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單元式幕墻設計環節的“系統、節點、結構”優劣分析

來源:聯合幕墻社區  作者:編輯  日期:2018-2-28
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  單元式幕墻的設計較之框架幕墻復雜,要考慮的因素多,快速發展的中國市場給此類系統的應用帶來了極大的發展機會,伴隨著國內勞動力成本的上漲,單元式幕墻的應用越來越多,從世界第一高樓,到國內的省會城市的地標項目幾乎都采用了單元式幕墻。

  本篇文章內容由[中國幕墻網]編輯部整理發布:

  前言

  單元式幕墻的設計較之框架幕墻復雜,要考慮的因素多,快速發展的中國市場給此類系統的應用帶來了極大的發展機會,伴隨著國內勞動力成本的上漲,單元式幕墻的應用越來越多,從世界第一高樓,到國內的省會城市的地標項目幾乎都采用了單元式幕墻。各種設計方法、流派也開始粉墨登場,從圖紙表面上看似乎相近,但仔細剖析后卻有不同;與常規單元作法有異,如某知名幕墻公司設計的浙江某商廈、某些省會城市的綠地中心項目;甚至某世界知名幕墻顧問公司設計的項目、迪拜哈里法塔等也都采用了類似的設計方法,此類設計有流行越來越廣趨勢,那么此類作法的特點在哪,性能如何;本文以某公司設計為例對這一類設計進行剖析比對(圖一、圖二),判斷優劣。

單元豎框節點(圖一)

單元橫框節點(圖二)

  此類單元作法的主要特征是將水密膠條置于橫豎料加工完成面之后,如圖一、二中紅色虛線所示,且水密膠條在同一平面內,與框架式幕墻膠(詞條“幕墻膠”由行業大百科提供)條交圈作法相同,插接位置的鋁型材被銑去一部分,高度為單元下橫料的高度約40mm左右,在安裝完成后,此部分與橫框的插接翅有一個高度差,在此形成一個空洞;對比圖一圖三及圖四的紅色區域。紅色虛線處為橫豎向龍骨、膠條組裝完成后效果,單元板塊右上角(如圖三),單元板塊右下角。(圖四)

 

單元板塊右上角(如圖三)

  常規單元設計畫法如下

  此類單元作法的主要特征是將水密膠條置于橫豎料加工完成面之前,如圖五、六中紅色虛線所示,水密膠條在不同一平面內,豎向膠條在前、橫后膠條在后,幕墻膠條不交圈,前道插接翅沒有被銑掉(后道插接翅被銑但對性能無影響)

  以上兩種作法,由于差別細微,往往不易察覺,甚至于很多設計師也搞不清楚二者有無差別,性能如何,更不要提優劣判斷了,對以上兩種類型的幕墻進行判斷之前,先來理解單元式幕墻的水密性設計、插接設計的基本原理。單元式幕墻的原理有一整套完備的體系,因本文僅對類型一、類型二的局部性能進行比對,故僅對水密性、插接原理進行闡述,其它的原理不作過多涉及。

單元豎框節點(圖五)

單元橫框節點(圖六)

  單元式幕墻水密性、插接設計原理

  單元插接原理設計

  單元幕墻插接設計原理是:板塊間的插接部位同時也是幕墻的密封部位,要保證插接部位在整個幕墻上的連續性,即在單元橫豎框交接的部位不得存在密封間斷點。

  實現方式

  如圖七、八節點圖所示,單元下橫框①面與豎框②面在同一平面內,③面與④面在同一平面內,單元左豎框的前道插接翅在①、②平面的室外側,后道插接翅在③、④平面的室外側,在單元板塊安裝時避免了與上橫框的插接翅發生干涉,保證了豎向插接的完整性;同時,上橫框插接翅上的膠條可直接壓在①、②面和③、④面上,保證了單元內橫向插接密封的完整性;在豎向變位縫位置,單元左豎框的前道插接翅與上橫框插接翅上的膠條之間存在一定的空隙,在單元左豎框的前道插接翅的內壁粘接防水閉合海綿進行填充,(如圖七、九中紅色虛線所示處)從而保證了橫向插接密封在整個幕墻范圍內的完整性。并且,在橫豎框交接的部位,豎框的前道插接翅在上橫框插接翅的室外側,起到了一定的披水作用,更有效的提高了該處的防水能力。

