工学论文：我国目前单元式幕墙的发展现状与结构计算分析

 　　前言：建筑幕墙按构造形式及现场安装方式可分为框架式幕墙和单元式幕墙。目前，随着人们生活水平的提高，对建筑物的要求也越来越高。幕墙便以时尚的特点和漂亮、张扬个性赢得了建筑师的青睐。 　　但是，由于幕墙在我国兴起的时间尚短，近几年国内快速增长的安装费用，使得现场安装的费用在成本中所占比例也越来越大，为了降低成本，单元式幕墙成了唯一的选择。国内单元式幕墙技术是从国外引进，结合中国的规范、规定发展起来的，十多年中尽管我国幕墙事业取得很大进步，但我国在幕墙设计上仍存在许多不足。
　　1.单元幕墙的结构特点
　　单元式幕墙为提供比框架幕墙更好的水密及气密性能，通常采用多道密封。单元式幕墙型材插接处通常采用三道胶条密封，形成两个腔体，充分保证系统水密性、气密性。
　　1.2 胶条密封特点 　　单元幕墙采用胶条密封，可以避免打胶可能产生的硅污染。块间接缝深邃，立体感更佳。
　　1.3 板块之间采用插接方式连接的特点 　　板块之间采用插接方式连接，抗震能力强，幕墙单元板块插接构造设计不仅能吸收层间变位还能吸收单元变形，插接方式通常可承受较大幅度建筑物移动，对高层建筑和钢结构类型建筑特别有利。
　　2．单元式幕墙结构计算 　　单元式幕墙的结构计算在整个工程中占有非常重要的作用。一旦结构计算出现一点的纰漏，将会酿成非常严重的恶果。
　　2.1 单元式幕墙水平构件及竖直构件的应力和变形研究 　　水平构件超过永久荷载挠度限制的情况下,将玻璃垫块的位置向靠近竖直构件的支承点移动，一般可能到 L/8 的位置；竖直构件超过限值的情况下,调节竖直构件之间连接的位置；竖直构件超过限值的情况下,安装中间支撑点(Kicker)用以改良计算模型。
　　2.2 单元式幕墙连接部分的设计 　　单元式幕墙连接部分设计的主要内容有将作用在玻璃上的风荷载传到竖直构件和水平构件的外扣盖型材和结构胶的研究；将玻璃自重传到水平构件的玻璃垫块的研究；具有传力作用的隔热连接材料的研究；竖直构件和水平构件连接处的剪力、扭矩,对连接件和螺钉的作用；通过水平构件传到竖直构件上的剪力、扭矩,对单元顶横构件的连接螺钉的作用；连接插芯和螺钉的研究；单元幕墙顶横梁及底横梁和水槽横插芯梁的局部受弯研究；对将作用在开启窗上的风荷载传到竖直构件和水平构件的合叶,锁,联动杆的研究。
　　2.3 单元式幕墙支撑结构的设计 　　单元式幕墙的支撑结构设计是十分重要的，这是因为支承部分是为了支承竖直构件而安装在建筑物主体结构的楼板和梁上的固定件。
　　支承部分在永久荷载、风荷载和地震作用方面应设计得更加安全,设计时最重要的是确定计算时所假定的Pin Point,在假定的Pin Point位置只产生剪力,依据此剪力来修正各部分的应力和连接件,用结构的平衡条件公式进行研究3.单元式幕墙的细节设计。
　　单元式幕墙在建筑师和开发商心中是高质量、高档次、高效率幕墙的象征，要真正实现"三高"，必须在安装、防水系统、收边处理等一系列细节问题上作周密的考虑，精心的设计。尤其是现代建筑外立面形式日趋复杂，几何外形多元化，往往不是简单的平面，对幕墙设计提出了更高更深的要求。
