单元式幕墙系统插接构造设计201307

1、PAGE PAGE PAGE 8单元式幕墙系统插接构造设计 杜东新 摘要 单元式幕墙体系插接构造设计，关乎后期使用安全问题，多大的尺寸更合适，是在系统定立初期就应解决的问题。本文对插接构造设计的几个关键因素进行分析总结插接构造设计的理论最小尺寸，为后续的单元式幕墙设计提供参考。Abstract unitized faade construct gap dimension between male & female mullion is relative to use safety, what is size more available? It is should be designed du

2、ring system determine .the article analyze several key actor and get the safety theory design value between male & female mullion of unitized curtain wall. For later project, refer to this theory design value.关键词 单元式幕墙 插接构造尺寸 变形量等 Key word unitized faade construct gap dimension of male & female mull

3、ion distortion Etc. 单元式幕墙的构造特征单元式幕墙体系以是分体横竖向龙骨为主要设计特征的幕墙体系,如图示的构造示意（图一），因此插接构造要符合各种变形变位要求。其主要影响因素以下分述。单元系统三维节点图（图一）注：H(竖) 竖框插接量限制尺寸H(横) 横框插接量限制尺寸插接构造尺寸的主要影响因素单元板块间的插接变位量h的确定应考虑建筑主体结构的变位量、环境温度变化引起的温差变形、自重变形、地震影响及生产加工、组装误差、安装的精度偏差等多方面因素的影响。故在设计时应充分考虑插接构造尺寸如图示的H(竖)、H(横)，其影响因素主要有如下几个插接构造尺寸H的确定方法h=主体结构变位

4、h1+温度变形h2+自重变形h3+加工组装误差h4+安装偏差h5+其他因素h6幕墙设计时确定的板块间插接构造尺寸H应大于单元板块间的插接变位量h至少1mm，并取整数,即H= h+1mm。横框插接量限制尺寸设计H(横)（如图二）H1H5尺寸均应大于或等于H。其中，H1、H2、H4为构造的单元变位空间，避免上下两单元因变位而相互挤压变形破坏；H3、H5为单元插接量，保证单元在产生变位时不会相互脱离，破坏插接。竖框插接量限制尺寸设计H(竖) (图三)H1H4尺寸均应大于或等于H(竖)。其中，H2、H4为构造的单元变位空间，避免左右两单元因变位而相互挤压变形破坏；H1、H3为单元插接量，保证单元在产生

5、变位时不会相互脱离，破坏插接。 单元横框插接构造节点图（图二） 单元竖框插接构造节点图（图三）主要影响因素的尺寸设计1：主体结构的变位量h1主要有两个，混凝土的温差变形，层间压缩量: 混凝土的温差变形:对于温差作用下混凝土的伸缩量可按式计算得出。h1= x He x t 线膨胀系数 （1/ oC） He 层间高度 （m） t 温差 （oC）主体结构可以按 t =80oC的极限使用值取用，本例假定层高He =3.6m。线膨胀系数可按下表JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范中表5.2.10所示混凝土的线膨胀系数1.0 x10-5：采用h1=1.0 x10-5 x 3600mm x80 oC=

6、2.88mm层间压缩量：对于高度小于250米的建筑，其层间压缩量可按5mm考虑，但对超高层建筑，如高度300米以上，甚至600米以上的建筑，层间压缩量成为制约构造尺寸的关键因素.可以按如下公式计算出整栋楼的压缩量：混凝土的压缩量是指混凝土构件在受压时产生的压缩变形量。基本定律是虎克定律。 即应变=应力/弹性模量 L / L=N /A/ E 所以压缩量L=N L / A E 式中N压力荷载 L受压构件长度 A受压构件截面面积 E混凝土弹性模量h1=L/层数正常情况下，如果由幕墙单位计算出压缩变形量是比较困难的，且每层的压缩变形量也是不一致的，越到底层压缩变形量越大，单元幕墙往往与主体结构同步施工

