單元幕墻

　　單元式幕墻，是指由各種墻面板與支承框架在工廠制成完整的幕墻結(jié)構(gòu)基本單位，直接安裝在主體結(jié)構(gòu)上的建筑幕墻。單元式幕墻主要可分為：單元式幕墻和半單元式幕墻又稱堅挺單元式幕墻，半單元式幕墻詳分又可分為：立挺分片單元組合式幕墻，窗間墻單元式幕墻。

　　簡介

　　建筑幕墻在我國隨著高層/超高層建筑物的增多而增多，幾乎哪里有高層建筑哪里就有各種幕墻。國外發(fā)達國家幕墻業(yè)經(jīng)歷百余年的歷史，而在我國僅用了十多年時間即迎頭趕上。從大的城市直至部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，均可看到各種形式的幕墻。近幾年尤以隱框鋁合金玻璃幕墻[1] 發(fā)展為最快。[2]

　　分類

　　幕墻按其材料可分為鋁合金玻璃幕墻，鋁板幕墻(鋁合金單板或復(fù)合鋁板)，鋼板幕墻、石板幕墻、陶瓷板幕墻以及用上述材料組合而成的組合式幕墻。按外形可分為：平直幕墻、折線幕墻、圓弧幕墻、曲面幕墻和異形幕墻等。按結(jié)構(gòu)形式可分為：有框幕墻、隱框幕墻和半隱框幕墻。由于上述各種幕墻使建筑物路面建筑造型新穎多變，虛實對比強烈，環(huán)境色彩鮮艷明快，給人們以喜聞樂見的建筑藝術(shù)形象，使城市增加了無窮的魅力。[1]

　　框架式

　　框架式幕墻特點

　　國內(nèi)近幾年新建造的幕墻從制作安裝上均屬于框架式幕墻，在國際上已有十幾年歷史，這種幕墻的主要特點是： 加工制作安裝大部分在工地上完成( 但隱框 、半隱框幕墻要先在加工廠粘好玻璃)。國際上最先進的幕墻為"單元式"幕墻，也稱第三代幕墻 。這種幕墻的主要特點為：在幕墻加工廠制作好幕墻的單元板塊，設(shè)計制作要求很嚴，屬于高科技技術(shù)，在我國屬新技術(shù)。單元式幕墻近兩年在國內(nèi)已開始興起，現(xiàn)在國內(nèi)有兩個廠家能系統(tǒng)完成設(shè)計制作安裝任務(wù)，國外公司兩年來已在國內(nèi)建造單元式幕墻約四十萬平米左右，并且要價很高，甚至高出框架式幕墻一倍左右，基本上壟斷了國內(nèi)"單元式"幕墻市場。

　　框架式幕墻優(yōu)點

　　框架式幕墻的優(yōu)點是：在設(shè)計、計算、管理上均較簡單容易，能承受較大的安裝誤差;由于構(gòu)件小，在工地上容易存放;因設(shè)計計算簡單，安裝是不需要很長的準備時間;由于制作簡單，安裝系統(tǒng)有彈性，故較多幕墻的承建商有能力建造該類幕墻。其主要缺點為：框架式幕墻整體安裝要在樓房土建施工完畢后，幕墻要從樓的上端向下端安裝，需較長的安裝時間，并且一定要借助于腳手架或吊船安裝，幕墻容易產(chǎn)生安裝誤差，構(gòu)件不直，安裝不平整;防水一般為單層密封，保持雙層密封比較困難;由于工地受各種條件影響，建筑幕墻的施工工期比預(yù)期計劃要長，很難保證工期。

　　分類特點

　　" 單元式幕墻"主要可分為："單元式幕墻"和"半單元式幕墻"又稱堅挺單元式幕墻，半單元式幕墻詳分又可分為：立挺分片單元組合式幕墻，窗間墻單元式幕墻。上述單元式幕墻分類有所不同，但其基本原理完全一致。它和框架式幕墻在制作原理設(shè)計施工上有著本質(zhì)上的差異。現(xiàn)將單元式幕墻的特點介紹如下：