　　3.1 谨防单元式幕墙的渗漏 　　单元式幕墙接缝部位的缝隙和空腔外壁上的水是无法消除的，只有在"作用"上下功夫，通过消除"作用"来使水不能通过外壁缝隙进入等压腔。内壁上的缝隙和作用特别是压差不能消除，要使内壁不渗漏，则要使水淋不到内壁，这正好由外壁发挥的效应来达到，外壁内、外侧等压，水进不了等压腔，水就不会淋到内壁，内壁缝隙周围没有水，内壁就不会发生渗漏，这样单元式幕墙对插部位就不会有水渗入室内了。这个设计的核心原理就是使外壁内、外侧等压，雨水无法进入等压腔，使内壁缝隙周围没有水，即在内壁消除渗漏三要素之一的水的因素来达到整体幕墙接缝体系不渗漏的目的。 但是，使外壁达到完全等压是非常困难的，因此应该考虑雨幕层有偶然渗漏水的可能，一旦有水渗入，就要及时将渗入等压室的水排出至室外。因此单元式幕墙接缝处防水构造常设计为外壁防止大量雨水渗入，少量渗入等压腔的雨水又能及时排出，使水淋不到内壁，在内壁消除渗漏三要素中的水的因素，从而避免雨水渗漏进室内。
　　3.2 单元式幕墙结构材料的选择 　　单元式幕墙设计会涉及到不少橡胶条的设计。从事先穿槽还是后推进的安装方式不同考虑，需要将橡胶条设计成不同的截面，不同的硬度。与结构胶相接触的橡胶条最好是 EPDM，与接缝处密封胶接触的橡胶条宜用硅橡胶。开启窗周边一圈橡胶条适合用氯丁橡胶。在不锈钢材料的选用上，要根据使用的不同场合标明它的材质。一般用在与室外空气接触的地方，要选用更高档的不锈钢，它的耐腐蚀性更佳。
　　有很多幕墙外立面接缝是不打胶的，因此水汽是可以透过幕墙的。考究的做法在内部做一道密封防水，可用铝板或镀锌板构成，而外幕墙与防水板之间用到的固定码件宜用铝或不锈钢材料。
　　3.3 单元式幕墙结构的组合板块设计 　　单元板块有时可以设计成两个单元板片组合成一个组合板块，比如目前上海最高的建筑环球金融中心就是采用这种方式的。中间竖料是锁在一起的，现场不进行对插，但有支座固定挂点。采用这种方式一定要事先弄清现场的安装条件。如果运输及安装条件许可，无疑能增加工作效率，明显加快安装速度。有很多时候，转角板块也可以考虑做成组和单元，但也要根据现场施工条件来决定做成组合单元，还是转角对插竖料3.4 关于单元板块的吊装设计的建议。
　　横梁的截面设计通常直接关系到幕墙的水密气密性能，把横梁壁厚做得太大不仅不能实现构造也不经济。所以还是应该把吊装点尽量设计在立柱上，也可用特殊加工的钢件与立柱固定后转接到横梁位置再吊装，或者直接利用单元板块的挂件来吊装。在吊装的时必须设置导向绳，导向绳由地面工人牵引，由此来防止单元板块的晃动或转动撞击到已经安装好的低层的单元板块。因此在做型材加工图时还必须考虑导向绳与单元板块的连接位置及方式，如果单元板块过重，人力牵引绳无法不住，那就必须考虑安装导向索，这些都是幕墙设计应该考虑的问题。
　　结语
　　幕墙能使建筑物更好地呈现在大众眼前，是一种外围护护结构物，幕墙设计计算不仅是幕墙施工的前奏，也是建筑设计成败的关键所在。
　　单元式幕墙有比框架幕墙更复杂、多样的构造形式，总结近些年国内单元式幕墙高速发展状况，可以看出单元式幕墙将会是幕墙设计的主流形式，这就要求广大的幕墙设计师更多的熟悉各种单元幕墙形式，经常相互交流。提高我国幕墙设计水平，在建筑设计飞速发展的今天是有深远意义的。