一級結構專業輔導:幕墻節點設計探索


建筑幕墻受到廣大建筑師的青睞,在國內的應用量很大。但幕墻的技術水平與國外相比還存在一定差距,原因很多,一方面幕墻技術的發展受市場接受程度的制約,許多新技術、新材料、新理念的應用都必須被建筑市場接受,才會得到廣泛的應用和發展;另一方面幕墻的造價問題往往起到決定性作用,企業在激烈的市場競爭中不得不展開價格戰,結果使我國幕墻的整體技術發展緩慢,與巨大的市場相脫節;第三方面與企業在科研方面的投入相關,企業的設計和研究人員為了應付繁重的工程任務,很難投入精力來研究幕墻節點的設計問題。
從幕墻行業整體看來,國內仍以普通框架幕墻為主,近些年發展起來的在技術方面較有優勢的單元幕墻和雙層幕墻等得不到應有的發展。而且在技術方面不論是那一類幕墻,與國外幕墻發達的國家相比均有一定的差距,這一點需要我們思考,更需要多方面的投入。
本文試圖通過近些年的試驗室檢驗和工程案例的分析,將工程中容易被忽視的問題總結出來,對幕墻節點設計提出一些看法,不一定全面和正確,僅供參考。
幕墻設計存在的問題
1.隱框幕墻現場打注結構膠
現行規范JGJ102和GB/T50210中均對結構膠的打注環境提出要求,規定隱框幕墻應在符合條件的專用房間內進行,不能在施工現場打注結構膠。但在試驗室檢測和工程質量檢測時現場打注結構膠的現象仍時有所見。尤其是半隱框幕墻,在隱框部分節點設計時采用無副框結構,直接用結構膠粘接。這種設計方面的缺陷,必然給工程造成潛在的安全問題。
更有甚者,在北京某工程中,隱框幕墻玻璃單元沒有副框,均靠少許結構膠和雙面貼與橫梁立柱粘接,造成巨大的工程隱患。
2.隱框幕墻中空玻璃的設計和選用存在問題
采用中空玻璃是解決幕墻隔熱問題的有效方案,但由于設計人員的誤解,往往將靠近室內的一片設計成普通浮法玻璃,且厚度比外片薄1~3mm,達到降低幕墻成本的目的。但我中心的試驗發現,這種設計存在一定的問題,經常內片發生爆裂,達不到預期的效果。建議在工程中盡量選用雙鋼化的中空玻璃,且雙片玻璃厚度差控制在為2mm之內。
在北京的某個幕墻工程,采用8T+12A+6F外片鋼化內片普通浮法玻璃的隱框中空幕墻,工程還沒有交工,已有250多片玻璃發生炸裂,嚴重危機使用者的安全。初步分析認為內外溫差、安裝誤差和中空玻璃副框設計的失誤是造成玻璃炸裂的主要原因。
3.玻璃自爆的控制
玻璃自爆是目前門窗和幕墻行業需要解決的問題。我國現行規范JGJ102和JGJ3035對玻璃的引爆處理沒有作出明確的規定,致使許多工程業主和幕墻設計人員忽視對玻璃設計、選用和加工質量的要求,致使許多工程的鋼化玻璃自爆現象相當嚴重。新近執行的GB/T50210-2001對幕墻玻璃的引爆處理提出明確的要求,8mm以下的鋼化玻璃須進行引爆處理,并且對玻璃加工提出要求,希望引起足夠的重視。
4.無防噪音設計
幕墻因熱脹冷縮和風力等原因,會在金屬件之間產生摩擦噪音。而這種噪音與相對高檔的幕墻建筑很不協調。國內企業為了降低幕墻系統的價格,基本上不考慮防噪音設計,因此幕墻工程產生噪音的現象比較嚴重。
5.不可拆卸性設計
