浅谈单元幕墙设计

【摘要】越來越多的工程采用单元幕墙，单元幕墙加工精度高，工厂生产线组装效率高，现场干法施工，安装快捷，能缩短工期，消除现场许多安装隐患。 本文简要分析了单元幕墙设计的几个注意要点，并提出相应的措施，希望能对单元幕墙设计师们提供一些参考。

【关键词】防水设计；弯弧单元设计；开模设计；转接系统设计

当前单元幕墙使用程度虽然很高，但系统构造能做到非常合理的不是很多，合理的单元幕墙系统必须在设计过程中考虑全面，本文就是针对单元幕墙设计需要着重注意的几个方面来进行分析，希望能设计出更多更好的单元幕墙系统。

一、单元幕墙的防水设计

（一）单元幕墙的防水原理

大家知道，单元幕墙是现场干挂施工，无需打注密封胶，那么这套系统靠什么防水呢？即“雨幕原理”。“雨幕原理”就是：单元横竖插接缝设置等压腔，靠近室外的为湿腔，靠近室内的为干腔，两腔体周圈用三元乙丙胶条封闭，在单元十字插接缝处，单元竖向插接腔体是开放的，两腔体此处空气联通，使得干腔和湿腔等压，到达湿腔的水就没有压力进入干腔，从而在幕墙外表面形成一道“雨幕”牢牢阻止雨水进入室内。我们可以通过图1和图2来了解单元幕墙的防水排水路线。

室外的雨水可以通过两种途径进入型材的等压腔内，即横框的挡水胶条搭接处和竖框的挡水胶条搭接处。通过横框的挡水胶条搭接处进入等压腔A的水，会在重力作用下通过挡水胶条直接排出，还会有极少量雨水进入等压腔B，进入等压腔B的水，通过横框前端排水孔排到横框外腔，水沿横框外腔往两端竖框排，横框外腔与竖框交接处开排水孔，将水排到竖框外腔，竖框外腔里的水在重力作用下直接排到下一单元的横框A腔，最后直接排出室外；通过竖框的挡水胶条搭接处进入等压腔A的水，可以直接落到上横框的披水板上，水在重力作用下通过挡水胶条直接排出，还会有极少量雨水进入等压腔B，竖框等压腔B的水在重力作用下排到下一板块上横框等压腔B里，横框等压腔B里水又如上面所述一样排出室外。

（二）单元幕墙的防水构造设计

知道了单元防水原理，我们设计时就要考虑按照防水原理来合理设计防水构造，首先考虑铝型材开模，要考虑干湿腔构造，按排水方式分内排水和外排水两种构造，内排水是上横干腔中少量水通过上横框开排水孔把水排到竖框湿腔，然后通过下一单元横框排出。外排水是上横干腔中少量水通过上横框开排水孔直接排出。总体来说内排水防水效果好，因为内排水排水口不直接面对室外，外面暴风雨不能倒灌进入室内，并且排水口不宜被外界尘土堵住，故暴风雨多发地区单元幕墙应优先采用内排水方式。不管是内排水还是外排水构造，在设计型材开模时，都应当将竖框干腔边界线与下横框插接口边线齐平，这样可以使上横框插接刺上胶条在竖框处连续，避免十字插接口处漏水，同时在竖框铣加工避位横框槽口时铣刀竖框干湿腔壁。具体详见图3所示。

二、弯弧单元幕墙设计

好多单元幕墙工程存在弯弧面，一般来说是横向弯弧，弯弧面所有横框及横框扣压板均需弯弧，弯弧对于单元幕墙的加工工艺要求很高，随着弯弧半径的减小而提高，即弯弧半径越小对生产工艺要求越高。

（一）弯弧对型材的影响

从厂家购买回来的型材都是经过表面处理过的，如氟碳喷涂、粉末喷涂等，如果喷涂的型材进行弯弧再加工，势必要破坏型材的表面处理，设计提料时弯弧型材应提素材，并且素材的料长应是弯弧长度加上弯弧夹具夹持长度（具体根据弯弧厂家工艺要求确定，一般一边加250mm左右）。

从弯弧工艺来说，弯弧势必会对型材外弧进行拉伸，如果弯弧半径过小，型材容易被拉裂或崩腔，特别是开腔型材，应根据弯弧厂家工艺增加弯弧型材开模厚度，避免型材弯弧时被拉裂或崩腔。

（二）弯弧对单元插接的影响

单元幕墙上下公母横框是插接的，如果对上下公母横框进行弯弧，弯弧后插接母横框的插接腔宽度会产生偏差，导致公母框插接时插接不上，我们在设计弯弧幕墙的插接母横框时应根据弯弧半径大小和弯弧厂家工艺，适当加大母横框的插接腔间隙，根据间隙大小装配适当的压缩胶条，从而满足弯弧公母插件存在的配合问题。

三、单元幕墙的型材开模设计

单元幕墙设计的灵魂就在开模设计，一套好的型材模具不仅要满足业主和建筑师的外视效果要求，还要从加工工艺、安装简便方面考虑，同时要满足风压、气密、水密等功能要求。所有單元幕墙的技术含量全包含在型材开模图里，可以这样说，型材开模就是幕墙公司的核心技术。

