建筑幕墻設計優化與質量控制研究

王名文

隨著我國社會經濟的飛速發展，城市化進程也不斷加快，城市內建筑工程數量逐年增加，使得建筑行業得到了飛速發展[1]。玻璃幕墻作為現階段應用量極大的建筑外墻形式，廣泛應用于高層建筑。同時作為城市的一道靚麗的風景線，其設計建造水平對城市形象、城鎮居民居住體驗等具有十分重大的影響[2-3]。基于此，本文以實際工程案例為研究對象，深入分析玻璃幕墻設計中結構構造設計、預埋件處理、安全設計以及材料性能指標等多方面內容，以期對后續玻璃幕墻建設提供借鑒。

1 工程簡介

上海嘉定新城健康科技有限公司總部、研發及培訓中心位于上海市嘉定新城（馬陸鎮）1401 號地塊，東至德富路，北至雙單路。工程建筑總面積60476 m2，幕墻總面積37602 m2，工程性質均為商業辦公建筑。工程路面粗糙度類別為B 類，基本風壓為wo=0.55 kN/m2，基本雪壓0.2 kN/m2，抗震設防烈度為7 度，防雷類別為第二類，設計使用年限要求幕墻設計使用年限為25 年，不宜拆換的幕墻支撐結構設計使用年限為50 年。

項目1 號樓、2 號樓幕墻的布置一致，單棟建筑物幕墻面積8541 m2，其中FS01 鋁框玻璃幕墻3814 m2，最大分隔高2100 mm×1875 mm=3.94 m2，其中FS02 鋁框玻璃幕墻1459 m2，最大的分隔高為3600 mm×1875 mm=6.75 m2，其中FS03 鋁框玻璃幕墻138 m2， 最 大 的 分 隔 高5100 mm×1800 mm=9.18 m2，鋁 板 幕 墻2528 m2，最大的分隔高為2700 mm×1200 mm=3.24 m2，不銹鋼板幕墻462 m2，最大分隔高為950 mm×4000 mm=3.8 m2，玻璃雨棚面積140 m2，最大分隔高1800 mm×1485 mm=2.67 m2

項目3 號樓、4 號樓幕墻布置一致，單棟建筑物幕墻面積為6421 m2，其中FS01 鋁框玻璃幕墻2676 m2，最大分隔高2100 mm×2150 mm=4.5 m2，其中FS02 鋁框玻璃幕墻686 m2，最大分隔高為3600 mm×1875 mm=6.75 m2， 其 中FS03 鋁 框 玻 璃 幕墻58 m2，最大分隔高為3600 mm×1800 mm=6.48 m2，鋁板幕墻2757 m2，最大分隔高為1500 mm×2150 mm=3.23 m2，不銹鋼板幕墻102 m2，最大分隔高為1000 mm×2100 mm=2.1 m2，玻璃雨棚面積142 m2，最大分隔高1800 mm×1485 mm=2.67 m2

2 幕墻設計要點

2.1 結構及構造設計

幕墻結構構造設計作為幕墻建筑設計中最重要的關鍵環節，主要承擔玻璃幕墻抵抗風壓、抗震等性能。因此在進行建筑幕墻設計時，必須保證結構以及支撐結構設計符合規范要求的同時滿足工程建設需求[4]。本工程所采用的幕墻結構及構造要點見表1所述，本工程中用量最大的FS01 豎隱橫明鋁合金框架玻璃幕墻和FS02 豎明橫隱鋁合金框架玻璃幕墻所采用的主要結構材料為6063-T6 鋁合金材料，根據相關規范要求，該材料能夠滿足本工程使用需求。

表1 主要幕墻結構構造說明

2.2 預埋件處理

預埋件主要起到承載幕墻結構荷載，保障幕墻工程安全的作用，因此預埋件是幕墻設計施工過程中十分重要的一個過程，設計施工主要包括預埋件的選擇、設計預埋件的位置以及預埋件的安置方式[5]。在實際建設過程中，常常出現由于設計人員缺乏對實際工程的了解，僅根據建筑物的基本參數進行實踐，不考慮現場實際環境，容易出現幕墻預埋件現場施工難度增加，影響工程質量[6-7]。

