刍议某项目大装饰条单元式幕墙的设计分析

陆启跃

【摘要】随着经济的快速增长，科技的持续进步，从建筑设计理念来看，人们更加重视绿色环保以及人性化，多功能建筑逐渐发展成亮点，从而促进了幕墙产品的进一步更新及持续发展。而单元式幕墙憑借着缩短施工周期、提高施工效率、简化安装工序等优势，以及提高建筑档次、保障建筑产品品质等特点，得到了业内人士的青睐。不过在具体运用中，还存在着各种各样的问题，本文主要介绍了单元式幕墙的设计过程，旨在能够更好地应用单元式幕墙，同时也希望能为相关人士提供参考。

【关键词】单元式幕墙;大装饰条;建筑还原;幕墙光反射;热工分析;结露分析;防火构造;防雷;防水设计;气密性;等压腔;渗漏;风荷载;运输

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.07.037

1、工程概括

上海龙华航空服务产业集聚区项目（以下简称龙华国际）由X-1A（西岸凤巢）、X-1B（西岸智塔）、W-1A（上海航空器适航审定中心）、W-1B（上海国际航空服务中心）四个地块组成（图1），基地占地面积约为84059平方米。总建筑面积515468平方米，其中地上319368平方米，地下196100平方米。项目X-1A（西岸凤巢）高54.4米，7层，性质为商业;X-1B（西岸智塔）高199.9米，39层，性质为办公;W-1A（上海航空器适航审定中心）高72.8米，15层，性质为办公和商业;W-1B（上海国际航空服务中心）高235.9米，52层，性质为酒店、办公和商业。项目位于西侧临丰谷路、东侧临龙腾大道路、 南侧临龙耀路、北侧龙启路。

本项目幕墙系统种类繁多，体量超大，幕墙总面积20万平方米，建筑物表面材料以玻璃、聚碳酸酯板、铝板和石材面板为主。由于单元式幕墙具有预装配率高，工厂制作精度高，工地安装周期短，现场安装方便等因素，结合X-1B和W-1B二栋塔楼为超高层的特点，我们选择了单元式幕墙作为二栋塔楼的幕墙设计方案。

2、建筑效果还原设计

二栋超高层的建筑师原设计理念中主立面以玻璃为主，每隔2.4米，有一条尺寸为深500mm、宽200mm的装饰构件从顶至底，效果为横隐竖明，由此，我们有三个方案可以实现建筑效果。

方案一、装饰条与外维护幕墙分离，外装饰构架作为独立的装饰件与外维护幕墙分开，幕墙横隐竖明，幕墙竖向龙骨以常规80mm左右宽设计，外面的装饰条通过转接件连接到单元式幕墙，再由幕墙连接到主体结构，或者装饰条直接穿过单元式幕墙连接到主体结构上;

方案二、装饰条与幕墙一体，根据上海建筑幕墙工程技术标准DG/TJ08-56-2019，4.1条一般规定中，钢化玻璃应不大于4.5m2，因此单元式幕墙分格为1.2米宽，竖向立柱宽度以200mm、80mm宽交替布置，幕墙横隐竖明;室内侧增加扶手栏杆;

方案三、装饰条与幕墙一体，单元式幕墙分格为2.4米宽，竖向立柱宽度以200mm，在离室内完成面1050mm高度位置增加横向分格;

以上方案通过效果图模拟，再经综合考虑，方案一和二由于施工复杂，容易漏水，从室内侧效果凌乱以及造价高等因数，最终选择了方案三（见图2）。

3、幕墙光反射分析

建筑玻璃幕墙对周围环境会产生太阳光反射影响，对周围的居民会有一定的影响，本项目通过专业的环评单位，出具了建筑玻璃幕墙光反射影响分析报告，结论为本项目玻璃反射率控制在15%以下，另外弧形区域立面玻璃反射率不大于采用12%，可以大大降低玻璃产生的炫光程度。考虑到玻璃效果的整体性，我们的建筑玻璃采用反射率为12%的玻璃。

