋼自攻釘連接，受力不好，同時影響室內效果。

（2）玻璃采用大小片設計，在運輸以及搬運過程中，容易造成玻璃的破碎。

本案汲取該工程的優點，同時進行了一定的優化設計，使旋轉附框設計更加簡潔、美觀，結構設計更加合理。

4 結 語

旋轉式單元幕墻不僅在理論上可實現，實際工程中亦有應用。實踐證明，可以完全滿足幕墻的物理性能以及規范要求。本課題所研發的可旋轉式單元幕墻，相對于傳統的幕墻，最主要的優點是可以采用 1～2 套模具來實現不同角度的幕墻組合。這樣，在降低成本的同時能夠滿足建筑師對外立面效果的需求。