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摘要： 本文結(jié)合深圳大地科技工業(yè)園項(xiàng)目幕墻工程案列，針對鋼龍骨與鋁龍骨組合式的超大單元式幕墻設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和總結(jié)，供廣大幕墻工程設(shè)計(jì)人員參考。
關(guān)鍵詞： 裝配式;鋼鋁龍骨組合式;超大板塊;板塊類型分析;受力體系分析;設(shè)計(jì)要點(diǎn);坐立式;側(cè)風(fēng);吊點(diǎn)
1.引言
在當(dāng)代建筑行業(yè)，幕墻因其美觀、時(shí)尚而深受建筑師的青睞，它是構(gòu)成城市空間景觀的主要元素，賦予整個(gè)建筑以美感、氣質(zhì)和個(gè)性，具有升華建筑價(jià)值、彰顯建筑與城市風(fēng)貌、展現(xiàn)城市文化的重要作用，因而受到廣泛的使用和推廣，幕墻行業(yè)也得到了高速的發(fā)展。隨著建筑業(yè)的持續(xù)發(fā)展，同時(shí)在國家、地方政策的持續(xù)推動下，建筑逐漸向模塊化和裝配式、數(shù)字化營造方向發(fā)展。作為建筑業(yè)的細(xì)分行業(yè)，幕墻行業(yè)的發(fā)展也面臨諸多問題，尤為突出的問題是施工現(xiàn)場勞務(wù)用工人員老年化，造成勞務(wù)人員缺口逐年增大，同時(shí)勞務(wù)成本逐年上升，此外人們對高品質(zhì)的幕墻需求越來越多，因而單元式幕墻因其具有工廠生產(chǎn)并整體組裝、產(chǎn)品質(zhì)量高且穩(wěn)定等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。
然而在實(shí)際工程中，部分項(xiàng)目因建筑造型復(fù)雜或結(jié)構(gòu)受力原因，采用傳統(tǒng)鋁合金龍骨的插接型單元式幕墻無法滿足設(shè)計(jì)要求，需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合裝配式理念和插接型單元式幕墻的特點(diǎn)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，形成鋼龍骨與鋁龍骨組合式的超大板塊單元幕墻，本文結(jié)合深圳大地科技工業(yè)園項(xiàng)目幕墻工程案列，針對鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元式幕墻設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和總結(jié)，供廣大幕墻工程設(shè)計(jì)人員參考。
2.項(xiàng)目概況
深圳大地科技工業(yè)園項(xiàng)目位于深圳市龍華區(qū)，由5棟建筑組成，各棟建筑之間有室外連廊連接。5棟建筑立面基本相似，通過水平、豎向的鋁板裝飾線條以及玻璃幕墻規(guī)則變化形成凹凸錯(cuò)位的立面效果，整體造型錯(cuò)落有致，簡單而又不失變化，富有較強(qiáng)的立體感和層次感，其典型立面大樣效果如圖一示意。
圖一 典型立面大樣效果
其層間透明部分為玻璃幕墻，玻璃幕墻平面由斜線與水平線（詞條“水平線”由行業(yè)大百科提供）交替連線組成，最內(nèi)側(cè)水平線與最外側(cè)水平線相差600mm，構(gòu)成了玻璃幕墻的凹凸不規(guī)則平面，同時(shí)在軸線位置設(shè)置了150mm寬鋁板裝飾柱線條，分別位于室內(nèi)或室外，如圖二A-A剖面示意。梁側(cè)非透明部分為鋁板幕墻,其平面相對規(guī)則，均為水平線，在軸線位置設(shè)置了150mm寬鋁板裝飾柱線條,與玻璃幕墻位置的鋁板裝飾柱貫通，鋁板水平分格較大，為4500mm，如圖二B-B剖面示意。整個(gè)立面相對簡單，層間除懸窗（詞條“懸窗”由行業(yè)大百科提供）位置外均為通高玻璃，懸窗位置分為兩塊玻璃，即開啟扇和固定玻璃，玻璃幕墻的頂部及底部各設(shè)置有一條150mm高鋁板水平裝飾線條，典型立面及剖面如圖二示意。
