单元式幕墙关键施工技术研究

林月云

(三明市建设工程质量监督站 福建三明 365000)

0 引言

随着经济社会的快速发展，幕墙建筑渐进我国，从测绘仿制的起步，到随后的迅速发展，再到今日的自主研发，已30多个年头。如何控制建筑幕墙施工质量及使用安全，成为当下幕墙安全发展的主要核心问题。因此，研究单元式幕墙施工技术，对提高幕墙施工质量，加快施工进度，提升工程质量管理水平具有重要意义。文章基此结合三明机场单元式幕墙施工案例，就单元式幕墙施工中的预埋处理、三维支座设计、单元板块拼装、防火保温等方面技术控制进行简要探讨。

1 项目概况

三明沙县机场主体机构为地上2层、高度20.5m的框架式结构，外墙采用玻璃幕墙、陶土板干挂幕墙、蜂窝铝板幕墙相结合。其中，玻璃幕墙面积5560m2，采用单元式玻璃幕墙形式，单元体幕墙立柱左、右分格宽B1、B2为2500mm，立柱跨度L为3700mm，选定面板材料为:8(TP)Low-e+12A+6(TP)+1.52PVB+6(TP)中空夹胶玻璃。该工程单元式幕墙风荷载设计标准值Wk=1000Pa。幕墙平面布置如图1所示。

图1 幕墙平面布置示意图

该项目单元式幕墙具有诸多施工技术难点，尤其是单元式幕墙拼装精度要求高，拼装时由相邻两单元板块单元组件框对插完成接缝。由于现场主体结构存在80°内倾角，为非完全水平和垂直状态，致使幕墙单元板块与主体结构之间存在施工厚度不一致，相邻单元板块的施工平整度需要依靠单元式幕墙的支座系统进行调节。因此，需要一个可实现三向调节的三维可调支座系统，以满足单元式幕墙现场单元板块拼接施工精度的要求。

2 单元式幕墙施工

2.1 预埋件的检查与偏差处理

在测量放样过程中，预埋件的检查与结构的检查相继展开，测量人员将埋件标高线、分格线均用墨线弹在结构上，依据十字中心线，施工人员用尺子进行测量，检查出埋件左右、上下的偏差，如图2所示。

(a)正视图

(b)侧向视图(c)俯视图图2 预埋件偏差检查示意图

埋件进出时，测量放线人员从首层与顶层采用钢线检查，一般在15m左右布置一根钢线。为减少垂直钢线的数量，横向使用鱼丝线进行结构检查，检查尺寸计算：理论尺寸-实际尺寸=偏差尺寸。

预埋件检查完毕后，经计算超过设计尺寸，与设计进行沟通分析，若偏差超出设计范围，报告业主、监理和总包，并做出解决方案：①土建将偏差结构进行剔凿；②将玻璃完成面向外推移；③部分剔凿、部分推移。

当锚板预埋左右偏差大于30mm时，角码一端已无法焊接，另一端连接困难时，采用与预埋件等厚度、同材质的钢板进行补板。锚板埋件补埋采用化学锚栓固定。

2.2 单元式幕墙三维可调支座系统安装设计

单元式幕墙的支座系统，是保证单元式幕墙安装质量的技术重点之一。支座系统安装于结构梁顶部或者安装于结构梁外侧，其支座系统均要求有三向调节功能。本文首要重点针对三明机场安装于结构梁外侧的可调三维支座系统的设计与安装进行阐述。

该三维可调支座系统由钢挂件、上下调节螺栓、转接件等组成，三维支座系统，如图3所示。

(a)系统拼装正视图(b)系统拼装后视图

(c)俯视图(d)侧向视图图3 三维可调支座系统示意图

2.2.1三维可调支座系统的调节功能

三维可调支座系统转接件、连接单元式幕墙板块的钢挂件，均采用氟碳漆喷涂处理。板块安装时，再配合橡胶垫，可有效地防止铝合金材质的单元板块与钢材质的三维支座系统的钢挂件产生双金属腐蚀。

