单元式幕墙设计探讨

徐强

摘要：我国南方各大城市的部分建筑工程都是大量采用幕墙结构为外围的建筑式，其中比较具有代表性的就是单元式玻璃幕墙。单元式玻璃幕墙是将玻璃幕墙分拆成局部小块板块，在工厂将板块龙骨、玻璃的加工、拼装工序完成后，运至工地，在工地直接吊挂安装完成。而在单元式幕墙的设计过程中，防水的设计非常重要。设计不当会造成漏水、渗水等质量问题。本文根据笔者多年的设计经验，对单元式幕墙特点及设计进行分析。

关键词：单元式幕墙；设计分析

1、单元式幕墙的特点

按照幕墙的制作安装方法，幕墙一般可以分为构件式幕墙和单元式幕墙。构件式幕墙的安装方法：先在加工厂加工好立柱、横梁和连接件等幕墙元件，再运到工地分别进行安装。立柱、横梁等幕墙龙骨安装完成后，再进行玻璃、铝板或石材等面板材料安装，最后打胶密封和安装防火隔断层等。单元式幕墙一般是在加工厂加工好立柱、横梁、面板材料和其它辅材，并在工厂内完成组装，制作成单元板块，检验合格后再整块运到工地安装，在现场单元与单元之间采用阴阳镶嵌的结构形式，即单元组件的左右竖框、上下横框都是和相邻单元组件对插形成安装。

单元式幕墙的大部分加工和组装工作都在工厂内进行，这样他可以进行工业化大批量生产，大大提高了劳动生产率和产品质量，这就决定了单元式幕墙具有以下特点：

第一：单元式幕墙最大特点是工地工期短。

第二：单元式幕墙为建筑师发挥想像力提供了广阔的天地。由于在工厂组装，可以用各种构图来组合拼装成单元组件，运往工地吊装就位，这样就可以设计出各种不同风格的异形幕墙，使采用幕墙的建筑物发挥最佳艺术效果

第三：单元式幕墙融各种幕墙技术于一体。

2、单元式幕墙的设计分析

2.1单元式幕墙封口设计

单元式幕墙通过对插完成接缝，这样在上、下、左、右四个单元连接点上必然有一个四个单元组件对插件均不能到达的地方，此处必然有一个内外贯穿的洞，如何堵好这个洞是单元式幕墙设计中必须解决好的问题，即在设计型材前就要将封口的构造设计好，在设计型材断面时就要将封口构造体现在型材上，挤压出的型材断面就包含有封口构造要求，如果在设计时不考虑好封口构造，将造成不可弥补的损失。

对这个部位的处理，现在有两种方案，即横滑型和横锁型，这两种分类方法是根据地震作用下，单元组件反应的差别来划分的。

2.1.1横滑型设计

横滑型构造是在左、右相邻两单元组件上框中设封口板，用这个封口板将上、下、左、右4个单元组件结合部位内外贯通的开口封堵，此封口板除了具有封口功能外，还是集水槽和分隔板。由于这个封口板嵌在单元组件上框的滑槽内，它比上单元下框公槽大，上单元下框可以在封口板槽内自由滑动，它不限制上单元下框在两相邻下单元组件上框内滑动，在地震作用下，在主体结构层间变位时原来上下一一对齐的两单元组件，在主体结构层间变位影响下，上下两层单元组件发生相对位移，这时候上单元组件不再定位在原来对齐的下单元组件上框中，而有可能局部滑入相邻下单元组件的上框，由于这种滑动，在地震中单元组件本身平面内变形比主体结构层间位移小。

2.1.2横锁型设计

横锁型是在接缝处竖框空腔中设一个多功能插芯，这种插芯由两部分组成，对插的封口部分和上开口其他五面封闭的集水壶组成，对插部分位于四单元交接处，集水壶位于下部，它集封口、集水、分隔于一身。

由于多功能插芯位于上下兩单元交接处，将上下两单元组合成一个整体观念，上下单元形成横向锁定，上单元组件不能在下单元组件上上框中滑动，即左右相邻两单元不能滑动，而称横锁型。在地震作用下，其地震作用下变位与构件式相同，即竖框随建筑物主体结构层间位移进行平面门变形，对单个单元组件来讲，其平面内变形率大于横滑型。

