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幕墙结构体系总结及分析!
发布时间:2017-12-07    

一、引言

四十年代末,在一些发达国家,由于兴建高层建筑的需要和塔式起重机的出现,在减轻围护墙体方面取得了巨大发展。开始以无数高度工业化的模数化的轻金属,玻璃预制单元镶嵌或悬挂在框架结构外,作为围护墙体,由于它大片连续,不承受荷载,质轻如幕,故称幕墙。现在,幕墙已经成为现代建筑的象征,为众多建筑所广泛采用。幕墙作为建筑的重要部分,其结构设计尤为关键。因为它几乎含概了幕墙设计的所有内容。优秀的结构形式将对幕墙及建筑主体的装饰性、功能性和经济性产生至关重要的影响。这也是业主与承建商共同关心的问题。本文参照我司现有的部分产品,对投标过程中如何根据业主的需要选择基本结构提出了一些建议。

二、设计原则

按有关规范,建筑幕墙采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用分项系数的设计表达式进行计算。其结构设计的标准是在正常荷载作用下不产生损坏,在这种情况下,幕墙处于弹性状态。其中玻璃的安全度K=2.5;铝板的安全度K=2.0,花岗岩的安全度K=3.0,铝材的安全度K=1.8。

幕墙应按围护结构进行设计。幕墙的主要构件应悬挂在主体结构上,幕墙在进行结构设计计算时,不应考虑分担主体结构所承受的荷载和作用,只应考虑承受施加于其上的荷载与作用。幕墙及其连接件应具有足够的承载力、刚度和相对与主体结构的位移能力。非震区幕墙,在风力的作用下,应保证正常的幕墙使用功能。有抗震设计要求的幕墙,应做到小震不坏、中震可修、大震不倒。幕墙构件的设计,在重力荷载、设计风荷载、设防烈度地震作用、温度作用和主体结构变形影响下,应具有安全性。

好的结构设计应满足下列要求

s ?理解业主的要求、尊重建筑师的思路和意见、满足外装饰的艺术性和协调性。

s ?考虑结构的可行性及合理性

s ?满足幕墙安全性和功能性要求

s ?保证较好的内视效果

s ?保证开启的功能性和装饰性

s ?满足材料的强度、刚度要求

s ?满足幕墙各种使用功能的要求

s ?考虑各种不同材料交界的处理方式

s ?考虑材料开模和加工的可能性和工艺性(横梁大于1.2m,壁厚不小于3mm、螺钉连接部分截面厚度大于螺钉公称直径)

s ?在尊重设计师的思路和满足装饰效果的前提下,充分融合自己的特点,使外装饰设计更加完善

作为幕墙工程投标的关键环节,设计准则:根据业主的修养和所能提供的资金状况,在建筑幕墙的艺术性、功能性、安全性及经济性之间寻求一种平衡,即以最优的分格形式和结构,保证建筑的装饰完美、功能完善,和最大限度的成本降低。

三、框架幕墙的结构选型

构成原理:框架式幕墙是用一根根元件(竖框、横框)安装在楼板或主梁上,再相互连接竖框、横框,形成框格体系,再将板块(玻璃、铝板、石材)镶嵌在框格上,形成幕墙,对以竖向受力为主的框格,首先将竖框固定在建筑物每层楼板(梁)上,再将横框通过角片固定在竖框上,对以横向受力为主的框格,则先安装横框,竖框固定在横梁上,以形成幕墙框格体系,再安装面板。

框架式幕墙的优点:

s 各元件加工简单,操作方便。

s 可以保证幕墙良好的使用功能,空气渗透性能、雨水渗漏性能、风压变形性能均可达国标规定的要求。

s 运输方便,且运费低。

s 现场贮存材料方便。

框架式幕墙的缺点:

现场工作量大,安装周期长。

现场施工质量管理和施工组织要求较高


(一) 隐框幕墙

隐框幕墙是我司在实际工程中应用较早,也是应用最多的结构。比较有代表性的如90年代初期的哈尔滨森融大厦、沈阳北站综合楼、西单国际大厦等,其中铝板的处理方式上北站、西单的结构比较接近,北站结构中铝板带勾边,而西单为结构防水,由于结构上的不足,这两种结构已很少采用。相对而言森融结构堪称经典之作。笔者认为并非仅仅那些错综复杂、晦涩难懂的才称为好结构。简洁、实用、而功能强大的一样是优秀作品。

经过多种结构的比较,以下三种结构可在向业主推荐时予以考虑。即浮动式上挂式全挂式三种。其中,浮动式即森融结构,上挂式为浮动式的变型,而全挂式即“小单元”幕墙。

浮动式

浮动式定位安装隐框幕墙在工程中大量应用,该结构是我公司在国外技术基础上,结合我国自然环境研制而成,并被列入建设部标准图集《铝合金玻璃幕墙》(标准号97SJ103)。做为一种成熟结构在哈尔滨森融大厦、天津邮政网管大厦等建筑中广泛应用。