三维可调支座的X轴方向可实现±25mm的水平方向活动调节。具体方法为：通过右侧钢挂件的螺母定位，然后调节左侧钢挂件来实现X轴方向单元板块与支座的水平方向活动连接，保证相邻单元板块之间不同步伸缩的同时，单元板块在X轴方向不会受到拉伸或者挤压，即在地震水平作用力下仍可以很好地保证单元式幕墙板块的完整性。

三维可调支座的Y轴方向可以实现±25mm的纵向方向活动调节。具体方法为：通过M25×230的螺杆，在转接件的长孔方向上先进行定位调节，然后定位外窗后通过带牙垫片与可调支座两侧的钢转接件进行固定连接，可有效地保证单元板块之间拼接的平整度，消除后期打注密封胶的影响，更好地保证了单元式幕墙的水密性能。

三维可调支座的Z轴方向可以实现±25mm的垂直方向活动调节。具体方法为：通过2个M12×80的内六角调节螺栓来调整单元板块在垂直方向的位置，让其与M25×230的螺杆进行定位，然后通过钢挂件将单元板块挂接在M25×230的螺杆上，由螺栓杆直接承受单元板块的重量，可保证幕墙单元体板块的安装精度。

综上，即通过安装于结构梁外侧的可调三维支座系统，实现(上下、前后、左右)三维方向的调节，大大提高了单元式幕墙单元板块的安装精度，且该支座系统还能很好地吸收因材料热胀冷缩及主体结构变形等产生的三维方向位移，保证单元式幕墙后期使用安全及使用寿命，同时在一定程度上消除了土建预埋施工时产生的水平和垂直误差对单元板块幕墙安装的影响，减少单元式幕墙施工难度。

2.2.2三维可调支座系统的受力分析

单元板块是通过钢挂件直接挂接在M25×230的螺杆上， 螺杆直接承受单元板块的重量、风荷载等力作用，受力最为不利，是设计的重点。 螺杆的荷载示意如图4所示。

图4 螺杆的荷载示意图

(1)支座连接处风荷载设计值[1]

Wk：连接处风荷载标准值(N)，取为0.001MPa；

B1：立柱计算间距(mm)；

L：立柱跨度(mm)；

Nwk=WkB1L

=0.001×2500×3700

=9250N

Nw：连接处风荷载设计值(N)：

Nw=1.4Nwk

=1.4×9250

=12 950N

(2)连接处地震作用设计值

NEk：连接处地震作用标准值(N)；

B1：立柱计算间距(mm)；

L：立柱跨度(mm)；

βE：动力放大系数,取5.0；

αmax：水平地震影响系数最大值，取0.08(三明市地区设防烈度为七度,根据该地区的情况,故取αmax=0.08)；

Gk：幕墙构件的重力荷载标准值；

GK/A:幕墙构件的重力荷载设计值，面板平米重量取0.512kN/m2。

A：幕墙构件的面积(mm2)；

NEk=βEαmaxGk/A×B1L

=5×0.08×0.512×2500×3700

=1894.400N

NE：连接处地震作用设计值(N)：

NE=1.3NEk

=1.3×1894.400

=2462.720N

(3)连接处风荷载和地震作用组合水平力计算[2]

Nh：连接处风荷载和地震作用组合水平力(N)：

采用Sw+0.5SE组合：

Nh=Nw+0.5NE

=12 950+0.5×2462.720

=14 181.36N

(4)连接处自重力计算

NGk：连接处自重标准值(N)；

B1：立柱计算间距(mm)；

L：立柱跨度(mm)；

NGk=0.0005×B1L

=0.0005×2500×3700

=4625N

NG：连接处自重力设计值(N)：

NG=1.2NGk

=1.2×4625

=5550N

(5)挂板点受力F计算

F：挂板点受力(N)；

F=(Nh2+NG2)0.5/2

=(14 181.362+55502)0.5/2

=7614.35N

(6)螺杆抗弯承载力计算：

d：螺杆直径,取为25mm；

fb3b：螺杆(Q345)的抗弯强度设计值，取295MPa；

W：螺杆截面抵抗矩，W=πd3/32=1533mm3；

Mmax：螺杆截面弯矩最大值；

L：挂接螺钉与连接板件中心距；

Mmax=FL=7614.35×50

=380 717N·mm

σb=Mmax/W

=380 717/1533

=248MPa≤fb3b=295MPa

螺栓杆直径取为25mm的抗弯承载力满足要求。

3 单元板块拼装

单元式幕墙单元板块，是在工厂里将玻璃、铝合金型材、五金配件等装配完成的单元组件，然后运输至工程现场将各个相邻单元板块通过公母槽进行对插拼接完成接缝，其与主体结构的连接需在建筑的室内侧进行操作，因此单元式幕墙内侧必须预留足够的安装操作空间。