7、，结构封顶，幕墙结束，但内部的办公、设备、人员等荷载还没有全部进入，即压缩变形量还没有全部完成，故对于超高层项目的设计，可以要求建筑设计院配合提供此值。在单元设计之初就完成此值的分析，才可以有效避免后期压缩量过大带来的不利影响。高度300米以上的项目，h1可按10mm取值2：幕墙的材料温差变形h2：单元式幕墙的骨架材料是牌号为6063铝合金，在温差作用下会有变形，如JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范中表5.2.10所示铝合金的线膨胀系数： 给定温差可以计算出变形量大小，但多大的温差更合适呢，笔者认为：初始温度可按车间加工温度，可以考虑（5-25度）；使用温度可按室内最高温度计算（35-

8、40）度，温差范围基本可确定在30度，层高假定3.6米，则按上表可得如下公式h2= x He x t=2.35x10-5 x 3600mm x30oC=2.538mm注：此处温差不应按80oC的极限使用值取用，而是加工温度与使用温度的差值。另外，正常情况下，单元板块的伸缩趁势与主体结构是一致的，对幕墙是有利的，单元板块的温差变形量与混凝土的温差变形之差才是最终的温差变形，因此最终h2的取值是二者差的绝对值，本例即为h2=|2.88-2.538|=0.3mm。3自重变形h3GB/T21086-2007建筑幕墙5.1.9条对横梁在重力标准值作用下产生的挠度有下列规定：重力标准值作用下产生的挠度限值

9、不应超过3mm，故自重变形h3=3mm。4.生产加工、组装误差h4JGJ 102-2003玻璃幕墙工程技术规范9.7.8条、9.7.9条中对单元组件框加工制作组件组装允许偏差有如下的规定。表9.7.8 单元组件框加工制作允许尺寸偏差序号项 目允许偏差检查方法1框长（宽）度(mm)20001.5 mm金属直尺20002.0 mm2分格长（宽）度(mm)20001.5 mm金属直尺20002.0 mm3对角线长度差(mm)20002.5 mm金属直尺20003.5 mm4接缝高低差0.5 mm游标深度尺5接缝间隙0.5 mm塞片6框面划伤3处且总长100mm7框料擦伤3处且总面积200mm2表9.

10、7.9 单元组件组装允许偏差序号项 目允许偏差(mm)检查方法1组件长度、宽度(mm)20001.5金属直尺20002.02组件对角线长度差(mm)20002.5金属直尺20003.53胶缝宽度+1.00卡尺或金属直尺4胶缝厚度+0.50卡尺或金属直尺5各搭接量（与设计值比）+1.00金属直尺6组件平面度1.51m靠尺7组件内镶板间接缝宽度（与设计值比）1.0塞尺8连接构件竖向中轴线距组件外表面（与设计值比）1.0金属直尺9连接构件水平轴线距组件水平对插中心线1.0(可上、下调节时2.0)金属直尺10连接构件竖向轴线距组件竖向对插中心线1.0金属直尺11两连接构件中心线水平距离1.0金属直尺1

11、2两连接构件上、下端水平距离差0.5金属直尺13两连接构件上、下端对角线差1.0金属直尺故生产加工、组装误差h4=2.0mm5.安装偏差h5单元式幕墙安装固定后的偏差应符合表10.5.7的要求；表10.5.7 单元式幕墙安装允许偏差序号项 目允许偏差（mm）检查方法1竖缝及墙面垂直度幕墙高度H（m）10激光经纬仪或经纬仪H3030H601560H902090H252幕墙平面度2.52m靠尺、金属直尺3竖缝直线度2.52m靠尺、金属直尺4横缝直线度2.52m靠尺、金属直尺5缝宽度（与设计值比）2卡尺6耐候胶缝直线度L20m1金属直尺20m L60m360m100m107两相邻面板之间接缝高低差1

