幕墙设计中的一些问题及处理

温海洲

一、建筑幕墙构造设计

1. 幕墙防火隔烟设计

根据 《玻璃幕墙工程技术规范》4.4.7内容:玻璃幕墙与周边防火分隔构件间的缝隙、楼板或隔墙外沿间的缝隙、与实体墙面洞口边缘间的缝隙等，应进行防火封堵设计。

在实际幕墙设计中，有些设计师在进行防火隔烟封堵设计时不是很合理，以至于与业主、监理或审图中心常常会产生一些技术上的摩擦。现就关于此项设计需要注意事项列举如下。

（1）幕墙主体结构楼层梁处的水平防火封堵

建筑幕墙处主体结构楼层梁处的水平防火封堵层应尽量接近玻璃面，不能只封到幕墙横梁的背部，横梁上方的防火岩棉隔离层厚度应满足大于等于100mm的要求；楼层间水平防烟带的岩棉宜采用厚度不小于1.5mm厚的镀锌钢板承托。同时，如果纵向采用易燃物保温板如挤塑聚苯板，则保温板应设置在防火隔离层的上方 (如图1)。

图1 幕墙主体结构楼层梁处的水平防火封堵

（2）幕墙横梁与主体结构洞口处的防火封堵

在幕墙设计中，玻璃幕墙横梁与主体结构洞口处的防火封堵往往被忽视，有的设计师在绘图时没有重视，甚至没有设置防火隔离。按规范要求，幕墙横梁与主体结构洞口处的防火封堵层厚度也不应小于100mm。

（3）幕墙立柱与主体结构周边纵向防火、防烟封堵

玻璃幕墙立柱与主体结构洞口周边纵向防火、防烟封堵厚度隔离层的截面尺寸也不宜太小，最好不小于100mm，否则不合规范要求。

幕墙设计中，防火、隔烟设计一定要引起重视，近来，国家对防火规范方面要求比较严格。同时，在设计主体结构楼层梁处的水平防火封堵时要注意不是把板后面的空间全部填满防火岩棉，而是在100mm厚度的防火岩棉隔离层范围内不留空隙就行了。

2. 幕墙防雷防静电设计

幕墙系统的防雷和防静电设计是确保幕墙工程的安全设计。良好的防雷和防静电性能可确保幕墙不遭雷击或因静电失火和影响整个建筑室内电器设备的正常使用。由于在幕墙系统中多处因防腐、防噪等原因设置了PVC装置，致使建筑物防雷装置不能直接起到接闪和防雷作用。这样，闪电对建筑的雷击往往也就变成了闪电对玻璃 (金属)幕墙的雷击。

幕墙作为一种复合系统，局部采用了大量金属构件，幕墙的金属材质由于雷电的效应，将会产生静电感应作用。当天空中的云由于摩擦或碰撞产生雷电和大地形成电场时，幕墙的金属杆件就会积聚大量的感应电荷，且这种感应电荷与雷云极性相反；当雷云瞬间放电后，云与大地的电场突然消失，这时幕墙的金属杆件感应电荷不能以相应的速度流散，将会产生高达万伏以上的对地电位，这种静电感应电压对人和设备产生危害。所以，必须消除静电对幕墙的影响。

图2 幕墙防雷节点处理

按照规范要求，在建筑标高30mm以上，幕墙必须采取防雷措施。目前，防雷的通常做法是幕墙位于均压环处的预埋件的锚筋 (或者锚板)必须与土建均压环电焊连接；且10m以内宜有一根立柱采用柔性导线上下连通，形成等电位，再与土建防雷系统连通 (如图2)。

3. 玻璃采光顶设计

随着建筑幕墙的快速发展和对周边环境及采光效果的需要，采光顶的使用及设计也越来越广泛。但传统采光顶构造方式很容易出现胶缝渗水及内部结露等现象，会给建筑本身及使用者带来一定的负面效果。本人结合多年来的幕墙设计经验及施工现场体会，总结了一定的采光顶设计方法，可供设计师们参考。

（1）玻璃采光顶设计时，在型材上要注意选择，传统的设计一般没有考虑型材的二次防水措施，这样会导致胶缝渗漏水及冷凝水没有有效地排放，造成采光顶设计不完善漏水的现象。基于多方面的考虑，我司在采光顶设计时，采用了统一的配套型材，使采光顶设计完善的同时，也注重了二次排水措施，有效地避免了渗水及漏水现象 （如图3）。

