幕墻設(shè)計中的一些問題及處理

溫海洲

一、建筑幕墻構(gòu)造設(shè)計

1. 幕墻防火隔煙設(shè)計

根據(jù) 《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》4.4.7內(nèi)容:玻璃幕墻與周邊防火分隔構(gòu)件間的縫隙、樓板或隔墻外沿間的縫隙、與實體墻面洞口邊緣間的縫隙等，應(yīng)進行防火封堵設(shè)計。

在實際幕墻設(shè)計中，有些設(shè)計師在進行防火隔煙封堵設(shè)計時不是很合理，以至于與業(yè)主、監(jiān)理或?qū)張D中心常常會產(chǎn)生一些技術(shù)上的摩擦?，F(xiàn)就關(guān)于此項設(shè)計需要注意事項列舉如下。

（1）幕墻主體結(jié)構(gòu)樓層梁處的水平防火封堵

建筑幕墻處主體結(jié)構(gòu)樓層梁處的水平防火封堵層應(yīng)盡量接近玻璃面，不能只封到幕墻橫梁的背部，橫梁上方的防火巖棉隔離層厚度應(yīng)滿足大于等于100mm的要求；樓層間水平防煙帶的巖棉宜采用厚度不小于1.5mm厚的鍍鋅鋼板承托。同時，如果縱向采用易燃物保溫板如擠塑聚苯板，則保溫板應(yīng)設(shè)置在防火隔離層的上方 (如圖1)。

圖1 幕墻主體結(jié)構(gòu)樓層梁處的水平防火封堵

（2）幕墻橫梁與主體結(jié)構(gòu)洞口處的防火封堵

在幕墻設(shè)計中，玻璃幕墻橫梁與主體結(jié)構(gòu)洞口處的防火封堵往往被忽視，有的設(shè)計師在繪圖時沒有重視，甚至沒有設(shè)置防火隔離。按規(guī)范要求，幕墻橫梁與主體結(jié)構(gòu)洞口處的防火封堵層厚度也不應(yīng)小于100mm。

（3）幕墻立柱與主體結(jié)構(gòu)周邊縱向防火、防煙封堵

玻璃幕墻立柱與主體結(jié)構(gòu)洞口周邊縱向防火、防煙封堵厚度隔離層的截面尺寸也不宜太小，最好不小于100mm，否則不合規(guī)范要求。

幕墻設(shè)計中，防火、隔煙設(shè)計一定要引起重視，近來，國家對防火規(guī)范方面要求比較嚴格。同時，在設(shè)計主體結(jié)構(gòu)樓層梁處的水平防火封堵時要注意不是把板后面的空間全部填滿防火巖棉，而是在100mm厚度的防火巖棉隔離層范圍內(nèi)不留空隙就行了。

2. 幕墻防雷防靜電設(shè)計

幕墻系統(tǒng)的防雷和防靜電設(shè)計是確保幕墻工程的安全設(shè)計。良好的防雷和防靜電性能可確保幕墻不遭雷擊或因靜電失火和影響整個建筑室內(nèi)電器設(shè)備的正常使用。由于在幕墻系統(tǒng)中多處因防腐、防噪等原因設(shè)置了PVC裝置，致使建筑物防雷裝置不能直接起到接閃和防雷作用。這樣，閃電對建筑的雷擊往往也就變成了閃電對玻璃 (金屬)幕墻的雷擊。

幕墻作為一種復(fù)合系統(tǒng)，局部采用了大量金屬構(gòu)件，幕墻的金屬材質(zhì)由于雷電的效應(yīng)，將會產(chǎn)生靜電感應(yīng)作用。當天空中的云由于摩擦或碰撞產(chǎn)生雷電和大地形成電場時，幕墻的金屬桿件就會積聚大量的感應(yīng)電荷，且這種感應(yīng)電荷與雷云極性相反；當雷云瞬間放電后，云與大地的電場突然消失，這時幕墻的金屬桿件感應(yīng)電荷不能以相應(yīng)的速度流散，將會產(chǎn)生高達萬伏以上的對地電位，這種靜電感應(yīng)電壓對人和設(shè)備產(chǎn)生危害。所以，必須消除靜電對幕墻的影響。