  水密性設計

  單元幕墻的水密性設計原理是將幕墻的水密線和氣密線分離處理。即通過單元幕墻的插接構造及擋水膠條的設置使單元板塊的插接部位形成多個與室外環境連通的等壓腔,從而使少量進入型腔內的雨水可以順利的排出室外,保證幕墻靠近室內側的氣密線部位沒有水的存在,實現幕墻的優良水密性能。

  橫滑式單元幕墻的水密性設計包括阻擋大量水進入的防水設計和將進入型腔的少量水排出的排水設計。

  水密性設計關鍵點

  擋水膠條的阻擋作用;

  各密封面的密封可靠性;

  各等壓腔的等壓可實現性;

  排水通道的暢通性。

  防水設計、擋水設計

  單元式幕墻通常采用膠條擋水,擋水膠條是幕墻的第一道密封結構,通常稱塵密線。它的作用是披擋灰塵及大部分的雨水進入型腔。擋水膠條在正常使用狀態下應具有一定的壓縮量,從而可以保證幕墻板塊在溫度等外力作用下發生變位時,擋水膠條仍具有一定的密封能力

  插接部位的密封處理

  單元幕墻的第一道插接密封是幕墻的水密線,應按單元插接原理合理設置單元插接翅,并合理設計密封膠條,保證在整個幕墻系統中無密封間斷點的存在。

  一般情況下,幕墻的插接型腔內存在至少兩個等壓腔。根據插接結構及擋水膠條的不同,還可以形成更多的等壓腔,如上圖中的等壓腔Ⅰ、等壓腔Ⅱ和等壓腔Ⅲ。

  在擋水膠條的室外側擋翅開排水孔,使等壓腔Ⅰ與室外環境形成等壓。

  在擋水膠條的室內側擋翅開排水孔,使等壓腔Ⅱ與等壓腔Ⅰ形成等壓。

  在上橫框的第一道插接翅上開設排水孔,使等壓腔Ⅲ與等壓腔Ⅱ形成等壓。

  單元幕墻排水路線

  室外的雨水可以通過兩種途徑進入型材(詞條“型材”由行業大百科提供)的等壓腔內,即橫框的擋水膠條搭接處和豎框的擋水膠條搭接處。

  通過橫框的擋水膠條搭接處進入等壓腔Ⅰ的水,一部分可以通過擋水膠條室外側擋翅上的排水孔排出,另一部分進入等壓腔Ⅱ的雨水也會在重力作用下通過擋水膠條上的排水孔直接排出,還會有極少量

  雨水進入等壓腔Ⅲ,然后通過上橫框的第一道插接翅上開設排水孔排到下層單元的等壓腔Ⅱ中,直至最后排出室外。通過豎框的擋水膠條搭接處進入等壓腔Ⅰ的水,一部分可以直接落到上橫框的披水膠條或披水板上,隨橫框等壓腔Ⅰ中的雨水一起排出。另一部分進入等壓腔Ⅱ的大部分雨水也會在重力作用下用下到上橫框的披水膠條或披水板上,隨橫框等壓腔Ⅱ中的雨水一起排出。還會有少量雨水會在風壓及毛細作用下進入等壓腔Ⅲ,然后通過上橫框的第一道插接翅上開設排水孔排到下層單元的等壓腔Ⅱ中,直至最后排出室外。

  性能對比分析

  弄懂了上述的設計原理,對兩種單元式幕墻作比對:為了更直觀的表達問題,對類型一的加工及組框圖放樣如圖十三、十四、十五、十六為組框后的單元四個角部,單元板塊組合后,如果要實現順利安裝,豎框在與橫框插接的部位要作銑加工,類型一的單元恰好在豎框插接的部位被銑掉(圖十六)。

  下圖(圖十七、十八)為安裝實例,如圖中紅色虛線所示處,與圖十六的三維圖紙吻合。從圖中可以看出被銑掉的部分是形成交圈密封的關鍵環節,原則上如圖一中看似形成的前后兩個等壓腔也被破壞,僅僅形成了一個,前后腔貫通,水可以輕易到達氣密線位置(圖七3、4面)由此可斷定,類型一的水密性能不會很高