2.2单元式幕墙防水构造设计

在介绍单元式幕墙防水构造设计之前，首先就我们了解一下雨幕设计原理，它是指雨水在这一层“幕”的渗透将如果被阻止的原理，其主要因素为在接缝部位内部设有空腔，其外表面的内侧的压力在所有部位上一直要保持和室外气压相等，以使外表面两侧处于等压状态，其中提到的外表面即“雨幕”。压力平衡的取得是有意使其开口处于敞开状态，使空腔与室外空气流通，以达到压力平衡。

幕墙发生渗漏要具备三个要素：幕墙面上要有缝隙；缝隙周围要有水；能够让水通过缝隙进入幕墙内部的作用。在外壁，水和缝隙是无法消除的，只有通过消除作用来让水不通过外壁缝隙进入等压腔；要达到内壁不渗漏，则只有让雨水淋不到内壁，这正好由雨幕墙发挥，实现外壁内、外侧等压。实现水进不到等压腔内，从而淋不到内壁，内壁周围没有水就不会发生渗漏，这样单元式幕墙对插部位就不会有水渗入室内。

由于外壁的压力是由风压引起的，而风是变化的，所以要达到完全等压是有困难的，因些应该考虑外壁必然有少数偶然渗漏的可能，这样就要让已渗入等压腔内的水及时排出室外。

通过分析，在单元式幕墙横向和竖接缝的外侧设置雨披，仅在两单元组件连接处留一个小开口，使等压腔与室外空气流通，以维持压力平衡，雨披沿接缝全长阻止大量雨水渗入幕墙内部，仅开口处有少量雨水渗入，用内封口板将沿竖框内腔下落的水分层集水并及时排至室外面板表下下泄，且排水孔远离接缝，减少缝隙周围水的聚集，如下图示：

2.3单元幕墙集水槽构造设计要点

单元式幕墙防水的薄弱环节是四个单元的“+”字缝，这是单元式幕墙能否成功防水的关键。目前比较成功的解决方案有横锁式、横滑式和“+”字交叉密封结构等，其中横滑式应用最为广泛，本文就横滑式幕墙集水槽设计要点进行阐述。

横滑式集水槽位于四个单元的“+”字缝处，除封口功能外，还是集水槽和分隔板（把竖框分隔成每层一个单元）。横滑型封口板嵌在下单元上框母槽内，因此集水槽的设计对于单元式幕墙的防水性能的优劣有重大的影响。

某工程单元式幕墙节点如下：

上图所示节点初看完全满足单元式的设计要求，有等压腔，有尘密线、水密线及气密线，但是在单元板块加工完毕，进行拼装时就会发现集水槽设计不合理。通过下图所示的幕墙“十”字交叉缝可以看出，第一等压腔的后壁在集水槽的内部，第一等压腔内是有水的，而且水会沿型材壁向内向下流淌，在单元式公料的下部将会有一个缺口，导致集水槽内进入大量的水，增加了室内渗水的可能性。

此单元式幕墙的集水槽前壁位于第二等压腔内，第一等压腔内的大部分水沿着型材壁向下流淌未能进入集水槽，因此集水槽内水量较少，提高了单元式幕墙的防水性能。

集水槽前壁置于竖料第二道密封之后，这种结构可有效保证单元幕墙具有良好的防水性。集水槽前端有越多的等压腔体，单元幕墙的防水性能会越好。因为从竖向缝内进入内腔的雨水由于层层阻碍，越向内水越少，从而达到一个理想的水密性能。

2.4 幕墙收边收口设计

单元式幕墙本身的特点决定了单元式幕墙现场安装必须按照左右或是右左的先后顺序及从下往上一一对插，当中不留空位，所以最后一个单元板块无法平推进入空位，因为已安装固定的左右两单元组件之间距离净空比单元组件实际宽度要小，这个组件无法在水平方向平推进入空位，也不能先插一侧再插另一侧，所以最后一个单元板块的设计就成了关键。笔者建议从空位的上方向下插入。

2.5 幕墙的强度设计

在幕墙的强度设计方面，型材的外部轮廓尺寸及内部的构造形式均应通过具体工程的结构计算确定。组框钉槽的数目、直徑、位置、壁厚必须满足工程的结构计算要求。在满足结构计算的情况下，幕墙的框料可以设计成开腔型材，或减小幕墙的外部轮廓尺寸及型材壁厚。

3、结束语

总而言之，鉴于单元式幕墙在现代社会的广泛应用，我们应该不断的加强对单元式幕墙的设计研究，从设计方面确保单元式幕墙的功能和质量。

参考文献：

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