目前我國通行的幕墻體系均在外部進行安裝施工,幕墻的可拆卸問題被忽視,以至幕墻整體完工后,進行局部更換變得相當困難,尤其是石材幕墻和單元式幕墻,這種現象比較嚴重。希望設計者充分考慮幕墻的可拆性,降低幕墻的運行和維護費用。在歐洲考察時,看到某企業的辦公樓石材幕墻可模擬一年四季的變化進行面材更換,足以說明幕墻的可拆性并不困難,而且非常必要。
國內技術比較先進的企業已經注意到幕墻可拆卸性設計的重要性,如石材幕墻的背栓結構和小單元結構、單元幕墻和小單元幕墻的組合設計等。
6.開啟扇掛接結構無防脫設計
目前,開啟扇采用掛接結構形式比較多,在重力作用下開啟扇保持垂直穩定狀態,并且在上部一般設有披水膠條,看上去比較完整、可靠。但工程案例證明,僅靠重力作用并不可靠,仍會有滑脫的可能,因此建議在掛鉤上部設置壓板固定,做到萬無一失。
國外流行的設計理念
1.“環保施工”,現場不打密封膠,不進行結構件的焊接
所謂的環保施工,有兩方面的含義:現場不打密封膠,不焊接。由于現場施工條件較差,并且施工質量容易受到工人責任心和情緒的影響,因此在歐洲更看重結構設計本身的重要性,很多節點采用結構化防水,不再依靠密封膠被動防水的設計理念,使幕墻的整體性能提高到一個新的層次。
結構化防水設計在歐洲和北美比較流行,采用扣板和EPDM膠條相結合,利用等壓原理和雨幕原理對幕墻節點構造進行合理設計,在降雨量不大的地區,采用這樣的結構比較實用,且成本低,性能可靠。
現場焊接,包括予埋件的焊接在國內引起過很多爭論,但在歐美和南亞國家更普遍采用設計本身完成轉接件的最后定位。如采用齒嚙合長孔、齒嚙合角板和防滑動螺母等技術設計轉接件,避免焊接帶來的諸多缺陷。
2.采取措施降低幕墻噪音
為了降低噪音,國外的幕墻設計師作過很多研究,在金屬件的連接部位采用其它柔性材料的襯墊,當幕墻的橫梁和立柱發生位置變化時能夠起到緩沖作用,降低幕墻的運行噪音。
3.幕墻的可拆卸性
絕大部分幕墻采用室外安裝和拆卸,一旦部分板塊破損,維修將變得相當困難。意大利某公司設計開發出一套成功的幕墻體系,在幕墻的橫料和豎料之間不用螺栓等緊固件連接,采用鋼柱叉接,并且在鋼柱外包有護套,使橫料和豎料之間可自由伸縮,并且不會產生噪音。橫料叉接件采用定位銷定位,需要拆卸時僅需要將定位銷推到橫料內部即可將橫料和豎料分開,實現任意拆卸。
4.幕墻平面度的可調性設計
⑴ 轉接件的三維可調性
發達國家更強調人和自然的融合,幕墻既不能反光太多,又不能發生較大的影像畸變,非常注重幕墻的平面度調整問題,因此三維可調轉接件被廣泛采用。國內許多企業這方面也很重視,自行開發很多實用的三維可調的轉接件。
⑵ 中空玻璃設有均壓孔
由于中空玻璃合片地點和幕墻的施工地點可能會有大氣壓力、空氣溫度、空氣密度和海拔高度等方面的差異,如果采用一次性封死,就有可能造成中空玻璃的“外凸”或“內凹”現象,不可避免地發生較大的影像畸變。因此在國外有些特殊要求的工程中,在中空玻璃合片時預留防塵良好的均壓孔,在安裝現場完成最后的密封,這樣即可避免運輸過程中的破損又可實現最后的玻璃板片的平面度恢復。
5.重視高科技應用
采用光電技術、太陽能綜合利用技術、智能化雙層幕墻技術等高新技術,并注意新材料的推廣和應用,如自潔玻璃、多功能復合膠條、自潔膜等,充分體現以人為本的設計理念,營造高標準的生態環境。
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