12、.0深度尺8同层单元组件标高宽度不大于35m3.0激光经纬仪或经纬仪宽度大于35m5.09相邻两组件面板表面高低差1.0深度尺10两组件对插件接缝搭接长度(与设计值比)1.0卡尺11两组件对插件距槽底距离(与设计值比)1.0卡尺封口横滑板封口板安装（图四） 封口板安装（图五）安装偏差h5可取表格第7项中的值，这是因为单元板块相邻板要完成插接，其横后的封口横滑板跨越左右两个单元(详图四、图五)，过大的安装偏差将导致安装难以实现。第8项中对幅宽大于35m的板块，安装偏差要小于或等于5.0mm，是对整个幅宽内的误差累积值，可不考虑。故安装偏差h5=1.0mm6.其他因素h6其他因素h6可以理解为在以

13、上所有受力变形均同时发生的极端情况下，上下横梁仍没有达到硬性接触,此时的理论最小间隙可取为1-2mm。结论：插接构造尺寸H eq oac(,1)横框插接构造尺寸H（横）的确定方法，即为以上计算值的和：对于高度小于250米的建筑h= h1+h2+h3+h4+h5+h6 =5.0+|2.88-2.538|+3.0+2.0+2.0+2.0 =14.34插接构造尺寸H= h+1=14.34+1=15.34取整，按16mm设计对于高度大于250米的建筑h= h1+h2+h3+h4+h5+h6=10+|2.88-2.538|+3.0+2.0+2.0+2.0 =19.31插接构造尺寸H= h+1=19.31

14、+1=20.31取整，可以按21mm设计从上面的分析可以看出，如果此细节设计不好，可能导致横向插接硬性接触，骨架及玻璃面材等造成额外的挤压应力，轻者影响外立面效果，重者可能导致板块破损。 eq oac(,2)竖框插接量限制尺寸设计H（竖）竖框插接量包括上述各种变形因素，但由于单元板块的横向变位较竖向轻微，一般取H竖10mm。 另外需要说明的是，土建标高的偏差是在转接系统安装调整时实现的，故土建的误差适应性设计是不在插接构造尺寸设计范围之内的。混凝土结构工程施工质量验收规范(GB502042002)对现浇及预制装配的混凝土结构构件施工允许偏差作了具体的规定。对现浇混凝土结构墙柱构件的标高允许偏差

15、，分为层间与全高两方面同时控制，层间标高10mm；总标高偏差30mm，如果按层间标高10mm的值计入插接构造尺寸显然是不合适的。结束语虽然单元式幕墙的应用已有很多年，但相应的理论研究较少，相关的文献资料也不多，其构造上的细节设计往往是各幕墙厂家凭经验去做，但受制于水平的限制，主观性的想法可能会造成设计失误，那么一个管理优秀的公司就应当对设计失误可能造成的后果进行预防性的管理，这就需要幕墙厂家投入更多的人力、物力、财力作些基础性研究工作，将研究成果用来指导设计及施工，作到防患于未然。单元插接原理设计1.1 设计原理单元幕墙插接设计原理是：板块间的插接部位同时也是幕墙的密封部位，要保证插接部位在整

16、个幕墙上的连续性，即在单元横竖框交接的部位不得存在密封间断点.1.2 实现方式1.2.1 密封线前置如下页横竖节点图所示，单元下横框面与竖框面在同一平面内，面与面在同一平面内，公竖框的前道插接刺在、平面的室外侧，后道插接刺在、平面的室外侧，在单元板块安装时避免了与上横框的插接刺发生干涉，保证了竖向插接的完整性；同时，上横框插接刺上的胶条可直接压在、面和、面上，保证了单元内横向插接密封的完整性；在竖向变位缝位置，公竖框的前道插接刺与上横框插接刺上的胶条之间存在一定的空隙，在公竖框的前道插接刺的内壁粘接防水闭合海绵进行填充，从而保证了横向插接密封在整个幕墙范围内的完整性。并且，在横竖框交接的部位，