本工程中預埋件中承重結構采用的鋼材應具有屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、硫、磷含量的合格保證，對焊接結構尚應具有碳合量的合格保證。焊接承重結構以及重要的非焊接承重結構采用的鋼材應具有冷彎試驗的合格保證。對直接承受動力荷載或需計算疲勞的構件所用鋼材還應具有沖擊韌性的合格保證。橫梁截面主要受力部位的厚度，鋼型材截面主要受力部位的厚房不應小于2.5 mm。在截面主要受力部位的厚度鋼型材截面主要受力部位的厚度不應小于3.0 mm。金屬和石材幕墻結構的立柱與橫深在風荷載標準值作用下，鋼型材的相對撓度不應大于L/300（L為立柱或樓梁兩支點間的跨度），絕對撓度不應該大于15 mm；鋁合金型材的相對撓度不應大于L/180，絕對撓度不應該大于20 mm。

2.3 防火防雷設計

玻璃幕墻的防火防雷設計是玻璃幕墻安全設計的重要內容。針對防火設計，需要根據工程實際情況，選擇合適的建筑材料，主要包括防火板材的選擇，防火棉厚度、防火節點的分布等內容。

防雷中，玻璃幕墻作為建筑物的一部分，并不需要單獨進行防雷設計，但玻璃幕墻作為建筑物外墻，需要將其與主體結構進行結合，做到共同防雷，具體做法是將幕墻的龍骨直接與建筑物自身防雷系統進行機動連接，以達到保護建筑物幕墻安全的作用。本工程中有關防火設計措施如下：

1）幕墻與實體墻的上下沿口應分別設置水平防火封堵。

2）同一塊幕墻玻璃面板不應跨越上下左右相鄰的防火分區。

3）幕墻與樓板邊緣實體墻及隔墻之間的縫隙、幕墻與建筑實體墻面間的空腔以及建筑洞口邊緣部位的縫隙，均采用防火封堵材料封堵。

4）墻的防火封堵構造系統，在正常使用條件下，應具有伸縮變形能力、密封性和耐用性；防火封堵耐火完整性不應低于1 h。

5）建筑幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙，用防火封堵材料封堵，用巖棉封堵時，其厚度不應小于200 mm，并應填充密實；樓層間水平防煙帶的巖棉采用厚度不小于1.5 mm 的鍍鋅鋼板承托；承托板與主體結構、幕墻結構及承托板之間的縫隙宜填充防火密封材料。

6）消防救援窗的應急擊碎玻璃應采用厚度不大于8 mm 的單片鋼化玻璃或中空鋼化玻璃，不應采用普通玻璃、半鋼化玻璃或夾層玻璃。

本工程中所采用的防雷措施：

1）隔熱斷橋內外側的金屬型材應連接成電氣通路。

2）幕墻橫、豎構件的連接，相互間的接觸面積應不小于50 m2形成良好的電氣貫通。

3）幕墻立柱套芯上下、幕墻與建筑物主體結構之間，應按導體連接材料截面的規定連接或跨接。

4）構件連接處有絕緣層材料覆蓋的部位，應采取措施形成有效的防雷電氣通路。

5）金屬幕墻的外露金屬面板或金屬部件應與支承結構有良好的電氣貫通，支承結構應與主體結構防雷體系連通。

6）利用自身金屬材料作為防雷接閃器的幕墻，其壓頂板宜選用厚度不小于3 mm 的鋁合金單板，截面積應不小于70 mm2。

2.4 幕墻主要性能指標

幕墻作為外墻裝飾材料，其自身需滿足美觀需求的同時，還要兼顧建筑工程外墻的性能，因此玻璃幕墻主材料要滿足抗風壓性能、水密性能、氣密性、平面內變形性能、空氣絕聲性能以及耐撞擊性能等。