圖2 幕墻防雷節(jié)點處理

按照規(guī)范要求，在建筑標高30mm以上，幕墻必須采取防雷措施。目前，防雷的通常做法是幕墻位于均壓環(huán)處的預(yù)埋件的錨筋 (或者錨板)必須與土建均壓環(huán)電焊連接；且10m以內(nèi)宜有一根立柱采用柔性導(dǎo)線上下連通，形成等電位，再與土建防雷系統(tǒng)連通 (如圖2)。

3. 玻璃采光頂設(shè)計

隨著建筑幕墻的快速發(fā)展和對周邊環(huán)境及采光效果的需要，采光頂?shù)氖褂眉霸O(shè)計也越來越廣泛。但傳統(tǒng)采光頂構(gòu)造方式很容易出現(xiàn)膠縫滲水及內(nèi)部結(jié)露等現(xiàn)象，會給建筑本身及使用者帶來一定的負面效果。本人結(jié)合多年來的幕墻設(shè)計經(jīng)驗及施工現(xiàn)場體會，總結(jié)了一定的采光頂設(shè)計方法，可供設(shè)計師們參考。

（1）玻璃采光頂設(shè)計時，在型材上要注意選擇，傳統(tǒng)的設(shè)計一般沒有考慮型材的二次防水措施，這樣會導(dǎo)致膠縫滲漏水及冷凝水沒有有效地排放，造成采光頂設(shè)計不完善漏水的現(xiàn)象?；诙喾矫娴目紤]，我司在采光頂設(shè)計時，采用了統(tǒng)一的配套型材，使采光頂設(shè)計完善的同時，也注重了二次排水措施，有效地避免了滲水及漏水現(xiàn)象 （如圖3）。

圖3

（2）采光頂設(shè)計在考慮型材二次排水的同時，也要注意面板的分格尺寸。采光頂必須采用夾膠安全玻璃，如采用點支承結(jié)構(gòu)，面板分格尺寸不宜大于1.6m×1.6m。如果分格板塊過大，容易產(chǎn)生較大的撓度，造成局部積水現(xiàn)象；同時面板過大也不利于后期的維護，如果玻璃自爆或其他原因產(chǎn)生破裂對后期的更換會帶來一定程度的難度 （如圖4）。

圖4 玻璃采光頂撓度較大產(chǎn)生積水現(xiàn)象

由圖中可以看出，在實際工程中由于玻璃板塊較大產(chǎn)生一定的撓度，造成雨水無法排出，產(chǎn)生積水，如此時間久了，就會使雨水通過膠縫滲漏到室內(nèi)。

二、建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計是幕墻設(shè)計中的一個重要方面。幕墻是建筑物的外圍護結(jié)構(gòu)，主要承受自身的重力荷載，以及作用在其上的風(fēng)荷載、地震作用和溫度作用。

1. 幕墻的支承結(jié)構(gòu)

支承結(jié)構(gòu)是建筑幕墻重要的組成部分，它能把幕墻表面承受的風(fēng)荷載、溫度差作用、自身重量和地震荷載傳給主體結(jié)構(gòu)。因此，支承結(jié)構(gòu)必須有足夠的強度和剛度。它相對于主體結(jié)構(gòu)有特殊的獨立性，又是整體建筑不可分離的一部分。支承結(jié)構(gòu)既要與主體結(jié)構(gòu)有可靠的連接，又不承擔主體結(jié)構(gòu)因產(chǎn)生位移或變形對幕墻產(chǎn)生的附和作用。由于幕墻是可以拆換的維護結(jié)構(gòu)，所以其結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限不宜低于25年。

在幕墻支承結(jié)構(gòu)設(shè)計中，立柱的上、下柱連接算是最普通的結(jié)構(gòu)設(shè)計了。JGJ102-2003.6.3.3中關(guān)于上、下柱連接閉口型材可采用長度不小于250mm的芯柱連接。此項要求主要是對鋁型材而言，如果立柱是鋼龍骨，上下柱連接也可以用鋼板連接，前提是上、下柱位移一致就可以了。如果幕墻立柱是雙跨梁結(jié)構(gòu)模型，長短跨之比不應(yīng)小于1/10，目前有些審圖中心的審查員把長短跨比控制在0.15，如果層間結(jié)構(gòu)梁高度不足，則跨距比很難達到0.15的比例，這個問題后期可以與審查人員溝通解決。