图3

（2）采光顶设计在考虑型材二次排水的同时，也要注意面板的分格尺寸。采光顶必须采用夹胶安全玻璃，如采用点支承结构，面板分格尺寸不宜大于1.6m×1.6m。如果分格板块过大，容易产生较大的挠度，造成局部积水现象；同时面板过大也不利于后期的维护，如果玻璃自爆或其他原因产生破裂对后期的更换会带来一定程度的难度 （如图4）。

图4 玻璃采光顶挠度较大产生积水现象

由图中可以看出，在实际工程中由于玻璃板块较大产生一定的挠度，造成雨水无法排出，产生积水，如此时间久了，就会使雨水通过胶缝渗漏到室内。

二、建筑幕墙结构设计

结构设计是幕墙设计中的一个重要方面。幕墙是建筑物的外围护结构，主要承受自身的重力荷载，以及作用在其上的风荷载、地震作用和温度作用。

1. 幕墙的支承结构

支承结构是建筑幕墙重要的组成部分，它能把幕墙表面承受的风荷载、温度差作用、自身重量和地震荷载传给主体结构。因此，支承结构必须有足够的强度和刚度。它相对于主体结构有特殊的独立性，又是整体建筑不可分离的一部分。支承结构既要与主体结构有可靠的连接，又不承担主体结构因产生位移或变形对幕墙产生的附和作用。由于幕墙是可以拆换的维护结构，所以其结构设计使用年限不宜低于25年。

在幕墙支承结构设计中，立柱的上、下柱连接算是最普通的结构设计了。JGJ102-2003.6.3.3中关于上、下柱连接闭口型材可采用长度不小于250mm的芯柱连接。此项要求主要是对铝型材而言，如果立柱是钢龙骨，上下柱连接也可以用钢板连接，前提是上、下柱位移一致就可以了。如果幕墙立柱是双跨梁结构模型，长短跨之比不应小于1/10，目前有些审图中心的审查员把长短跨比控制在0.15，如果层间结构梁高度不足，则跨距比很难达到0.15的比例，这个问题后期可以与审查人员沟通解决。

2. 幕墙后锚固处理

幕墙后锚固处理主要体现在锚栓形式上的选用，目前较普遍的锚栓选择上主要有化学锚栓与金属膨胀锚栓。两种锚栓目前尚不能说哪种好哪种不好，只能说它们承载原理有些区别。化学锚栓因无膨胀应力的锚固可以实现较小的边间距，其锚固原理主要是化学粘结力及锁键力来承受外界荷载；膨胀锚栓主要是通过膨胀片与混凝土间的摩擦力或对混凝土的压力，产生承载能力来承受外界拉力荷载。不论哪种锚栓，其承载力设计值不应大于其极限承载力的50%，且不宜在与化学锚栓接触的连接件上进行焊接操作。(注:部分内容来自于喜利得交流会资料)

图5 化学锚栓和金属膨胀锚栓承载原理的区别

3. 幕墙用预埋件设计

预埋件是用于固定幕墙支承结构的主要受力构件，因此预埋件的质量尤其重要。预埋件由锚板和锚筋组成。常用的幕墙预埋件有平板形和槽形两种。预埋件的锚板宜采用Q235B的钢材，表面作热浸镀锌防腐处理，锌膜厚度应大于40um。锚筋应采用I级或Ⅱ级钢筋，目前普遍采用的是Ⅱ热轧螺纹钢筋，锚筋不得采用冷加工钢筋。在预埋件加工时，锚板与锚筋是采用塞焊还是T形焊并没有强制性规定，本人认为焊接方式最好采用坡口塞焊，这样质量才比较可靠。不过，当锚筋直径大于20mm时，JGJ102-2003规范要求宜采用穿孔塞焊。

从预埋件的受力情况来分析，主要有两种形式:一种是受拉和受弯，一种受剪 (如图6)。对受拉和受弯预埋件来说，其锚筋的锚固长度可按下式计算:

(fy钢筋抗拉强度设计值；ft砼轴心抗拉强度设计值；D是钢筋公称直径；a锚筋系数)

(注:抗震设计的幕墙，钢筋锚固长度应按1.1倍采用)

当结构计算中锚筋的拉应力设计值小于钢筋抗拉强度设计值时，则锚筋的锚固长度以不小于15d为宜，同时，锚筋长度不允许负偏差。

图6 预埋件受力形式分析

三、建筑幕墙面板设计

幕墙面板主要有玻璃、金属板材及石材等外装饰材料。

1. 玻璃

玻璃作为一种透明材料被广泛应用于建筑、制造等行业，是幕墙的主要面材。所以，科学的选用玻璃对于建筑物的节能具有十分重要的意义。普通的透明玻璃的遮阳系数Sc＞0.5，阳光中的红外线热能大量地透过了玻璃被吸收，这导致它不能有效地阻挡太阳辐射能，其隔热保温效果不很理想。