此系统的主要技术特点如下:

s 采用定位安装、定距压紧式结构,横竖框上的定位槽口有效控制了板块的压紧力。保证饰面板块安装位置精度,同时保证幕墙表面平整度,避免了由于压紧力不均而造成的安装应力,可有效阻止玻璃影像畸变和铝板“起包”现象,也避免了玻璃的自爆。

s 板块采用浮动式连接结构,在温度应力等作用下压板-附框间允许相对位移,板块能够自由伸缩,平面内变位吸收能力强,抗震能力强。

s 密封性能可靠,采用双道环形密封,外层为厚度大于3.5mm的耐候硅酮密封胶,内层为三元乙丙胶条,接头处用专用胶粘接,可有效地保证气密和水密性能。(均可达到一级)

s 横梁与竖梁的连接采用可伸缩结构,满足了横梁因温差作用而产生的伸缩变形要求,消除了幕墙的伸缩噪音,提高了系统的抗变位能力。

s 所有硬性接触处,均采用弹性连接,提高了幕墙的抗震性能,消除了伸缩噪声,吸收声波,同时由于密封性能的提高,保证了帷幕的隔音效果。

s 固定板块的压板采用螺钉、螺母加弹簧垫圈紧固,螺母下到型材槽内。克服了自攻钉连接强度不够、易松动等问题。连接牢固,安全可靠,可调性好。

s 安装可操作性强,可先装竖框, 后装横框。这样既可以提高框架安装精度和速度,又能解决先装横框成品保护困难问题。

s 玻璃板块下方设置托板,

s 不同金属的接触面都使用尼龙垫片以防止电化腐蚀

s 幕墙和主体之间采用螺栓连接实现三维调整,既保证幕墙的平面度和垂直度,又提高结构抗震性能。(耐热的环氧树脂或尼龙12垫片)

s 通用性好,仅通过附框的变型既可实现中空玻璃、单玻璃、铝板等多种板材的装饰形式。

浮动式幕墙也存在一些不足,比较关键的一点是浮动式幕墙采用坐装式,板块的稳定性相对要差一些,而且由于自重产生弯曲应力,使板块容易变形。虽然板块周围定距压紧的压板使弯曲应力有所抵消,但长时间的重力荷载显然会幕墙的平整度产生不利影响。为此,我司对浮动式结构加以改进,将横向附框和横框该为上挂式,有效的解决了这以问题。近年来,我司的许多工程如青岛光大银行、北京710所等均采用此结构,效果较好。

该幕墙系统除具有浮动式幕墙的一般特点外,还因其采用上挂式安装结构,周边浮动式压板连接固定,使板块处于悬挂受拉状态,可避免重力影响和温度应力作用产生铝板中部“鼓包”和玻璃影像变形失真、自爆等现象,保持外表面平整,保证外观效果。同时安装方便,速度快,节省时间。但本结构也有一个缺点,即:不能用于弯弧幕墙

全挂式

全挂式又称小单元幕墙,是我司参照国内外同类技术研制的。它虽属框架幕墙,但克服了以往框架幕墙螺钉连接的弊端,主受力处完全实现无钉连接。不仅加快安装速度,保证了板块的平整度,更重要的是:幕墙的安全性大大提高了。我司在石家庄长途电信等工程中使用此结构。近年来又对其加以改进,使结构日趋完善,成本尽量降低。

s 结构板块固定靠型材的挂接来实现,板块直接挂于横竖龙骨上的特殊横口上,靠龙骨本身定位,取消了以往的压板连接方式,且设计了防松动的卡块,以防板块松动和串位,使连接强度趋于更加合理,消除了人为因素产生的安全隐患,安全可靠,可适用于高层建筑。外挂单元板块加工方便、简捷,工厂内加工组合,加工精度高。

s 安装简便,易于调整,可无序安装,安装速度快,施工周期短。更换亦简洁易行。

s 所有型材接合部位均设有弹性胶垫,横竖框连接采用浮动式伸缩结构,可从根本上消除热变形伸缩噪音。

s 弹性连接结构可吸收一定的横竖框安装阶差,且抗震能力强。

s 挂接量较大,可吸收较大的安装误差,横竖框间距及板块几何尺寸的累积误差小于等于3mm时,均可正常顺利安装。

s 采用三道密封,水密性和气密性良好。

s 每个板块的固定靠定位块组件来实现。板块挂上后先将定位块担在两块板副框的槽里,然后再插入定位插件,将板块固定。

s 该结构的缺点是成本较高,且不能用于弯弧幕墙。

为降低成本,可将“等片”合中空改为“大小片”合中空,也可将横竖框尺寸适当减小(图11)。但此结构必须横竖框同时安装,现场施工的精度和速度有一定影响。

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