2. 幕墻后錨固處理

幕墻后錨固處理主要體現(xiàn)在錨栓形式上的選用，目前較普遍的錨栓選擇上主要有化學(xué)錨栓與金屬膨脹錨栓。兩種錨栓目前尚不能說哪種好哪種不好，只能說它們承載原理有些區(qū)別?；瘜W(xué)錨栓因無膨脹應(yīng)力的錨固可以實現(xiàn)較小的邊間距，其錨固原理主要是化學(xué)粘結(jié)力及鎖鍵力來承受外界荷載；膨脹錨栓主要是通過膨脹片與混凝土間的摩擦力或?qū)炷恋膲毫?，產(chǎn)生承載能力來承受外界拉力荷載。不論哪種錨栓，其承載力設(shè)計值不應(yīng)大于其極限承載力的50%，且不宜在與化學(xué)錨栓接觸的連接件上進行焊接操作。(注:部分內(nèi)容來自于喜利得交流會資料)

圖5 化學(xué)錨栓和金屬膨脹錨栓承載原理的區(qū)別

3. 幕墻用預(yù)埋件設(shè)計

預(yù)埋件是用于固定幕墻支承結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，因此預(yù)埋件的質(zhì)量尤其重要。預(yù)埋件由錨板和錨筋組成。常用的幕墻預(yù)埋件有平板形和槽形兩種。預(yù)埋件的錨板宜采用Q235B的鋼材，表面作熱浸鍍鋅防腐處理，鋅膜厚度應(yīng)大于40um。錨筋應(yīng)采用I級或Ⅱ級鋼筋，目前普遍采用的是Ⅱ熱軋螺紋鋼筋，錨筋不得采用冷加工鋼筋。在預(yù)埋件加工時，錨板與錨筋是采用塞焊還是T形焊并沒有強制性規(guī)定，本人認為焊接方式最好采用坡口塞焊，這樣質(zhì)量才比較可靠。不過，當錨筋直徑大于20mm時，JGJ102-2003規(guī)范要求宜采用穿孔塞焊。

從預(yù)埋件的受力情況來分析，主要有兩種形式:一種是受拉和受彎，一種受剪 (如圖6)。對受拉和受彎預(yù)埋件來說，其錨筋的錨固長度可按下式計算:

(fy鋼筋抗拉強度設(shè)計值；ft砼軸心抗拉強度設(shè)計值；D是鋼筋公稱直徑；a錨筋系數(shù))

(注:抗震設(shè)計的幕墻，鋼筋錨固長度應(yīng)按1.1倍采用)

當結(jié)構(gòu)計算中錨筋的拉應(yīng)力設(shè)計值小于鋼筋抗拉強度設(shè)計值時，則錨筋的錨固長度以不小于15d為宜，同時，錨筋長度不允許負偏差。

圖6 預(yù)埋件受力形式分析

三、建筑幕墻面板設(shè)計

幕墻面板主要有玻璃、金屬板材及石材等外裝飾材料。

1. 玻璃

玻璃作為一種透明材料被廣泛應(yīng)用于建筑、制造等行業(yè)，是幕墻的主要面材。所以，科學(xué)的選用玻璃對于建筑物的節(jié)能具有十分重要的意義。普通的透明玻璃的遮陽系數(shù)Sc＞0.5，陽光中的紅外線熱能大量地透過了玻璃被吸收，這導(dǎo)致它不能有效地阻擋太陽輻射能，其隔熱保溫效果不很理想。

目前的市場上，Low－E玻璃是一種對4.5—25um波長范圍中遠紅外輻射具有較高反射能力的鍍膜玻璃。Low－E中空玻璃已成為節(jié)能型玻璃幕墻的首選材料。Low－E玻璃遮陽系數(shù)不大于0.4，具有低輻射、高熱阻、低透光等優(yōu)點，一般應(yīng)用于雙層中空玻璃上。由于膜層的特殊作用，它可以將80%以上的遠紅外線熱輻射反射回去，具有良好的阻隔熱輻射透過作用，以達到節(jié)能的目的。