目前的市场上，Low－E玻璃是一种对4.5—25um波长范围中远红外辐射具有较高反射能力的镀膜玻璃。Low－E中空玻璃已成为节能型玻璃幕墙的首选材料。Low－E玻璃遮阳系数不大于0.4，具有低辐射、高热阻、低透光等优点，一般应用于双层中空玻璃上。由于膜层的特殊作用，它可以将80%以上的远红外线热辐射反射回去，具有良好的阻隔热辐射透过作用，以达到节能的目的。

对于玻璃采光顶或玻璃雨蓬，其面板选择要注意节能及安全事项。有保温要求的玻璃采光顶应选用钢化中空low-e夹胶安全玻璃，且玻璃分格尺寸不宜过大，最好不超过2000mm；而玻璃雨蓬不需要保温，主要是遮雨用途，所以采用钢化夹胶玻璃就行了。如果夹胶玻璃上有花纹雕刻，其PVB夹片厚度最好采用1.52mm，否则有花纹的部位连接可能不太牢靠。

2. 金属板材

金属板材一般是指铝合金板材，主要包括单层铝板、铝塑复合铝板及蜂窝铝板。金属板材在室外装饰使用时，表面要进行氟碳喷涂处理，氟碳树脂厚度要符合设计要求、规范要求。海边及严重酸雨地区，可采用三道或四道氟碳树脂涂层，其最小局部厚度不应小于35um；其他地区，可采用两道氟碳树脂涂层，干膜厚度中最小局部厚度不应低于25um。

同时，在金属板材表面进行涂层前，其表面应进行预处理。预处理是为了除去板材表面上的油污和脏物及表面上自然形成的氧化层，这样可以形成一层与基材结合牢固又可以与氟碳漆紧密结合的化学物转化膜。

3. 石材

这里所说的石材是指用于室外装饰的天然建筑板材，天然石材主要有天然大理石和天然花岗岩等。目前，用于室外装饰的石材一般采用花岗岩，花岗岩属于火成岩，主要成分以氧化硅为主，是酸性材质，且有强度高、质感好、外观效果佳等优点。石材幕墙的结构形式目前主要有两种：一种是铝合金短槽式干挂法，一种是背栓式干挂法。

在石材面板设计加工时，石材挂件的尺寸标注一定要明确清晰。有些设计师在画石材面板加工时，挂件位置设计不合理，很容易出现后期隐患 (如图7)。以铝合金短槽为例，《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001第6.3.4规定：两短槽边距离石材两端部的距离不应小于石材厚度的3倍，且不应大于180mm。而在理论结构计算时，铝合金挂件的位置位于石材横向分格跨度的L/5处较理想。只是规范中没有说明石材横向跨度的分格尺寸，所以此项与规范并不矛盾。同时，石材面板的厚度不应小于25mm，单块石材面板不宜大于1.5m2，石材面板之间的嵌缝应采用中性 (石材专用)硅酮耐候密封胶。

在石材幕墙钢龙骨现场安装时，有的施工人员往往会忽略细节，没有严格按照施工图施工，这样在后期很可能会出现安全事故。比如钢立柱与钢横杆连接时，钢横杆应该放在钢角码连接件的上方，而不是下方 (如图8)。

图7.1 挂件位置位于中间不合理

图7.2 挂件位置位于端部不合理

图8.1 横杆放在钢角码下方不合理

图8.2 横杆放在钢角码上方合理

所以，在施工过程中，横杆应该放在钢角码连接件的上方，这样，作用在横杆上的力通过钢角码可以完全转移动立杆上，同时也可以防止螺栓组中的螺帽脱落而造成石材坠落的严重后果。

四、结束语

在建筑幕墙设计或施工过程中，要以规范为要求；如果遇到新技术、新工艺，规范中没有涉及到或没有及时反映技术发展的标准，此时可根据实际情况，实事求是，在不违反常理性的规定下，可以提出合理的设计，与有关单位或人员共同解决。

[1]建筑幕墙 GB/T21086-2007.中国建筑工业出版社.

[2]玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003.中国建筑工业出版社.

[3]金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2001.中国建筑工业出版社.