单元式幕墙的单元板块吊装过程中，要特别注意板块构件和主体机构上的连接构件的配合精度控制在允许的范围内。唯此，安装好的单元式幕墙各板块拼接缝之间的平整度，才能达到幕墙施工质量要求，保证各板块吊装顺畅。该工程项目单元板块采用由下至上、由左至右的吊装顺序。

4 防火防雷处理

4.1 防火处理

防火性能设计和防火等级大小，是衡量建筑幕墙功能优良与否的一个重要指标，因此，防火设计是非常重要的。幕墙防火构造设计方面采取了以下措施，如图5所示。

图5 幕墙防火构造

(1)幕墙与主体结构连接的埋件外露部分和连接件，均设在防火保护区内，且涂防火涂料加以保护。

(2)幕墙装饰材料采用难燃或非燃烧物。

(3)避免一块玻璃跨越两个防火分区，减少因玻璃爆裂、火灾殃及邻层造成大面积火灾的机会。

(4)在每层楼板边缘与幕墙间的缝隙都用防火岩棉填实，上、下两面用1.5mm厚镀锌钢板固定且用防火密封胶密封，防火岩棉厚度不小于100mm。这样，既保温又可隔断各层之间火灾的蔓延，防止一旦失火，火从楼缝隙向上蔓延，形成自下而上的拨火通道，将火灾控制在最小范围内。

4.2 防雷处理

根据有关防雷规范以及幕墙的防雷要求，幕墙的预埋件钢筋与大楼楼板钢筋相连通，楼板钢筋与大楼主体防雷钢筋相连通。这样，整个系统与主体防雷系统形成通路，达到防雷目的。该工程采取了如图6所示的防雷措施，幕墙形成了自身的防雷体系，并与主体结构的防雷体系可靠地连接。

图6 幕墙防雷体系示意图

在钢龙骨背部钻孔，用Ф12的双头螺杆与龙骨连接。

双头螺杆的另一端，焊在与主体均压环连接的导电性能良好的扁铁，实现良好的通路。

每层幕墙均可靠连通，并与防雷装置连通。

铝合金立柱水平距离不大于10m范围内，于立柱伸缩缝位置采用2mm×40mm导电铜索导通，铝材接触面上的喷涂层用砂纸打磨掉，确保导电性能。竖向主体没有均压环的楼层，每两层设置一道均压环。该层所有预埋件用Φ12圆钢焊接连接，形成连通均压环，并与主体结构的避雷引下线焊接连接，保证导电通路。焊缝采用双面搭接焊，长度不小于100mm。竖向主体有水平均压环的楼层，该层埋件用Φ12钢筋与避雷均压环双面搭接连接，形成导电通路。幕墙避雷系统与大地的接地冲击电阻不大于1Ω。

在设有防雷带的部位，设计专用的铜制的膨胀节，并用螺栓把铜片与竖框连接在一起，实现良好的通路，可防静电及防雷。

以上防雷装置设计，保证了该工程冲击接地电阻Ri≤1Ω，满足了建筑幕墙的防雷设计要求。

5 结语

单元式幕墙是现代大型建筑幕墙的主要形式，其施工技术包括预埋处理、三维可调支座调节、单元板块拼装、防火防雷构造设置等，通过严格控制单元式幕墙安装的各个环节，能很好地保证单元式幕墙安装后的气密性能、水密性能、抗风压性能、层间变形性能等各项性能指标符合建筑幕墙规范的相关技术要求，是保证单元式幕墙施工质量的关键。

三明沙县机场项目荣鹰2015年度福建省“闽江杯”优质工程奖，幕墙专业荣鹰2015年度福建省“闽江杯”优质专业工程奖(幕墙工程)。