3 施工質量控制措施

本工程1 號樓、2 號樓施工過程中為保障幕墻施工質量所采用的施工措施具體為：

1）施工前需與各施工單位做好交接協調，施工范圍界定工作。需根據幕墻圖紙要求復核現場結構并提供反饋意見，配合各相關單位做好銜接工作。施工單位在施工前需將幕墻圖紙與建筑、結構及其它專業圖紙互相校核，確認無誤后方可施工。施工單位深化圖紙與設計院施工圖不一致的部位，需用云線標識并提供計算書至建筑師審核。構件出廠時，應附有構件合格證書。

2）施工前應先調整土建施工誤差，幕墻安裝應在土建單位三線移交的基礎上先確定放線基準線，以其為基準確定幕墻立面分格線位置。幕墻外表面與主體結構間距需在主體結構進行了整體測量后，以主體實際情況為依據、以建筑軸線為基準來確定。

3）1 號樓某幕墻施工節點細部構造圖如圖1 所示。由圖1 可知，本工程中選用材料較多，幕墻密封等作業應滿足下列要求。幕墻硅酮建筑密封膠施工應嚴格按照工藝要求進行，泡沫墊條應安放平整，耐候膠有效厚度不小于5 mm，膠縫表面應光滑、均勻，無空鼓及氣泡；門窗等構件的安裝過程中鉆孔位置必須準確，以確保活動靈活可靠，同時確保雨水滲漏性能及空氣滲透性能達到規范要求；鉆孔位置必須準確，以確保活動靈活可靠，同時確保雨水滲漏性能及空氣滲透性能達到規范要求。

圖1 號樓幕墻某施工節點細部構造圖（來源：作者自繪）

4）現場焊接要求所有焊縫應均勻飽滿、無夾渣，確保焊接質量。樓主入口大雨棚鋼結構所有壁厚≥6 mm的幕墻鋼骨架及連接件均為坡口全融透等強焊接，焊縫等級不低于二級；出屋面懸挑平面空腹桁架均為坡口全融透等強焊接，焊接等級不低于二級；其余未注角焊縫或焊縫高度均按滿焊處理，焊高為較薄焊件厚度，焊縫等級為三級。幕墻立柱與錨板連接的鋼角碼采用三面圍焊，焊縫高度不小于6 mm，單個角碼焊縫有效長度不小于100 mm 焊接部位除注明外，焊縫均按三級焊縫質量標準；雨篷鋼梁焊縫等級不低于二級，所有焊縫一律滿焊；所有鋼件相接處均滿焊，焊縫高度等于較薄鋼件厚度。

5）金屬板與石板安裝應符合下列規定：第1，應對橫豎連接件進行檢查、測量、調整；第2，金屬板、石板安裝時，左右、上下的偏差不應大于1.5 mm；第3，金屬板、石板空縫安裝時，必須有防水措施，并應有符合設計要求的排水出口；第4，填充硅酮耐候密封膠時，金屬板、石板縫的寬度、厚度應根據硅酮耐候密封膠的技術參數，經計算后確定。

6）幕墻安裝施工應對下列項目進行驗收：第1，主體結構與立柱、立柱與橫粱連接節點安裝及防腐處理；第2，幕墻的防火、保溫安裝；第3，幕墻的伸縮縫、沉降縫、防震縫及陰陽角的安裝；第4，幕墻的防雷節點的安裝；第5，幕墻的封口安裝。

4 結語

為提高玻璃幕墻建設水平，保障我國城市建設的靚麗風景線，本文以實際工程為研究對象，深入分析建筑玻璃幕墻設計優化與質量控制措施，著重分析了結構及構造設計、預埋件處理等內容的重要性，分析本工程中上述部分的設計優化要點及質量控制措施。

對本工程中幕墻材料主要性能指標進行分析，以供后續相關工程的開展參考。本文研究內容對于今后建筑幕墻設計優化和質量控制等工作的開展具有一定借鑒意義。