圖二 典型立面大樣
3.系統(tǒng)分析
本項(xiàng)目初始系統(tǒng)方案為框架式幕墻，考慮項(xiàng)目外挑橫向和豎向鋁板裝飾線條為700mm，施工措施相對較復(fù)雜，現(xiàn)場作業(yè)工作量非常大，施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)較大，且施工質(zhì)量相對較難控制，施工工期也相應(yīng)較長，經(jīng)對比分析本項(xiàng)目系統(tǒng)方案最終確定為單元式幕墻。因玻璃幕墻由斜線與水平線交替連線組成,其凹凸錯(cuò)位變化較大，玻璃面最遠(yuǎn)端距離混凝土結(jié)構(gòu)（詞條“混凝土結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）邊達(dá)到950mm，采用傳統(tǒng)鋁合金龍骨的插接型單元式幕墻無法滿足結(jié)構(gòu)體系及受力要求，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合裝配式理念與插接型單元式幕墻的特點(diǎn)，采用鋼龍骨作為主受力構(gòu)件，鋁合金龍骨作為次受力構(gòu)件或插接構(gòu)造構(gòu)件，形成鋼龍骨與鋁龍骨組合式的單元幕墻。
3.1 板塊劃分
本項(xiàng)目板塊劃分有很多種方式，結(jié)合立面大樣的特點(diǎn)，經(jīng)過初步的可行性分析，最終選擇了兩種方案進(jìn)行對比研究。
第一種方案為梁側(cè)鋁板與其上下兩條橫向鋁板線條為整體板塊，標(biāo)準(zhǔn)9m軸線區(qū)間劃分為2個(gè)鋁板板塊，如圖三中BK01和BK02，其板塊大小為4500mm*1300mm。層間玻璃每個(gè)分格為單獨(dú)的板塊，即標(biāo)準(zhǔn)9m軸線區(qū)間劃分為6個(gè)玻璃板塊，如圖三中BK03~BK08。梁側(cè)鋁板板塊為梁底和梁頂兩個(gè)支座單獨(dú)固定，層間玻璃板塊按window wall系統(tǒng)設(shè)計(jì)。施工時(shí)先安裝梁側(cè)鋁板板塊，層間玻璃板塊由室內(nèi)安裝。此方案板塊劃分見圖三示意。
圖三 第一種板塊劃分方案
第二種方案為每3個(gè)水平分格玻璃與其上方的橫向鋁板線條組合為一個(gè)板塊，如圖四中BK-A02和BK-A03所示,其板塊大小為4500mm*3250mm，標(biāo)準(zhǔn)9m軸線區(qū)間為2個(gè)玻璃板塊。梁側(cè)鋁板與其上方橫向鋁板線條組合為一個(gè)板塊，如圖四中BK-B01和BK-B04所示，其板塊大小為4500mm*1150mm，標(biāo)準(zhǔn)9m軸線區(qū)間劃分為2個(gè)鋁板板塊。此方案板塊劃分見圖四示意。
圖四 第二種板塊劃分方案
以上兩種方案中，方案一的板塊加工、運(yùn)輸、安裝均相對簡單，但玻璃板塊需室內(nèi)安裝，柱位置及墻體位置安裝受限，需單獨(dú)考慮室外安裝方式。另外與單元式幕墻對比，window wall系統(tǒng)水密性能相對較差，在臺風(fēng)易發(fā)地區(qū)不建議使用，且window wall因構(gòu)造原因，其頂部的橫梁與建筑師要求的尺度不相符。方案二玻璃板塊分格較大，且外帶橫向或豎向鋁板裝飾線條，板塊加工、運(yùn)輸、吊裝難度都比較大。本項(xiàng)目因建筑師無法接受window wall頂部構(gòu)造方式及室內(nèi)效果，最終選擇了第二種板塊劃分方案。
3.2板塊類型分析
根據(jù)板塊的劃分方案，玻璃板塊尺寸為4500mm*3250mm，板塊頂部附帶150mm高鋁板水平裝飾線條，部分板塊側(cè)邊附帶150mm寬鋁板裝飾柱線條，主要板塊有四種類型，如圖五示意。
圖五 玻璃板塊類型示意圖
鋁板板塊尺寸為4500mm*1150mm, 板塊頂部附帶150mm高鋁板水平裝飾線條，部分板塊側(cè)邊附帶150mm寬鋁板裝飾柱線條，主要板塊有四種類型，如圖六示意。
六 鋁板板塊類型示意圖