　　一、單元式解決幕墻漏水問題，采用了"等壓原理"。幕墻產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，必須有三個條件，第一是水的存在，如下雨擦洗幕墻用水。第二，水運動途徑;第三，水運動的動力，有六種動力如：重力 、動量、表面脹力、毛細現(xiàn)象、氣流和壓力差 。壓力差是造成大部分幕墻接縫漏水的主要原因，幕墻外水份，不論是雨水或洗窗水進入室內(nèi)，除了必須有破口或是裂縫存在，還必須要求室外的壓力比室內(nèi)壓力大。如果室內(nèi)的壓力與室外壓力相等，甚至大于室外壓力，即使有破口或是裂縫存在，水份也不會進入墻內(nèi)。一般傳統(tǒng)防水方式是盡量設(shè)法在漫長的接縫處減少可能發(fā)生的開口，如用各種密封膠，膠條對接觸縫密封堵塞。新的防水進入室內(nèi)的方式，則是用對雨水疏導(dǎo)的方式，引水入等壓腔內(nèi)，再引水流出墻體。為了達到等壓，我們將部分或所有接縫維持開放，但是等壓腔并不是一個通氣的空間，他必須限制在一定范圍的通氣空間，才能有效地產(chǎn)生等壓效應(yīng)。為了達到完全等壓效應(yīng)，"等壓腔"內(nèi)的壓力必須隨時維持大于或等于室外的壓力。但是我們知道建筑物表面壓力，因風速隨時的變化，不會永久不變，建筑物愈高愈大，壓力差程度也就愈明顯。接近地面的正風壓比高處正風壓小，立面中央正風壓比角落正風壓大，同一根橫料可能一端受正壓，另一端受負壓，再加上其它因素影響使得等壓效應(yīng)的設(shè)計更加復(fù)雜困難。因此要求高技術(shù)的加以解決。等壓原理是單元式幕墻獨特的核心。

　　二、單元式幕墻的單元件高度為樓層高度，寬度一般為1.2米至1.5米左右。故傳力簡捷，可直接掛在樓層預(yù)埋件上，安裝方便。

　　三、單元件在工廠內(nèi)加工制作， 可以把玻璃 、鋁板或其它材料在加工廠內(nèi)組裝在一個單元件上，促進了建筑工業(yè)化程度。

　　四、因為單元件在加工廠內(nèi)整件組裝，易于在工廠內(nèi)進行檢查，有利于保證多元化整體質(zhì)量，保證了幕墻的工程質(zhì)量。

　　五、單元式幕墻從樓層下方向上方安裝能夠和土建配合同步施工，大大縮短了工程周期。

　　六、單元式幕墻所有工程均可在樓層內(nèi)完成，在安裝期間可以省出高大的腳手架和吊船。

　　七、幕墻單元件安裝聯(lián)接接口構(gòu)造設(shè)計能吸收層間變位及單元變形，通常可承受較大幅度建筑物移動，對高層建筑和鋼結(jié)構(gòu)類型建筑特別有利。

　　八、單元式幕墻可以用設(shè)計達到及保持雙層密封系統(tǒng)。

　　九、安裝后的單元式幕墻，單元件和單元件之間，由于是銷形銜接，可以不注硅酮密封膠( 有的也可以注膠，因安裝方法不同而異)

　　十、單元式幕墻框件接縫緊密排成直行，容易構(gòu)成一個優(yōu)良的外墻形象。

　　十一、單元式幕墻墻體預(yù)埋件位置及安裝需較高的精確度。

　　十二、單元式幕墻需要利用高科技的設(shè)計原理，承建商要求有一定先進設(shè)計人才和設(shè)備，具有實力的幕墻公司，才有能力建造單元式幕墻。

　　十三、單元式幕墻要求高技術(shù)的成分多，鋁型材的形狀也較復(fù)雜，用鋁型材量較多。其造形要略高于框架式幕墻。(決不會成倍高于框架式幕墻)。

　　十四、單元式幕墻和框架式幕墻優(yōu)缺點相對比較如下表。這并非絕對，對各種幕墻的比較，要依特定實際案例而定。

　　幕墻性能

　　單元式幕墻系統(tǒng)設(shè)計具有較高的技術(shù)含量，直接關(guān)系到幕墻的經(jīng)濟性、安全性、工藝性、功能性、施工及可維護性。然而系統(tǒng)設(shè)計非常復(fù)雜，它涉及到許多專業(yè)方面的知識，在此不一一詳述。