4、热工分析

根据设计院提供的《上海公共建筑权衡计算报告书》，透明玻璃幕墙部分U≤0.20W/（m.K），遮阳系数SC≤0.32;非透明幕墙部分U≤0.45W/（m.K）。

计算原理

面材的传热系数与面材边缘的线传热系数在总面积上的加权，公式如下：

A——透明玻璃的面积

A——非透明板的面积

U——透明玻璃的传热系数

U——非透明板的传热系数

L——面材边缘的长度

Ψ——面材边缘线传热系数

其中公式中的 U也就是我们要计算的幕墙的整体传热系数，也称之为 K 值。（表1）

结论：K=1.939≤2.0，满足节能要求。

5、结露分析

基本计算参数：

计算地点：上海

室内计算温度t：18℃

冬季室外计算温度t：-2℃

冬季室内相对湿度：60.00%

露点温度T露点：10.15℃

通过粤建科®MQMC建筑幕墙门窗热工性能计算软件以下温度场图（图3）

结论：温度场图显示，室内温度均高于10.15℃，室内侧不结露。

6、幕墙防火构造设计分析

本项目室内设置了自动喷水灭火系统，在玻璃幕墙与楼层边沿实体墙上、下水平缝隙的防火封堵，采用厚度不小于200mm厚容重不低于100KG/m3的岩棉进行填充密实，使用厚度为1.5mm的镀锌钢板作为承托板，并与幕墙横梁连接，另外一边与主体结构连接，并用防烟胶填满缝隙。上下填充的岩棉距离不小于0.8米。

楼层每个防火分区设置不少于2个消防救援窗，相邻的救援窗间距不大于20米，单个消防救援窗的宽度不小于1.2米，高度不小于1米，消防救援窗的下沿距室内地面的高度为1.1米。

7、幕墙防雷设计分析

本项目幕墙采用了隔热构造设计，因此对有隔热构造的幕墙铝型材，内外侧采用金属导体连接，对幕墙横竖两方向单元板之间橡胶条缝隙连接处，采用导电金属条连接，形成良好的电气通路。每100平方米为一个单元，每个单元网格角点与防雷系统连接，形成电器贯通。其中连接的金属条可以铜编织带，也可以铝质等具有良好通电性能材料制作。项目最高点设置避雷带。幕墙建筑防雷接地电阻应符合防雷设计规范要求。

8、幕墙防渗漏设计分析

单元式幕墙结构发生漏水，基本上可以确定幕墙的缝隙中出现了水，在室外压力的作用下，把水分子挤进室内，造成了幕墙渗水。

水分子的出现，是大自然现象，是无法通过人的意志来转移的，所以要做到幕墙不渗水，我们需要在开展单元式幕墙结构防水设计过程中，科学合理的对其缝隙消除，并通过平衡压力差，消除外界对水分子的作用力，从而防止幕墙渗漏。由此，我们在单元式幕墙设计中要考虑以下二点：

（1）第一道防水作为幕墙防水的基础，首先单元式幕墙本身的竖料与横梁的连接处，需要打胶密封，玻璃面板与单元式幕墙框料之间，需要通过硅酮密封胶连续密封，中间不可有漏洞缝隙存在;其次单元式幕墙板块周边，需要设置披水胶条，披水胶条的宽度要大于幕墙单元板安装后的缝隙，通过披水胶条等措施，要把绝大部分的雨水排除在外。

（2）等压腔防水设置和排水设置，虽然第一道披水胶条能把大部分雨水挡在室外，但不能排除有少量雨水进入腔体，由此，我们需要在单元式幕墙的公母料、头尾料按压力平衡原理设计，公母料及头尾料在拼接以后，能形成大于等于二个压腔，从而通过腔体降低与室外的压力，雨水受重力影响，从竖向腔体排入到横向腔体，并从排水孔排出至室外。排水路径见附图4。