（一）开模截面设计

开模前期，我们首先根据建筑师对幕墙内视和外视效果要求，合理设计型材外轮廓大小、既要满足建筑效果，又要考虑型材制作工艺性，如果出现大轮廓型材，型材的外接圆直径大于型材厂家铝锭最大挤压直径，此型材超出型材厂家的生产加工能力，无法生产，我们应与建筑师沟通，将大轮廓型材改成分体式，两个型材或者多个型材装配在一起来实现大轮廓型材的要求。

对于幕墙受力铝型材（如幕墙横竖框），在规定的风荷载下，要求受力铝型材的惯性矩大于某一个值（此值经过结构计算得出），同样的惯性矩下，同样的截面轮廓下，我们应考虑如何降低材料用量来达到节约成本目的，如图4所示，截面二的线密度小于截面一的线密度，然而截面二惯性矩却大于截面一，我们在设计时就要采用截面二这种方案，既节约了铝型材又增大了型材抵抗矩，改变型材的局部壁厚，把材料用到最需要的地方。

（二）单元开模设计

单元横竖框工厂组装是用自攻钉机械连接在一起，横框上应开钉线槽，钉线槽如图5所示，钉线槽直径φA的大小要根据配合的自攻钉大小来定，一般情况下φA比配合的自攻钉直径小0.6mm，如果用ST6.3的自攻钉，钉线槽直径φA应该为5.7mm；如果钉线槽过小，工人装配时不容易打钉，反之如果钉线槽过大，会导致自攻钉连接松动导致装配失效。横框钉线槽与竖框对接的地方应局部加厚，用以加固自攻钉连接强度。

单元横竖框如果截面宽度一样，建议设计开模时将横框截面宽度减少0.5mm，因为模具都是有圆角的，最小的圓角也有0.3mm，竖框的圆角与横框对接时就会产生横框漏白，设计时将横框减少0.5mm就避开竖框的圆角了。

单元横竖框钉线槽不能距竖框边太近，如图6a所示即是错误的，钉槽距竖框边太近，产生局部应力，此钉连接容易失效，如图6b就是正确的钉槽设计，钉槽中心距离竖框上下边沿距离L要大于等于1.5d（钉槽内孔直径）。

单元幕墙横竖框表面处理是氟碳喷涂或者粉末喷涂，单元横竖框与玻璃连接一般靠结构胶粘接，喷涂面与结构胶不相溶，开模图设计时要标注清楚型材哪个位置是结构胶粘接面，这些位置在型材喷涂时应贴上高温保护膜，防止粘接面被氟碳喷涂或者粉末喷涂导致不与结构胶相溶。如图7所示。

開模图设计时还要考虑结构胶打注的工艺性，比如打胶机胶枪最小直径是φ6mm，我们在设计开模图时要考虑使玻璃与型材的间隙（结构胶通过间隙）不能小于6mm，否则就会导致结构胶无法打注。如图8所示。

单元幕墙型材配合一般为插接、扣压、钩扣、嵌接等等，这几种配合方式都需要开模时在构造上留出足够的行程，否则型材间没有配合间隙就无法组装，给公司带来巨大损失，这一点要特别注意。另外除了这些连接外可能还有一些机械连接：自攻钉连接，螺接，铆接等，开模时也要考虑工人安装时用的工具，给工人和工具留出施工空间，否则也会导致无法打钉，无法螺接，无法铆接。

四、单元幕墙的转接系统设计

单元幕墙与主体结构连接靠转接系统，转接系统包括挂件、转接件与埋件三种构件。配合要能吸收主体结构偏差，偏差是多方位的，要能实现三项六自由度调节，使单元板块在结构偏差范围内准确而牢固的连接到土建结构上。

转接系统包括：预埋件、转接件、挂件。

预埋件按安装位置分为平埋和侧埋，平埋是预埋件锚固在结构边沿的楼板水平面上，侧埋是预埋件锚固在结构边沿楼板或边梁竖直面上。从安装方面讲，如果条件可行的情况下转接系统尽量设计为平埋转接系统，因为现场工人进行单元挂接施工时，可以在室内操作，即安全又节省施工措施费。但是如果遇到剪力墙部位，或者室内地坪较低无法遮挡单元挂件时，我们就只能设计为侧埋转接系统，侧埋转接系统的优点是挂件不占用室内空间，隐藏在层间楼板里。如图9所示。

转接件与挂件连接既要能吸收结构带来的偏差又要能实现三项六自由度的安装调节，转接件与挂件应该设计成线接触，这样才能进行适当的角度调节，一般在钢转接件上加个铝套芯，铝套芯的截面形状设计成弧度形状，并在套芯与挂件接触点设计出凸点。单元的左右调节是在挂件上开横向长条孔，单元的上下调节是在转接件和套芯上开竖向长条孔，这个能吸收部分上下误差，另外上下螺栓也能微调单元上下高度。如图10所示。

五、结束语

采用单元幕墙的建筑越来越多，单元的种类也多式多样，按面材可分：单元玻璃幕墙、单元铝板幕墙、单元石材幕墙等等；按排水方式可分：内排水单元、外排水单元；按插接方式可分：横滑单元、横锁单元；所有这些种类的单元，不管如何变化，我们只要抓住单元的设计要点，趋利避害，合理设计，就能设计出大家满意的单元幕墙。

参考文献

[1] 玻璃幕墙工程技术规范[Z].JGJ102-2003.

[2] 金属与石材幕墙工程技术规范[Z].JGJ133-2001.

作者简介：白鹤鸣（1977.07—），男，汉族，河南人，学士，中级工程师，研究方向：建筑幕墙。