　　從大多數(shù)幕墻測試的過程來看，單元式幕墻在測試過程中存在不同程度這樣或那樣的問題。其中水密性、氣密性是比較突出的問題。說明幕墻在防水系統(tǒng)設(shè)計上存在一定缺陷。

　　單元式幕墻單元板塊是在廠房里制作、組裝完成的，能在現(xiàn)場直接安裝到建筑主體結(jié)構(gòu)上。無論是插接還是對接，單元板塊在上下左右以及單元板塊“十字”接口處均需要密封處理。如何從系統(tǒng)設(shè)計中處理好這些自由縫是解決單元式幕墻水密性的關(guān)鍵。由于縫隙腔內(nèi)外的氣壓差是雨水滲漏的主要動力，因此要求縫隙空腔內(nèi)的氣壓與室外氣壓相等，以防止內(nèi)外空氣壓力差將雨水壓入腔內(nèi)。下面從三個方面進行闡述：[2]

　　型材斷面構(gòu)造

　　在單元式幕墻的系統(tǒng)設(shè)計中，型材斷面的設(shè)計非常重要。它不僅決定單元式幕墻的安全性，工藝性。同時還決定了單元式幕墻的其他物理性能。然而幕墻設(shè)計師們大多往往只通過力學(xué)計算重點考慮了型材斷面的設(shè)計安全性，而忽視了型材斷面對其他性能的貢獻。因此單元幕墻的雨水滲漏現(xiàn)象非常突出，單元板塊間的自由縫現(xiàn)場堵膠就成了幕墻廠家在現(xiàn)場工程排故過程中所用的主要手段。型材斷面雖然不是固定不變的，但是其斷面的設(shè)計是有規(guī)律的。它必須將其安全性、工藝性和結(jié)構(gòu)防水同步考慮。由于工程上所用的幕墻節(jié)點形式很多，因此本文不可能詳細論述，現(xiàn)就如下的典型圖例進行分析：

　　(1)合理設(shè)計型材端面及型材咬合位置，盡量將水密線與氣密線分離，保證等壓腔發(fā)揮作用。

　　(2)斷面上盡可能避免在制作過程中開工藝孔，氣密線腔壁上禁止開工藝孔。(圖中所示構(gòu)造無工藝孔)

　　(3)斷面設(shè)計時應(yīng)考慮在豎向(或橫向)構(gòu)件上設(shè)置傳遞荷載與作用的專用裝置，盡可能避免氣密線膠條參與傳力，圖中插芯端面3為傳遞力和板塊吊裝的專用裝置。

　　(4)插接式單元幕墻在斷面設(shè)計時應(yīng)考慮板塊安裝后插接件之間有不小于15毫米的搭接長度。 以便有能力適應(yīng)層間變位和吸收現(xiàn)場安裝產(chǎn)生的誤差。

　　(5)斷面設(shè)計時應(yīng)考慮預(yù)留安裝軟披水膠條的槽口，以便板塊安裝后在縫隙處形成阻水屏障，圖中膠條3和膠條8的槽口就起到這樣的作用。

　　(6)斷面設(shè)計時應(yīng)盡可能考慮減少零件數(shù)量，降低構(gòu)件的加工量和加工難度，以便保證板塊的組裝質(zhì)量。

　　(7)幕墻板塊的型材斷面種類應(yīng)考慮盡可能的少，同時應(yīng)考慮到盡可能減少零件的組合量，以便減少板塊組裝所形成的縫隙。

　　(8)單元幕墻的氣密線應(yīng)形成閉合。在結(jié)構(gòu)上必須防止十字接口處存在漏氣的通道，圖2的構(gòu)造中幕墻板塊在十字接口處可用膠板10實現(xiàn)密封。