  類型二的單元豎框插接的前道插接翅沒有被銑掉(如圖二十二中紅色虛線所示),在左右豎框間形成的間隙被泡棉封堵(圖七中的泡棉不可省,且在底端要剪切使之變薄以便與橫向密封線對齊),在整個平面內形成了環形密封,無密封間斷點存在,豎向膠條在外側形成密封,橫向膠條在內側形成密封,存在三個等壓腔。所以從這一點上來說,類型二的單元水密性更高。

  影響單元幕墻性能的因素

  現場條件與試驗室條件的差異對單元幕墻性能的影響:也許有人會說,類型一的單元已有工程案例,也通過了試驗,沒有發現使用問題,在這里要注意現場條件與試驗室條件不同的影響,試驗室樣件在各個環節都比較精心,或不該打膠密封的地方也打膠,如同類型一單元空洞的封堵可以照此執行,以確保試驗通過;現場條件則完全不同,以錢江新城某項目為例,既圖十七、八所示之項目,現場安裝工人跟本不會對這個空洞作任何處理,而且按設計師的本意,此部位也不需處理,那么就會導致現場施工工法與試驗室施工工法不一的問題,實際竣工的項目,未必能達到試驗要求的性能。

  外立面效果對單元幕墻性能的影響:要考慮明框、半隱框、隱框等不同類型對系統的水密、氣密性能的影響,眾所周知,框架式幕墻采用的是濕法打膠工藝進行密封,效果最為可靠,其性能不受外立面裝飾扣蓋的影響;但單元式幕墻采用膠條密封,也就是常說的干法密封,明框幕墻因橫豎向有裝飾扣蓋,密封及剛性較好,因此無論在自然使用條件下或試驗室條件下都能形成一道較好的擋水屏障,降低了對系統設計的要求。隱框幕墻與之不同,密封膠條在整個橫、豎向分格長度內成為受風、受雨面;因此一套好的導排水設計的單元體系,才能實現更高的性能要求,如圖二所示的橫向披水膠條如果在無外扣蓋的情況下,水會大量進入等壓腔內,一是單線條膠條設計不合理,二是豎向插接翅在底部被銑掉。半隱框幕墻則介于二者之間。所以在明框單元系統上能通過的產品,在半隱框或隱框上有可能出現問題。

  如何規避人為因素對產品質量的影響(如水平、能力、責任心等),就是設計水平高低的體現,如果能從結構設計上消除人為因素的影響,那就從設計上著手,萬不得已的情況下,才考慮人為因素作補充。類型二的單元體系,設計本身無問題,也不需要工人進行額外的打膠作業,僅完成現場的掛接既可;所以從這點上說這是一個好的設計系統,也要按系統的觀念考慮問題,如明框、半隱框、隱框等盡量采用共用模具,如型材、槽口、膠條、開啟等。

  設計優化及演變

  如上圖的設計優化及演變,稍加變化就可以實現較高的性能,且成本不增加,但這種變化都是以單元幕墻的水密、氣密原理為主線的,萬變不離其中,無論想達到怎么的建筑設計差異性都可以,但性能卻是不隨明框、半隱框、隱框而產生任何變化的。

  小結

  按常理,膠條一定是交圈的,這種密封式最好,在整個密封面上無間斷點,可以實現較高的水密性要求,該作法在框架幕墻的應用上無疑是有效的,但這種思路用到單元幕墻的設計上卻不見得靈光了,因為單元式幕墻的插接設計,如果要實現順利安裝,豎框在與橫框插接的部位要作銑加工,所設計的系統能否對這個空洞作有效的封堵、水密線在整個平面內是否連續,便成為決定幕墻性能的關鍵環節所在,中國有句古語:”皮之不存,毛將焉附”比喻事物失去了借以生存的基礎,就不能存在,類型一的膠條在銑加工之后是懸空的,跟本無法形成交圈密封,且在此處又人為的制造了一個空洞;由此可以看出,類型二的水密系統性能更成熟。類型一的系統作法不建議采用,盡管它曾經在世界第一高樓上得到了大面積的應用。

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