9、结构设计分析

9.1设计计算依据

工程基本条件：

（1）地区类别：B类

（2）基本风压：WO=0.55KN/m  （根据50年一遇风压取值）

（3）地震烈度：7度

9.2设计荷载确定原则：

（1）风荷载计算：

安装荷载规范与风洞试验报告结果比较取大值

（3）幕墙结构自重：

按规范要求，幕墙结构自重的分项系数取γ=1.2

（4）荷载和作用效应组合：

S=γS+ΨγS+ΨγS

荷载和作用效应组合的分项系数，按下表2采用：

9.3幕墙系统结构计算

（1）中空夹胶玻璃结构计算：

1）部位基本参数：

最大标高235.9米，玻璃为8mm（半钢化）+1.52PVB+8mm（半钢化）+12Ar+10mm（钢化）夹胶中空玻璃，最大横向计算分格宽度2400mm，最大纵向计算分格宽度1950mm。玻璃为四边支撑。弹性模量E=0.72X10N/mm;松柏比ν=0.2;设计强度fg=84/mm（钢化）;设计强度fg=56/mm（半钢化）;

2）设计荷载确定：

根据风洞试验报告最大风压ω=0.45KN/m

计算时风压取大值ω=0.45KN/m

（2）其它部分的结构设计：

相关的立柱、装饰条、横梁、牛腿、预埋件、结构胶、玻璃承压托条、相应的螺栓等均需要满足结构计算，由于本项目的装饰条尺寸偏大，还需要增加装饰条的侧向受力计算。

10、单元板运输分析

本项目的装饰条尺寸宽200X深500mm，单元板厚度为185mm，外凸牛腿挂码92mm，总计厚度为777mm，根据幕墙单元板组装厂运输至项目工地，路线限高4.2米，根据卡车车板据限高点，运输方案一，装饰条与单元板分离，待运输至项目后再组装，单次货架可以叠加7块单元板;方案二，装饰条在出工厂前组装完毕，单次货架可以叠加3块单元板;相比方案一的运输效率优于方案二，由此，選择幕墙单元板装饰条由项目工地上组装。

11、幕墙设计性能检测试验检测分析

幕墙单元板在大面积加工安装前，除了需要对其垂直方向变形性能、平面内变形性能以及平面外变形性能、气密性能、水密性能以及抗风压性能检测以外，本项目的装饰条尺寸比较大，需要对其增加耐撞击性能，检测方法可以根据《建筑幕墙耐撞击性能分级及检测方法GB/T38264-2019》和《建筑幕墙GB/T21086-2007》，装饰条耐撞击实验按《建筑幕墙耐撞击性能分级及检测方法》4.2.2条表一三级标准，逐级增加，撞击物体为由3个靠拢的轮胎、配重和其它连接件组成的软重物，总重量为50Kg，轮胎内压力为（0.35±0.02）MPa，试验中，应避免因弹性而造成多次反复撞击，待撞击停止后，观察幕墙吸收撞击能量后仍能保持原有性能，未见零部件脱落以及发生永久变形等情况，满足要求。

以上试验中，如有结构损坏、剥落、渗水等情况发生，需要分析失败原因，并根据实际情况对其调整或重新设计。

12、幕墙各分项设计

（1）清洗及维修分析

幕墙立面的清洗和维修是通过擦窗机来日常维护，擦窗机在每隔二个楼层设置一组防风销，我们把防风销隐藏在装饰条中，并紧固在竖料上，通过竖料连接到幕墙牛腿。

（2）泛光配合设计

本项目的幕墙为横隐竖明，所以我们把灯具藏于装饰条内，灯光的电源及相关信号线，通过止水阀，穿过幕墙单元板连接至配电间，以上的设计即保证建筑效果的同时，也保证了幕墙的水密性。

结语：

我们通过以上步骤来设计单元式幕墙，不但保证了幕墙的安全性及质量，同时也避免了后期施工过程中由于前期考虑不周引起的整改、反工。为项目顺利推进做出了贡献，为同类项目的幕墙提供设计思路。

参考文献：

[1]沈隽，魏文清，幕墙工程大型外装饰构件的设计分析[J].建筑学报2011（4）：115-117.

[2]张晓君，单元式幕墙系统防水设计分析[J].绿色环保建材，2020（04）66-68.