17、竖框的前道插接刺在上横框插接刺的室外侧，起到了一定的披水作用，更有效的提高了该处的防水能力。密封线前置2 设计原理2.1 单元幕墙的水密性设计原理是将幕墙的水密线和气密线分离处理。即通过单元幕墙的插接构造及挡水胶条的设置使单元板块的插接部位形成多个与室外环境连通的等压腔，从而使少量进入型腔内的雨水可以顺利的排出室外，保证幕墙靠近室内侧的气密线部位没有水的存在，实现幕墙的优良水密性能。横滑式单元幕墙的水密性设计包括阻挡大量水进入的防水设计和将进入型腔的少量水排出的排水设计。2.2 水密性设计关键点2.2.1 挡水胶条的阻挡作用；2.2.2 各密封面的密封可靠性；2.2.3 各等压腔的等压可实现性

18、；2.2.4 排水通道的畅通性。2.3 防水设计2.3.1 挡水设计单元式幕墙通常采用胶条挡水，挡水胶条是幕墙的第一道密封结构，通常称尘密线。它的作用是披挡灰尘及大部分的雨水进入型腔。挡水胶条在正常使用状态下应具有一定的压缩量，从而可以保证幕墙板块在温度等外力作用下发生变位时，挡水胶条仍具有一定的密封能力。2.3.2 插接部位的密封处理单元幕墙的第一道插接密封是幕墙的水密线，应按单元插接原理合理设置单元插接刺，并合理设计密封胶条，保证在整个幕墙系统中无密封间断点的存在。2.4 排水设计2.4.1 等压腔的设置一般情况下，幕墙的插接型腔内存在至少两个等压腔。根据插接结构及挡水胶条的不同，还可以形

19、成更多的等压腔，如上图中的等压腔、等压腔和等压腔。a 在挡水胶条的室外侧挡刺开排水孔，使等压腔与室外环境形成等压。b 在挡水胶条的室内侧挡刺开排水孔，使等压腔与等压腔形成等压。c 在上横框的第一道插接刺上开设排水孔，使等压腔与等压腔形成等压。2.4.2 单元幕墙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的水，一部分可以通过挡水胶条室外侧挡刺上的排水孔排出，另一部分进入等压腔的雨水也会在重力作用下通过挡水胶条上的排水孔直接排出，还会有极少量雨水进入等压腔，然后通过上横框的第一道插接刺上开设排水孔排到下层单

20、元的等压腔中，直至最后排出室外。通过竖框的挡水胶条搭接处进入等压腔的水，一部分可以直接落到上横框的披水胶条或披水板上，随横框等压腔中的雨水一起排出。另一部分进入等压腔的大部分雨水也会在重力作用下用下到上横框的披水胶条或披水板上,随横框等压腔中的雨水一起排出。还会有少量雨水会在风压及毛细作用下进入等压腔，然后通过上横框的第一道插接刺上开设排水孔排到下层单元的等压腔中，直至最后排出室外。2.4.3 分层排水设计在幕墙的整体高度较高时应设置分层排水，排水层的间距一般不应超过2个层间。分层排水的设计一般有以下两种实现方式：a 整体式披水胶条整体式披水胶条一般50m/卷，它具有防水密封可靠，十字接缝位置密封效果优异，粘接环节少，依靠胶条就可实现本单元位置进出水通道的隔离，在板块发生错位变位时本身不会破坏等优点；但是胶条用量较大，价格较高。b 铝披水板铝披水板加工难度低，价格低廉，且防水性能优良；但是防水性能需要依靠现场打胶质量保证，在板块发生错位变位时本身或本身与型材间连接处会受到破坏，并且本身无法实现本单元的进出水隔离，需要在单元上横框上进行隔离设计。综合以上，整体式披水胶条与披水板在原理上都可以实现同样的功能，只是披水板还依赖其它的一些设计和现场施工环节，