對于玻璃采光頂或玻璃雨蓬，其面板選擇要注意節(jié)能及安全事項。有保溫要求的玻璃采光頂應(yīng)選用鋼化中空low-e夾膠安全玻璃，且玻璃分格尺寸不宜過大，最好不超過2000mm；而玻璃雨蓬不需要保溫，主要是遮雨用途，所以采用鋼化夾膠玻璃就行了。如果夾膠玻璃上有花紋雕刻，其PVB夾片厚度最好采用1.52mm，否則有花紋的部位連接可能不太牢靠。

2. 金屬板材

金屬板材一般是指鋁合金板材，主要包括單層鋁板、鋁塑復(fù)合鋁板及蜂窩鋁板。金屬板材在室外裝飾使用時，表面要進行氟碳噴涂處理，氟碳樹脂厚度要符合設(shè)計要求、規(guī)范要求。海邊及嚴重酸雨地區(qū)，可采用三道或四道氟碳樹脂涂層，其最小局部厚度不應(yīng)小于35um；其他地區(qū)，可采用兩道氟碳樹脂涂層，干膜厚度中最小局部厚度不應(yīng)低于25um。

同時，在金屬板材表面進行涂層前，其表面應(yīng)進行預(yù)處理。預(yù)處理是為了除去板材表面上的油污和臟物及表面上自然形成的氧化層，這樣可以形成一層與基材結(jié)合牢固又可以與氟碳漆緊密結(jié)合的化學(xué)物轉(zhuǎn)化膜。

3. 石材

這里所說的石材是指用于室外裝飾的天然建筑板材，天然石材主要有天然大理石和天然花崗巖等。目前，用于室外裝飾的石材一般采用花崗巖，花崗巖屬于火成巖，主要成分以氧化硅為主，是酸性材質(zhì)，且有強度高、質(zhì)感好、外觀效果佳等優(yōu)點。石材幕墻的結(jié)構(gòu)形式目前主要有兩種：一種是鋁合金短槽式干掛法，一種是背栓式干掛法。

在石材面板設(shè)計加工時，石材掛件的尺寸標注一定要明確清晰。有些設(shè)計師在畫石材面板加工時，掛件位置設(shè)計不合理，很容易出現(xiàn)后期隱患 (如圖7)。以鋁合金短槽為例，《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 133-2001第6.3.4規(guī)定：兩短槽邊距離石材兩端部的距離不應(yīng)小于石材厚度的3倍，且不應(yīng)大于180mm。而在理論結(jié)構(gòu)計算時，鋁合金掛件的位置位于石材橫向分格跨度的L/5處較理想。只是規(guī)范中沒有說明石材橫向跨度的分格尺寸，所以此項與規(guī)范并不矛盾。同時，石材面板的厚度不應(yīng)小于25mm，單塊石材面板不宜大于1.5m2，石材面板之間的嵌縫應(yīng)采用中性 (石材專用)硅酮耐候密封膠。

在石材幕墻鋼龍骨現(xiàn)場安裝時，有的施工人員往往會忽略細節(jié)，沒有嚴格按照施工圖施工，這樣在后期很可能會出現(xiàn)安全事故。比如鋼立柱與鋼橫桿連接時，鋼橫桿應(yīng)該放在鋼角碼連接件的上方，而不是下方 (如圖8)。

圖7.1 掛件位置位于中間不合理

圖7.2 掛件位置位于端部不合理

圖8.1 橫桿放在鋼角碼下方不合理

圖8.2 橫桿放在鋼角碼上方合理

所以，在施工過程中，橫桿應(yīng)該放在鋼角碼連接件的上方，這樣，作用在橫桿上的力通過鋼角碼可以完全轉(zhuǎn)移動立桿上，同時也可以防止螺栓組中的螺帽脫落而造成石材墜落的嚴重后果。

四、結(jié)束語

在建筑幕墻設(shè)計或施工過程中，要以規(guī)范為要求；如果遇到新技術(shù)、新工藝，規(guī)范中沒有涉及到或沒有及時反映技術(shù)發(fā)展的標準，此時可根據(jù)實際情況，實事求是，在不違反常理性的規(guī)定下，可以提出合理的設(shè)計，與有關(guān)單位或人員共同解決。

[1]建筑幕墻 GB/T21086-2007.中國建筑工業(yè)出版社.

[2]玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ102-2003.中國建筑工業(yè)出版社.

[3]金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范 JGJ133-2001.中國建筑工業(yè)出版社.