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摘要： 本文結合深圳大地科技工業園項目幕墻工程案列，針對鋼龍骨與鋁龍骨組合式的超大單元式幕墻設計進行分析和總結，供廣大幕墻工程設計人員參考。
關鍵詞： 裝配式;鋼鋁龍骨組合式;超大板塊;板塊類型分析;受力體系分析;設計要點;坐立式;側風;吊點
1.引言
在當代建筑行業，幕墻因其美觀、時尚而深受建筑師的青睞，它是構成城市空間景觀的主要元素，賦予整個建筑以美感、氣質和個性，具有升華建筑價值、彰顯建筑與城市風貌、展現城市文化的重要作用，因而受到廣泛的使用和推廣，幕墻行業也得到了高速的發展。隨著建筑業的持續發展，同時在國家、地方政策的持續推動下，建筑逐漸向模塊化和裝配式、數字化營造方向發展。作為建筑業的細分行業，幕墻行業的發展也面臨諸多問題，尤為突出的問題是施工現場勞務用工人員老年化，造成勞務人員缺口逐年增大，同時勞務成本逐年上升，此外人們對高品質的幕墻需求越來越多，因而單元式幕墻因其具有工廠生產并整體組裝、產品質量高且穩定等特點而被廣泛應用。
然而在實際工程中，部分項目因建筑造型復雜或結構受力原因，采用傳統鋁合金龍骨的插接型單元式幕墻無法滿足設計要求，需要設計人員結合裝配式理念和插接型單元式幕墻的特點進行組合設計，形成鋼龍骨與鋁龍骨組合式的超大板塊單元幕墻，本文結合深圳大地科技工業園項目幕墻工程案列，針對鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元式幕墻設計進行分析和總結，供廣大幕墻工程設計人員參考。
2.項目概況
深圳大地科技工業園項目位于深圳市龍華區，由5棟建筑組成，各棟建筑之間有室外連廊連接。5棟建筑立面基本相似，通過水平、豎向的鋁板裝飾線條以及玻璃幕墻規則變化形成凹凸錯位的立面效果，整體造型錯落有致，簡單而又不失變化，富有較強的立體感和層次感，其典型立面大樣效果如圖一示意。
圖一 典型立面大樣效果
其層間透明部分為玻璃幕墻，玻璃幕墻平面由斜線與水平線（詞條“水平線”由行業大百科提供）交替連線組成，最內側水平線與最外側水平線相差600mm，構成了玻璃幕墻的凹凸不規則平面，同時在軸線位置設置了150mm寬鋁板裝飾柱線條，分別位于室內或室外，如圖二A-A剖面示意。梁側非透明部分為鋁板幕墻,其平面相對規則，均為水平線，在軸線位置設置了150mm寬鋁板裝飾柱線條,與玻璃幕墻位置的鋁板裝飾柱貫通，鋁板水平分格較大，為4500mm，如圖二B-B剖面示意。整個立面相對簡單，層間除懸窗（詞條“懸窗”由行業大百科提供）位置外均為通高玻璃，懸窗位置分為兩塊玻璃，即開啟扇和固定玻璃，玻璃幕墻的頂部及底部各設置有一條150mm高鋁板水平裝飾線條，典型立面及剖面如圖二示意。
圖二 典型立面大樣
3.系統分析
本項目初始系統方案為框架式幕墻，考慮項目外挑橫向和豎向鋁板裝飾線條為700mm，施工措施相對較復雜，現場作業工作量非常大，施工過程中的安全風險較大，且施工質量相對較難控制，施工工期也相應較長，經對比分析本項目系統方案最終確定為單元式幕墻。因玻璃幕墻由斜線與水平線交替連線組成,其凹凸錯位變化較大，玻璃面最遠端距離混凝土結構（詞條“混凝土結構”由行業大百科提供）邊達到950mm，采用傳統鋁合金龍骨的插接型單元式幕墻無法滿足結構體系及受力要求，因此在系統設計時結合裝配式理念與插接型單元式幕墻的特點，采用鋼龍骨作為主受力構件，鋁合金龍骨作為次受力構件或插接構造構件，形成鋼龍骨與鋁龍骨組合式的單元幕墻。
3.1 板塊劃分
本項目板塊劃分有很多種方式，結合立面大樣的特點，經過初步的可行性分析，最終選擇了兩種方案進行對比研究。