3.3受力體系分析
根據(jù)上述板塊分析，部分玻璃面外挑出鋁板面600mm，距離混凝土結(jié)構(gòu)梁邊950mm，且部分板塊附帶150mm*700mm水平或豎向鋁板裝飾線條。結(jié)合板塊形態(tài)，僅僅采用鋁合金龍骨無法滿足幕墻自身的受力要求，局部位置需要設(shè)置鋼架作為主受力構(gòu)件。
對于玻璃幕墻板塊，在玻璃頂部以及150mm*700mm鋁板裝飾柱位置設(shè)置鋼架，以鋼架為主受力龍骨，鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業(yè)大百科提供）為次龍骨，局部鋼架位置設(shè)置鋁合金型材實(shí)現(xiàn)單元插接以及單元幕墻防水構(gòu)造，具體如圖七示意。
圖七 玻璃板塊龍骨布置示意圖
對于鋁板板塊，本身可以采用鋼架作為龍骨，但考慮單元幕墻的插接及防水構(gòu)造，在局部位置設(shè)置鋁型材用于幕墻單元插接及防水構(gòu)造，如圖八示意。
圖八 鋁板板塊龍骨布置示意圖
板塊其他受力分析及構(gòu)造可按標(biāo)準(zhǔn)幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)，荷載取值依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2012)相關(guān)內(nèi)容，設(shè)計(jì)過程中荷載取值無特殊之處，荷載組合需注意考慮鋁板裝飾線條的不同方向風(fēng)荷載，并與立面幕墻進(jìn)行所有的不利組合驗(yàn)算，本文不在贅述。
3.4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)
本項(xiàng)目板塊相對常規(guī)板塊而言，其造型復(fù)雜，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意以下三個(gè)要點(diǎn)：
(1)玻璃板塊大小為4500mm*3250mm，玻璃采用夾膠中空玻璃，板塊附帶鋁板裝飾線條，最重的板塊自重達(dá)1650Kg，部分玻璃面距離混凝土結(jié)構(gòu)梁邊950mm，設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮因玻璃面距離單元支座太遠(yuǎn)而引起的板塊整體下墜問題。為解決上述問題，玻璃單元板（詞條“單元板”由行業(yè)大百科提供）塊采用坐立式設(shè)計(jì)方式，即玻璃板塊的自重荷載由其下方的鋁板板塊承受。具體實(shí)施方式為：在鋁板板塊的上橫梁水槽料內(nèi)設(shè)置橫滑塊，橫滑塊上設(shè)置肋板（詞條“肋板”由行業(yè)大百科提供）用于支承上方的玻璃板塊立柱（詞條“立柱”由行業(yè)大百科提供）及下橫梁，橫滑塊位置與上方玻璃板塊立柱對應(yīng)。玻璃板塊頂部為鋼架，采用120*80鋼通，在鋼通的端部焊接一塊18mm厚連接鋼板，連接鋼板通過螺栓與L形鋁合金連接件連接，L形鋁合金連接件直接與梁底的板槽式預(yù)埋件通過T形螺栓連接。18mm厚連接鋼板上設(shè)置豎向腰孔，板塊可在腰孔位置實(shí)現(xiàn)上下位移，滿足溫度變形及板塊層間位移伸縮的要求。通過上述節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，安裝此超大玻璃板塊相對簡單，將板塊落在鋁板板塊上后，隨即調(diào)整L形鋁合金連接件位置，擰緊各部位的連接螺栓即可。其板塊頂部及底部連接構(gòu)造如圖九示意。
圖九 板塊頂部及底部構(gòu)造節(jié)點(diǎn)示意圖
圖十 側(cè)風(fēng)限位示意圖