　　膠條合理設(shè)計

　　在單元式幕墻的系統(tǒng)設(shè)計中，膠條的設(shè)計也是非常重要的一個環(huán)節(jié)。它決定了單元式幕墻的水密性、氣密性以及幕墻防水性能的耐久性。目前工程上所用的膠條都存在一些問題。究其原因是對膠條的產(chǎn)品性能缺乏了解，膠條的斷面設(shè)計存在不合理現(xiàn)象。事實上膠條的材質(zhì)、延伸率、壓縮量以及斷面形式都很關(guān)鍵。單元式幕墻密封性膠條主要是三元乙丙(EPDM)膠條，這種材料具有卓越的耐臭氧老化性、耐氣候老化性、耐熱老化性、耐水性，還具有較好的耐化學(xué)藥品性，可以長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環(huán)境中使用。EPDM橡膠有很多種牌號，不同的牌號各有不同的特點，因此可以說三元乙丙橡膠的化學(xué)成分及配方?jīng)Q定了膠條的使用環(huán)境和工作性能。

　　幕墻用三元乙丙膠條的基本成分為三元乙丙膠，炭黑，活性劑，增塑劑，硫化促進劑等。其中膠條的含膠率控制在35%左右，含膠率過低，材料的力學(xué)性能特別是拉伸強度、回彈性、耐老化性等變差，使用壽命大為縮短。但含膠率過高，成本會提高，同時材料的性能也同樣變差。其中補強劑，硫化劑，增塑劑并不僅僅起到降低成本的作用，只要加入適量，比例得當，能夠改善材料的性能。

　　根據(jù)不同的氣候特點，應(yīng)選用不同的EPDM牌號。總結(jié)近些年的應(yīng)用經(jīng)驗，膠條的設(shè)計可遵循以下原則：

　　(1)在北方地區(qū)，溫差大，冬天溫度很低，最好選用部分充油牌號，在配方設(shè)計中充分考慮材料的低溫脆性，這樣硬度對溫度的依賴性小，便于安裝和使用。

　　(2)膠條在設(shè)計時必須確定合理的斷面形式，選擇合適的EPDM橡膠牌號，膠條的位置和作用不同，其斷面形式也應(yīng)該不同。

　　(3)在膠條設(shè)計時，必須合理確定壓縮比和硬度。如圖所示，膠條1和膠條7的硬度要求高，膠條3和膠條5的硬度要求低。膠條1、膠條3、膠條8屬于水密線膠條，膠條2、膠條4、膠條5、膠條6屬于氣密線膠條。

　　(4)對有特殊環(huán)境要求的膠條，有必要與膠條供應(yīng)商進行聯(lián)合設(shè)計，彌補設(shè)計人員知識面的不足，充分利用膠條材料的優(yōu)良性能。

　　(5)對接型單元幕墻的氣密線膠條豎橫應(yīng)相同，確保膠條在板塊四角周圈形成閉合。

　　總結(jié)

　　綜上所述，只是極簡單的介紹了什么是單元式幕墻。所謂高技術(shù)含量，就說明了對技術(shù)設(shè)計要求復(fù)雜性強，絕非上述這么簡單。要想了解它，必須認真學(xué)習(xí)它，學(xué)習(xí)要點以后，自己再加以創(chuàng)新發(fā)揮，以便適用于我國建筑幕墻業(yè)的發(fā)展。

　　單元式幕墻和框架式幕墻各有優(yōu)缺點。不論哪種幕墻都必須滿足一般的設(shè)計和功能準則，以滿足建筑物美感的要求。任何一類型的幕墻都可能較適合某個特定的案例來滿足建筑的需要。