第一種方案為梁側鋁板與其上下兩條橫向鋁板線條為整體板塊，標準9m軸線區間劃分為2個鋁板板塊，如圖三中BK01和BK02，其板塊大小為4500mm*1300mm。層間玻璃每個分格為單獨的板塊，即標準9m軸線區間劃分為6個玻璃板塊，如圖三中BK03~BK08。梁側鋁板板塊為梁底和梁頂兩個支座單獨固定，層間玻璃板塊按window wall系統設計。施工時先安裝梁側鋁板板塊，層間玻璃板塊由室內安裝。此方案板塊劃分見圖三示意。
圖三 第一種板塊劃分方案
第二種方案為每3個水平分格玻璃與其上方的橫向鋁板線條組合為一個板塊，如圖四中BK-A02和BK-A03所示,其板塊大小為4500mm*3250mm，標準9m軸線區間為2個玻璃板塊。梁側鋁板與其上方橫向鋁板線條組合為一個板塊，如圖四中BK-B01和BK-B04所示，其板塊大小為4500mm*1150mm，標準9m軸線區間劃分為2個鋁板板塊。此方案板塊劃分見圖四示意。
圖四 第二種板塊劃分方案
以上兩種方案中，方案一的板塊加工、運輸、安裝均相對簡單，但玻璃板塊需室內安裝，柱位置及墻體位置安裝受限，需單獨考慮室外安裝方式。另外與單元式幕墻對比，window wall系統水密性能相對較差，在臺風易發地區不建議使用，且window wall因構造原因，其頂部的橫梁與建筑師要求的尺度不相符。方案二玻璃板塊分格較大，且外帶橫向或豎向鋁板裝飾線條，板塊加工、運輸、吊裝難度都比較大。本項目因建筑師無法接受window wall頂部構造方式及室內效果，最終選擇了第二種板塊劃分方案。
3.2板塊類型分析
根據板塊的劃分方案，玻璃板塊尺寸為4500mm*3250mm，板塊頂部附帶150mm高鋁板水平裝飾線條，部分板塊側邊附帶150mm寬鋁板裝飾柱線條，主要板塊有四種類型，如圖五示意。
圖五 玻璃板塊類型示意圖
鋁板板塊尺寸為4500mm*1150mm, 板塊頂部附帶150mm高鋁板水平裝飾線條，部分板塊側邊附帶150mm寬鋁板裝飾柱線條，主要板塊有四種類型，如圖六示意。
六 鋁板板塊類型示意圖
3.3受力體系分析
根據上述板塊分析，部分玻璃面外挑出鋁板面600mm，距離混凝土結構梁邊950mm，且部分板塊附帶150mm*700mm水平或豎向鋁板裝飾線條。結合板塊形態，僅僅采用鋁合金龍骨無法滿足幕墻自身的受力要求，局部位置需要設置鋼架作為主受力構件。
對于玻璃幕墻板塊，在玻璃頂部以及150mm*700mm鋁板裝飾柱位置設置鋼架，以鋼架為主受力龍骨，鋁合金型材（詞條“鋁合金型材”由行業大百科提供）為次龍骨，局部鋼架位置設置鋁合金型材實現單元插接以及單元幕墻防水構造，具體如圖七示意。
圖七 玻璃板塊龍骨布置示意圖
對于鋁板板塊，本身可以采用鋼架作為龍骨，但考慮單元幕墻的插接及防水構造，在局部位置設置鋁型材用于幕墻單元插接及防水構造，如圖八示意。
圖八 鋁板板塊龍骨布置示意圖
板塊其他受力分析及構造可按標準幕墻進行設計，荷載取值依據《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2012)相關內容，設計過程中荷載取值無特殊之處，荷載組合需注意考慮鋁板裝飾線條的不同方向風荷載，并與立面幕墻進行所有的不利組合驗算，本文不在贅述。
3.4 設計要點
本項目板塊相對常規板塊而言，其造型復雜，在設計過程中應注意以下三個要點：
(1)玻璃板塊大小為4500mm*3250mm，玻璃采用夾膠中空玻璃，板塊附帶鋁板裝飾線條，最重的板塊自重達1650Kg，部分玻璃面距離混凝土結構梁邊950mm，設計中需重點考慮因玻璃面距離單元支座太遠而引起的板塊整體下墜問題。為解決上述問題，玻璃單元板（詞條“單元板”由行業大百科提供）塊采用坐立式設計方式，即玻璃板塊的自重荷載由其下方的鋁板板塊承受。具體實施方式為：在鋁板板塊的上橫梁水槽料內設置橫滑塊，橫滑塊上設置肋板（詞條“肋板”由行業大百科提供）用于支承上方的玻璃板塊立柱（詞條“立柱”由行業大百科提供）及下橫梁，橫滑塊位置與上方玻璃板塊立柱對應。