單元式幕墻設計探討

徐強

摘要：我國南方各大城市的部分建筑工程都是大量采用幕墻結構為外圍的建筑式，其中比較具有代表性的就是單元式玻璃幕墻。單元式玻璃幕墻是將玻璃幕墻分拆成局部小塊板塊，在工廠將板塊龍骨、玻璃的加工、拼裝工序完成后，運至工地，在工地直接吊掛安裝完成。而在單元式幕墻的設計過程中，防水的設計非常重要。設計不當會造成漏水、滲水等質量問題。本文根據筆者多年的設計經驗，對單元式幕墻特點及設計進行分析。

關鍵詞：單元式幕墻；設計分析

1、單元式幕墻的特點

按照幕墻的制作安裝方法，幕墻一般可以分為構件式幕墻和單元式幕墻。構件式幕墻的安裝方法：先在加工廠加工好立柱、橫梁和連接件等幕墻元件，再運到工地分別進行安裝。立柱、橫梁等幕墻龍骨安裝完成后，再進行玻璃、鋁板或石材等面板材料安裝，最后打膠密封和安裝防火隔斷層等。單元式幕墻一般是在加工廠加工好立柱、橫梁、面板材料和其它輔材，并在工廠內完成組裝，制作成單元板塊，檢驗合格后再整塊運到工地安裝，在現場單元與單元之間采用陰陽鑲嵌的結構形式，即單元組件的左右豎框、上下橫框都是和相鄰單元組件對插形成安裝。

單元式幕墻的大部分加工和組裝工作都在工廠內進行，這樣他可以進行工業化大批量生產，大大提高了勞動生產率和產品質量，這就決定了單元式幕墻具有以下特點：

第一：單元式幕墻最大特點是工地工期短。

第二：單元式幕墻為建筑師發揮想像力提供了廣闊的天地。由于在工廠組裝，可以用各種構圖來組合拼裝成單元組件，運往工地吊裝就位，這樣就可以設計出各種不同風格的異形幕墻，使采用幕墻的建筑物發揮最佳藝術效果

第三：單元式幕墻融各種幕墻技術于一體。

2、單元式幕墻的設計分析

2.1單元式幕墻封口設計

單元式幕墻通過對插完成接縫，這樣在上、下、左、右四個單元連接點上必然有一個四個單元組件對插件均不能到達的地方，此處必然有一個內外貫穿的洞，如何堵好這個洞是單元式幕墻設計中必須解決好的問題，即在設計型材前就要將封口的構造設計好，在設計型材斷面時就要將封口構造體現在型材上，擠壓出的型材斷面就包含有封口構造要求，如果在設計時不考慮好封口構造，將造成不可彌補的損失。

對這個部位的處理，現在有兩種方案，即橫滑型和橫鎖型，這兩種分類方法是根據地震作用下，單元組件反應的差別來劃分的。

2.1.1橫滑型設計

橫滑型構造是在左、右相鄰兩單元組件上框中設封口板，用這個封口板將上、下、左、右4個單元組件結合部位內外貫通的開口封堵，此封口板除了具有封口功能外，還是集水槽和分隔板。由于這個封口板嵌在單元組件上框的滑槽內，它比上單元下框公槽大，上單元下框可以在封口板槽內自由滑動，它不限制上單元下框在兩相鄰下單元組件上框內滑動，在地震作用下，在主體結構層間變位時原來上下一一對齊的兩單元組件，在主體結構層間變位影響下，上下兩層單元組件發生相對位移，這時候上單元組件不再定位在原來對齊的下單元組件上框中，而有可能局部滑入相鄰下單元組件的上框，由于這種滑動，在地震中單元組件本身平面內變形比主體結構層間位移小。

2.1.2橫鎖型設計

橫鎖型是在接縫處豎框空腔中設一個多功能插芯，這種插芯由兩部分組成，對插的封口部分和上開口其他五面封閉的集水壺組成，對插部分位于四單元交接處，集水壺位于下部，它集封口、集水、分隔于一身。

由于多功能插芯位于上下兩單元交接處，將上下兩單元組合成一個整體觀念，上下單元形成橫向鎖定，上單元組件不能在下單元組件上上框中滑動，即左右相鄰兩單元不能滑動，而稱橫鎖型。在地震作用下，其地震作用下變位與構件式相同，即豎框隨建筑物主體結構層間位移進行平面門變形，對單個單元組件來講，其平面內變形率大于橫滑型。