(2)板塊附帶150mm*700mm豎向鋁板裝飾線條，其側(cè)風(fēng)荷載的傳力及限位是幕墻設(shè)計(jì)師最容易忽視的，尤其是上下單元的插接位置，需考慮如何將上層板塊的側(cè)風(fēng)荷載傳遞給下層板塊，以及埋件位置側(cè)向荷載的傳力限位設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目在有150mm*700mm豎向鋁板裝飾線條的板塊位置，通過在下層板塊的上橫梁上設(shè)置鋁合金限位構(gòu)件，并將限位構(gòu)件插入上層板塊的豎龍骨（詞條“豎龍骨”由行業(yè)大百科提供）中，形成側(cè)風(fēng)荷載傳遞，如圖十中①示意。此外本項(xiàng)目采用的是板槽式埋件，通過在板槽式埋件上的支座兩側(cè)設(shè)置限位角碼，達(dá)到側(cè)向荷載的傳力限位，如圖十中②示意。
(3)本項(xiàng)目板塊造型復(fù)雜，需要重點(diǎn)考慮加工、運(yùn)輸胎架以及吊點(diǎn)設(shè)計(jì)。組裝板塊及運(yùn)輸板塊時(shí)，需要考慮板塊平躺放置時(shí)的穩(wěn)定性，應(yīng)根據(jù)板塊類型設(shè)計(jì)可調(diào)整的胎架，以滿足不同規(guī)格的板塊均可通用。板塊附帶鋁板裝飾線條，需考慮吊裝時(shí)板塊重心與吊裝的鋼絲繩重合，本項(xiàng)目通過在鋁板裝飾線條的前端額外增設(shè)兩個(gè)輔助吊點(diǎn)，通過輔助吊點(diǎn)調(diào)整板塊重心與吊裝的鋼絲繩重合，保證板塊吊裝的過程中不傾覆，如圖十一示意。
圖十一 吊點(diǎn)示意圖
3.5 防水設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目系統(tǒng)防水設(shè)計(jì)以插接單元幕墻防水為主，玻璃板塊及鋁板板塊的上橫梁及下橫梁均為連續(xù)設(shè)置的鋁合金插接橫梁，保證了單元幕墻水槽料的完整性，左右板塊的邊立柱均設(shè)置有鋁合金插接龍骨，形成完整的單元幕墻防水體系。在水平鋁板裝飾線條位置，需在其板塊拼縫位置設(shè)置密封膠條進(jìn)行第一道防水，在密封膠條上方再進(jìn)行打膠密封，保證整個(gè)系統(tǒng)的防水完整性，如圖十二示意。
圖十二 防水示意圖
4.結(jié)語
隨著建筑模塊化、裝配化及數(shù)字化營造理念的實(shí)施，對于異形復(fù)雜建筑，傳統(tǒng)的插接型鋁合金單元幕墻無法完全滿足要求，需要結(jié)合裝配式與插接型鋁合金單元幕墻的特點(diǎn)，采用鋼龍骨與鋁龍骨組合式的超大板塊單元幕墻設(shè)計(jì)，經(jīng)項(xiàng)目實(shí)踐，總結(jié)以下幾點(diǎn)體會：
4.1鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻以鋼龍骨作為主受力構(gòu)件，鋁龍骨作為單元插接構(gòu)造龍骨或次龍骨進(jìn)行設(shè)計(jì);
4.2鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻因設(shè)置有插接型材，板塊現(xiàn)場安裝平整度可與常規(guī)單元幕墻媲美;
4.3異形鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻需重點(diǎn)考慮加工、運(yùn)輸胎架及吊點(diǎn)設(shè)計(jì);
4.4異形鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻可打破常規(guī)吊掛式的單元幕墻設(shè)計(jì)思路，采用坐立式設(shè)計(jì)。
4.5鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻可利用插接型單元幕墻的防水原理與打膠防水相結(jié)合，但需滿足溫度變形、平面內(nèi)變形等位移的要求。
參考文獻(xiàn)：
[1]、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003
[2]、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB 50009-2012
[3]、《建筑幕墻》 GB/T 21086-2007
作者單位：深圳市方大建科集團(tuán)有限公司
