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技术分享|单元式幕墙设计环节的“系统、节点、结构”优劣分析

前言

  单元式幕墙的设计较之框架幕墙复杂,要考虑的因素多,快速发展的中国市场给此类系统的应用带来了极大的发展机会,伴随着国内劳动力成本的上涨,单元式幕墙的应用越来越多,从世界第一高楼,到国内的省会城市的地标项目几乎都采用了单元式幕墙。各种设计方法、流派也开始粉墨登场,从图纸表面上看似乎相近,但仔细剖析后却有不同;与常规单元作法有异,如某知名幕墙公司设计的浙江某商厦、某些省会城市的绿地中心项目;甚至某世界知名幕墙顾问公司设计的项目、迪拜哈里法塔等也都采用了类似的设计方法,此类设计有流行越来越广趋势,那么此类作法的特点在哪,性能如何;本文以某公司设计为例对这一类设计进行剖析比对(图一、图二),判断优劣。

此类单元作法的主要特征是将水密胶条置于横竖料加工完成面之后,如图一、二中红色虚线所示,且水密胶条在同一平面内,与框架式幕墙胶条交圈作法相同,插接位置的铝型材被铣去一部分,高度为单元下横料的高度约40mm左右,在安装完成后,此部分与横框的插接翅有一个高度差,在此形成一个空洞;对比图一图三及图四的红色区域。红色虚线处为横竖向龙骨、胶条组装完成后效果,单元板块右上角(如图三)

常规单元设计画法如下

  此类单元作法的主要特征是将水密胶条置于横竖料加工完成面之前,如图五、六中红色虚线所示,水密胶条在不同一平面内,竖向胶条在前、横后胶条在后,幕墙胶条不交圈,前道插接翅没有被铣掉(后道插接翅被铣但对性能无影响)

  以上两种作法,由于差别细微,往往不易察觉,甚至于很多设计师也搞不清楚二者有无差别,性能如何,更不要提优劣判断了,对以上两种类型的幕墙进行判断之前,先来理解单元式幕墙的水密性设计、插接设计的基本原理。单元式幕墙的原理有一整套完备的体系,因本文仅对类型一、类型二的局部性能进行比对,故仅对水密性、插接原理进行阐述,其它的原理不作过多涉及。

单元式幕墙水密性、插接设计原理

  单元插接原理设计

  单元幕墙插接设计原理是:板块间的插接部位同时也是幕墙的密封部位,要保证插接部位在整个幕墙上的连续性,即在单元横竖框交接的部位不得存在密封间断点。

  实现方式

  如图七、八节点图所示,单元下横框①面与竖框②面在同一平面内,③面与④面在同一平面内,单元左竖框的前道插接翅在①、②平面的室外侧,后道插接翅在③、④平面的室外侧,在单元板块安装时避免了与上横框的插接翅发生干涉,保证了竖向插接的完整性;同时,上横框插接翅上的胶条可直接压在①、②面和③、④面上,保证了单元内横向插接密封的完整性;在竖向变位缝位置,单元左竖框的前道插接翅与上横框插接翅上的胶条之间存在一定的空隙,在单元左竖框的前道插接翅的内壁粘接防水闭合海绵进行填充,(如图七、九中红色虚线所示处)从而保证了横向插接密封在整个幕墙范围内的完整性。并且,在横竖框交接的部位,竖框的前道插接翅在上横框插接翅的室外侧,起到了一定的披水作用,更有效的提高了该处的防水能力。

水密性设计

  单元幕墙的水密性设计原理是将幕墙的水密线和气密线分离处理。即通过单元幕墙的插接构造及挡水胶条的设置使单元板块的插接部位形成多个与室外环境连通的等压腔,从而使少量进入型腔内的雨水可以顺利的排出室外,保证幕墙靠近室内侧的气密线部位没有水的存在,实现幕墙的优良水密性能。

  横滑式单元幕墙的水密性设计包括阻挡大量水进入的防水设计和将进入型腔的少量水排出的排水设计。

  水密性设计关键点

  挡水胶条的阻挡作用;

  各密封面的密封可靠性;

  各等压腔的等压可实现性;

  排水通道的畅通性。

  防水设计、挡水设计

  单元式幕墙通常采用胶条挡水,挡水胶条是幕墙的第一道密封结构,通常称尘密线。它的作用是披挡灰尘及大部分的雨水进入型腔。挡水胶条在正常使用状态下应具有一定的压缩量,从而可以保证幕墙板块在温度等外力作用下发生变位时,挡水胶条仍具有一定的密封能力

  插接部位的密封处理

  单元幕墙的第一道插接密封是幕墙的水密线,应按单元插接原理合理设置单元插接翅,并合理设计密封胶条,保证在整个幕墙系统中无密封间断点的存在。

  一般情况下,幕墙的插接型腔内存在至少两个等压腔。根据插接结构及挡水胶条的不同,还可以形成更多的等压腔,如上图中的等压腔Ⅰ、等压腔Ⅱ和等压腔Ⅲ。

  在挡水胶条的室外侧挡翅开排水孔,使等压腔Ⅰ与室外环境形成等压。

  在挡水胶条的室内侧挡翅开排水孔,使等压腔Ⅱ与等压腔Ⅰ形成等压。

  在上横框的第一道插接翅上开设排水孔,使等压腔Ⅲ与等压腔Ⅱ形成等压。

  单元幕墙排水路线

  室外的雨水可以通过两种途径进入型材的等压腔内,即横框的挡水胶条搭接处和竖框的挡水胶条搭接处。

  通过横框的挡水胶条搭接处进入等压腔Ⅰ的水,一部分可以通过挡水胶条室外侧挡翅上的排水孔排出,另一部分进入等压腔Ⅱ的雨水也会在重力作用下通过挡水胶条上的排水孔直接排出,还会有极少量