2.2單元式幕墻防水構造設計

在介紹單元式幕墻防水構造設計之前，首先就我們了解一下雨幕設計原理，它是指雨水在這一層“幕”的滲透將如果被阻止的原理，其主要因素為在接縫部位內部設有空腔，其外表面的內側的壓力在所有部位上一直要保持和室外氣壓相等，以使外表面兩側處于等壓狀態，其中提到的外表面即“雨幕”。壓力平衡的取得是有意使其開口處于敞開狀態，使空腔與室外空氣流通，以達到壓力平衡。

幕墻發生滲漏要具備三個要素：幕墻面上要有縫隙；縫隙周圍要有水；能夠讓水通過縫隙進入幕墻內部的作用。在外壁，水和縫隙是無法消除的，只有通過消除作用來讓水不通過外壁縫隙進入等壓腔；要達到內壁不滲漏，則只有讓雨水淋不到內壁，這正好由雨幕墻發揮，實現外壁內、外側等壓。實現水進不到等壓腔內，從而淋不到內壁，內壁周圍沒有水就不會發生滲漏，這樣單元式幕墻對插部位就不會有水滲入室內。

由于外壁的壓力是由風壓引起的，而風是變化的，所以要達到完全等壓是有困難的，因些應該考慮外壁必然有少數偶然滲漏的可能，這樣就要讓已滲入等壓腔內的水及時排出室外。

通過分析，在單元式幕墻橫向和豎接縫的外側設置雨披，僅在兩單元組件連接處留一個小開口，使等壓腔與室外空氣流通，以維持壓力平衡，雨披沿接縫全長阻止大量雨水滲入幕墻內部，僅開口處有少量雨水滲入，用內封口板將沿豎框內腔下落的水分層集水并及時排至室外面板表下下泄，且排水孔遠離接縫，減少縫隙周圍水的聚集，如下圖示：

2.3單元幕墻集水槽構造設計要點

單元式幕墻防水的薄弱環節是四個單元的“+”字縫，這是單元式幕墻能否成功防水的關鍵。目前比較成功的解決方案有橫鎖式、橫滑式和“+”字交叉密封結構等，其中橫滑式應用最為廣泛，本文就橫滑式幕墻集水槽設計要點進行闡述。

橫滑式集水槽位于四個單元的“+”字縫處，除封口功能外，還是集水槽和分隔板（把豎框分隔成每層一個單元）。橫滑型封口板嵌在下單元上框母槽內，因此集水槽的設計對于單元式幕墻的防水性能的優劣有重大的影響。

某工程單元式幕墻節點如下：

上圖所示節點初看完全滿足單元式的設計要求，有等壓腔，有塵密線、水密線及氣密線，但是在單元板塊加工完畢，進行拼裝時就會發現集水槽設計不合理。通過下圖所示的幕墻“十”字交叉縫可以看出，第一等壓腔的后壁在集水槽的內部，第一等壓腔內是有水的，而且水會沿型材壁向內向下流淌，在單元式公料的下部將會有一個缺口，導致集水槽內進入大量的水，增加了室內滲水的可能性。

此單元式幕墻的集水槽前壁位于第二等壓腔內，第一等壓腔內的大部分水沿著型材壁向下流淌未能進入集水槽，因此集水槽內水量較少，提高了單元式幕墻的防水性能。

集水槽前壁置于豎料第二道密封之后，這種結構可有效保證單元幕墻具有良好的防水性。集水槽前端有越多的等壓腔體，單元幕墻的防水性能會越好。因為從豎向縫內進入內腔的雨水由于層層阻礙，越向內水越少，從而達到一個理想的水密性能。

2.4 幕墻收邊收口設計

單元式幕墻本身的特點決定了單元式幕墻現場安裝必須按照左右或是右左的先后順序及從下往上一一對插，當中不留空位，所以最后一個單元板塊無法平推進入空位，因為已安裝固定的左右兩單元組件之間距離凈空比單元組件實際寬度要小，這個組件無法在水平方向平推進入空位，也不能先插一側再插另一側，所以最后一個單元板塊的設計就成了關鍵。筆者建議從空位的上方向下插入。

2.5 幕墻的強度設計

在幕墻的強度設計方面，型材的外部輪廓尺寸及內部的構造形式均應通過具體工程的結構計算確定。組框釘槽的數目、直徑、位置、壁厚必須滿足工程的結構計算要求。在滿足結構計算的情況下，幕墻的框料可以設計成開腔型材，或減小幕墻的外部輪廓尺寸及型材壁厚。

3、結束語

總而言之，鑒于單元式幕墻在現代社會的廣泛應用，我們應該不斷的加強對單元式幕墻的設計研究，從設計方面確保單元式幕墻的功能和質量。

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