玻璃板塊頂部為鋼架，采用120*80鋼通，在鋼通的端部焊接一塊18mm厚連接鋼板，連接鋼板通過螺栓與L形鋁合金連接件連接，L形鋁合金連接件直接與梁底的板槽式預埋件通過T形螺栓連接。18mm厚連接鋼板上設置豎向腰孔，板塊可在腰孔位置實現上下位移，滿足溫度變形及板塊層間位移伸縮的要求。通過上述節點構造，安裝此超大玻璃板塊相對簡單，將板塊落在鋁板板塊上后，隨即調整L形鋁合金連接件位置，擰緊各部位的連接螺栓即可。其板塊頂部及底部連接構造如圖九示意。
圖九 板塊頂部及底部構造節點示意圖
圖十 側風限位示意圖
(2)板塊附帶150mm*700mm豎向鋁板裝飾線條，其側風荷載的傳力及限位是幕墻設計師最容易忽視的，尤其是上下單元的插接位置，需考慮如何將上層板塊的側風荷載傳遞給下層板塊，以及埋件位置側向荷載的傳力限位設計。本項目在有150mm*700mm豎向鋁板裝飾線條的板塊位置，通過在下層板塊的上橫梁上設置鋁合金限位構件，并將限位構件插入上層板塊的豎龍骨（詞條“豎龍骨”由行業大百科提供）中，形成側風荷載傳遞，如圖十中①示意。此外本項目采用的是板槽式埋件，通過在板槽式埋件上的支座兩側設置限位角碼，達到側向荷載的傳力限位，如圖十中②示意。
(3)本項目板塊造型復雜，需要重點考慮加工、運輸胎架以及吊點設計。組裝板塊及運輸板塊時，需要考慮板塊平躺放置時的穩定性，應根據板塊類型設計可調整的胎架，以滿足不同規格的板塊均可通用。板塊附帶鋁板裝飾線條，需考慮吊裝時板塊重心與吊裝的鋼絲繩重合，本項目通過在鋁板裝飾線條的前端額外增設兩個輔助吊點，通過輔助吊點調整板塊重心與吊裝的鋼絲繩重合，保證板塊吊裝的過程中不傾覆，如圖十一示意。
圖十一 吊點示意圖
3.5 防水設計
本項目系統防水設計以插接單元幕墻防水為主，玻璃板塊及鋁板板塊的上橫梁及下橫梁均為連續設置的鋁合金插接橫梁，保證了單元幕墻水槽料的完整性，左右板塊的邊立柱均設置有鋁合金插接龍骨，形成完整的單元幕墻防水體系。在水平鋁板裝飾線條位置，需在其板塊拼縫位置設置密封膠條進行第一道防水，在密封膠條上方再進行打膠密封，保證整個系統的防水完整性，如圖十二示意。
圖十二 防水示意圖
4.結語
隨著建筑模塊化、裝配化及數字化營造理念的實施，對于異形復雜建筑，傳統的插接型鋁合金單元幕墻無法完全滿足要求，需要結合裝配式與插接型鋁合金單元幕墻的特點，采用鋼龍骨與鋁龍骨組合式的超大板塊單元幕墻設計，經項目實踐，總結以下幾點體會：
4.1鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻以鋼龍骨作為主受力構件，鋁龍骨作為單元插接構造龍骨或次龍骨進行設計;
4.2鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻因設置有插接型材，板塊現場安裝平整度可與常規單元幕墻媲美;
4.3異形鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻需重點考慮加工、運輸胎架及吊點設計;
4.4異形鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻可打破常規吊掛式的單元幕墻設計思路，采用坐立式設計。
4.5鋼鋁組合龍骨的超大板塊單元幕墻可利用插接型單元幕墻的防水原理與打膠防水相結合，但需滿足溫度變形、平面內變形等位移的要求。
參考文獻：
[1]、《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ 102-2003
[2]、《建筑結構荷載規范》 GB 50009-2012
[3]、《建筑幕墻》 GB/T 21086-2007
作者單位：深圳市方大建科集團有限公司