  雨水进入等压腔Ⅲ,然后通过上横框的第一道插接翅上开设排水孔排到下层单元的等压腔Ⅱ中,直至最后排出室外。通过竖框的挡水胶条搭接处进入等压腔Ⅰ的水,一部分可以直接落到上横框的披水胶条或披水板上,随横框等压腔Ⅰ中的雨水一起排出。另一部分进入等压腔Ⅱ的大部分雨水也会在重力作用下用下到上横框的披水胶条或披水板上,随横框等压腔Ⅱ中的雨水一起排出。还会有少量雨水会在风压及毛细作用下进入等压腔Ⅲ,然后通过上横框的第一道插接翅上开设排水孔排到下层单元的等压腔Ⅱ中,直至最后排出室外。

性能对比分析

  弄懂了上述的设计原理,对两种单元式幕墙作比对:为了更直观的表达问题,对类型一的加工及组框图放样如图十三、十四、十五、十六为组框后的单元四个角部,单元板块组合后,如果要实现顺利安装,竖框在与横框插接的部位要作铣加工,类型一的单元恰好在竖框插接的部位被铣掉(图十六)。

下图(图十七、十八)为安装实例,如图中红色虚线所示处,与图十六的三维图纸吻合。从图中可以看出被铣掉的部分是形成交圈密封的关键环节,原则上如图一中看似形成的前后两个等压腔也被破坏,仅仅形成了一个,前后腔贯通,水可以轻易到达气密线位置(图七3、4面)由此可断定,类型一的水密性能不会很高

类型二的单元竖框插接的前道插接翅没有被铣掉(如图二十二中红色虚线所示),在左右竖框间形成的间隙被泡棉封堵(图七中的泡棉不可省,且在底端要剪切使之变薄以便与横向密封线对齐),在整个平面内形成了环形密封,无密封间断点存在,竖向胶条在外侧形成密封,横向胶条在内侧形成密封,存在三个等压腔。所以从这一点上来说,类型二的单元水密性更高。

  影响单元幕墙性能的因素

  现场条件与试验室条件的差异对单元幕墙性能的影响:也许有人会说,类型一的单元已有工程案例,也通过了试验,没有发现使用问题,在这里要注意现场条件与试验室条件不同的影响,试验室样件在各个环节都比较精心,或不该打胶密封的地方也打胶,如同类型一单元空洞的封堵可以照此执行,以确保试验通过;现场条件则完全不同,以钱江新城某项目为例,既图十七、八所示之项目,现场安装工人跟本不会对这个空洞作任何处理,而且按设计师的本意,此部位也不需处理,那么就会导致现场施工工法与试验室施工工法不一的问题,实际竣工的项目,未必能达到试验要求的性能。

  外立面效果对单元幕墙性能的影响:要考虑明框、半隐框、隐框等不同类型对系统的水密、气密性能的影响,众所周知,框架式幕墙采用的是湿法打胶工艺进行密封,效果最为可靠,其性能不受外立面装饰扣盖的影响;但单元式幕墙采用胶条密封,也就是常说的干法密封,明框幕墙因横竖向有装饰扣盖,密封及刚性较好,因此无论在自然使用条件下或试验室条件下都能形成一道较好的挡水屏障,降低了对系统设计的要求。隐框幕墙与之不同,密封胶条在整个横、竖向分格长度内成为受风、受雨面;因此一套好的导排水设计的单元体系,才能实现更高的性能要求,如图二所示的横向披水胶条如果在无外扣盖的情况下,水会大量进入等压腔内,一是单线条胶条设计不合理,二是竖向插接翅在底部被铣掉。半隐框幕墙则介于二者之间。所以在明框单元系统上能通过的产品,在半隐框或隐框上有可能出现问题。

  如何规避人为因素对产品质量的影响(如水平、能力、责任心等),就是设计水平高低的体现,如果能从结构设计上消除人为因素的影响,那就从设计上着手,万不得已的情况下,才考虑人为因素作补充。类型二的单元体系,设计本身无问题,也不需要工人进行额外的打胶作业,仅完成现场的挂接既可;所以从这点上说这是一个好的设计系统,也要按系统的观念考虑问题,如明框、半隐框、隐框等尽量采用共用模具,如型材、槽口、胶条、开启等。

  设计优化及演变

如上图的设计优化及演变,稍加变化就可以实现较高的性能,且成本不增加,但这种变化都是以单元幕墙的水密、气密原理为主线的,万变不离其中,无论想达到怎么的建筑设计差异性都可以,但性能却是不随明框、半隐框、隐框而产生任何变化的。

  小结

  按常理,胶条一定是交圈的,这种密封式最好,在整个密封面上无间断点,可以实现较高的水密性要求,该作法在框架幕墙的应用上无疑是有效的,但这种思路用到单元幕墙的设计上却不见得灵光了,因为单元式幕墙的插接设计,如果要实现顺利安装,竖框在与横框插接的部位要作铣加工,所设计的系统能否对这个空洞作有效的封堵、水密线在整个平面内是否连续,便成为决定幕墙性能的关键环节所在,中国有句古语:”皮之不存,毛将焉附”比喻事物失去了借以生存的基础,就不能存在,类型一的胶条在铣加工之后是悬空的,跟本无法形成交圈密封,且在此处又人为的制造了一个空洞;由此可以看出,类型二的水密系统性能更成熟。类型一的系统作法不建议采用,尽管它曾经在世界第一高楼上得到了大面积的应用。

来源:门窗幕墙联盟吧

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