金刚幕墙集团有限公司   王锦

摘要：天津于家堡03-21地块幕墙工程整个项目采用单元式安装的幕墙，面板大量采用22mm厚陶板面板。陶板面板采用浮动设计原理通过专用扣件与龙骨进行固定形式。幕墙防水设计原理采用堵、排等措施进行密封防水。

关键词：单元式幕墙    22mm厚陶板面板    设计  施工  防水原理   

         1、 工程概况：

         天津于家堡03-21地块幕墙工程位于天津市塘沽区于家堡金融区，占地总建筑面积：119700㎡，幕墙总造价约1.2亿。建筑高度：155ｍ，建筑层数为地上34层、地下3层；主体结构形式为现浇钢筋混凝土框架－剪力墙结构。建筑物由三个裙楼及一栋主楼组成，本项目幕墙形式有单元式陶板幕墙、单元式玻璃幕墙、陶棍幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、框架玻璃幕墙等。

         本项目的建筑高度为155m，单元板块分别为陶板单元板块及玻璃单元板块组成；单元板块规格宽度与高度分别为1200mm×4200mm、900mm ×4200mm、600mm ×4200mm。

由于本建筑物造型构造需要，陶板装饰线是比玻璃幕墙单元板块外突400mm，使用陶板规格高度分别为300mm，其长度分别为1200mm、900mm、600mm（如图一）。

         2、 单元系统设计：

         2.1单元系统防水介绍

         单元幕墙竖向插接部位拥有三道密封线：

         第一道：最外面的为尘密线，我们设计采用舌形胶条压接密封，防止施工和使用中由于外界因素导致胶条密封的不连续，此部位能挡住室外的灰尘和大部分水。可大大提高单元式系统的防水性能。

         第二道：此部位通过公母料插接，三元乙丙胶条挤压密封，此部位的密封是单元幕墙防水的重点，如何解决单元板块插接后这个部位的交接密封是单元幕墙设计的难点，我们采用分层挡水和用发泡防水胶条封堵接口位置保证气密来实现交接位置的密封，干腔内的水及水密线密封胶条位置的水最终能够导到板块上横梁的交接处的三元乙丙胶片上，并通过碗形胶条的切口，将水排水室外，达到防水的目的，三元乙丙胶片周边与铝合金型材打胶密封，水密线外面的空腔我们一般称其为湿腔，湿腔的设计运用了等压原理和雨幕原理，使室外的水不会主动渗入。

         第三道：第三道为气密线，交接部位同样是通过分层错位密封和用发泡防水胶条封堵接口位置来实现整体密闭，气密线和水密线之间的空腔我们一般称其为干腔，此部位一般情况下不会有水，我们在设计中均考虑了一切极端情况，如果水进入此部位，也能通过上横梁上的泄水孔将水有效导到横梁的交接处的三元乙丙胶片上，并将水排水室外，泄水孔位置内侧用发泡防水胶条进行封堵，使孔位透水不透气。两单元板块之间的滑槽连接，在滑槽交接处铺设柔软的三元乙丙胶片，并全部打胶密封。单元板块上下横梁插接处进行两道插接，最前端的舌型胶条与竖向的碗型胶条功能相同，我们在上横梁上设置了宽大的湿腔排水位，并有足够的坡度，充分适应天津多雨水的气候环境，满足外排水的要求。横料和竖料的插接共同形成了分层挡水的单元幕墙密封体系。单元板块的整体设计均遵从等压原理，我们在横竖料交接的部位，竖料均开等压孔，每个部位内腔都与室外有效相通。

         本项目的玻璃单元板块的玻璃固定分别为上、下边通过硅酮结构胶与横向横梁贴结固定，立柱两边未考虑固定玻璃受力，所以立柱位置的尼龙”I”型隔热条只起到隔热的效果；由于立柱位置“I”型尼龙隔热条通过机器将两个铝型材挤压罪连接固定一起，两者型材挤压后未将两者之间的缝隙完全进行密封封堵将为产生渗水现象，所以在设计要求此处必须采用密封胶进行封堵，以防有渗水现象。(如图二)

         2.2陶板单元系统设计介绍：

         本项目立面水平需要陶板与玻璃间隔的效果，所以在进行陶板单元板块设计时考虑到与玻璃单元的立柱两者之间通用性，因此陶板单元与玻璃单元采用立柱截面为一样。

         陶板单元幕墙采用截面高度为300mm的标准板陶板并采用开放缝隙设计，在两个陶板之间存在10mm缝隙；陶板之间的缝隙容易产生雨水渗入现象，所以设计过程在陶板背面增加2mm厚铝单板作为陶板单元防水层(（即与玻璃面平齐）。由于陶板水平分格尺寸较小及其完成面比玻璃完成面突出400mm，所以综合分别考虑立柱与陶板防水层作为固定单元板块，而陶板面板采用陶板专用连接通过连接固定码件与钢龙骨钢架连接固定形成独立体，再通过6mm厚连接件与在立柱固定的6mm厚钢板采用M10不锈钢螺栓连接固定。为了防止固定在立柱上6mm连接件在荷载的作用下产生折弯，因此在连接件位置水平增加一道60x60x4钢方增强6mm连接件强度。

         陶板水平方向位置需要考虑其限位，所以在正面陶板面板采用两侧位置的陶板进行限位，两则陶板通过其端部设置通长角钢L30x3进行限位。

         陶板单元外凸玻璃完成面400mm的装饰线，其侧边将承受侧向风荷载作用在支座位置按固接计算时产生弯矩，在计算立柱按弱轴截面特性计算时其立柱需要较大截面；所以在进行陶板钢架进行结构计算时将在钢架位置设置三个支座，在支座结构约束按简支梁支座进行设置避免陶板钢架侧向荷载通过支座产生弯矩，从而最终产生水平水和竖向力（如图三）。

         由于陶板单元外凸出的装饰线，在风荷载作用下将对整个单元往水平方向滑移；所以整体陶板单元板块水平向限位设计时考虑在上、下横梁之间设置两个铝型材转换件卡槽。在两个转换件通过加工一个转换件卡槽铣出长圆孔另一个卡槽通过固定螺栓，在两个转换件卡槽通过螺钉固定分别上、下横梁，从而达到左右限位的效果（如图四）。

         每一个陶板单元板块均采用14块截面高度为300mm的陶板，如每两个陶板之间均采用一个钢支点及一个陶板挂件固定时，整一个陶板单元将产生14个焊接点将产生很大焊接工作量，焊接量大将会难以保证陶板钢架加工精度及钢架的变形（如图五）。所以在施工过程中将整一个陶板连接支点进行简化，在满足结构受力情况下将陶板挂件采用通长设置，将每个陶板单元板块的挂件按连续梁进行计算，其支座分别按间距800mm进行布置，从而大大减少了陶板支座连接点及焊接工作量（如图六）。

         2.3陶棍系统设计介绍：

         陶棍幕墙位于本项目B区附楼，采用截面为50mmx50mm正方型的陶棍，其间距净空为50mm。在陶棍设计中首先要考虑其安装及拆卸方便并满足建筑外观要求两侧固定立柱采用8mm厚钢板进行固定，所以陶棍安装设计采用了专用技术，其原理是采用专用不锈钢弹片与铝型挂件固定插入陶棍本身内腔空隙，另一个铝型挂件固定在8mm厚钢板上通过两个名型材挂件连接后固定陶棍，从而达到建筑效果（如图七）。

         3、 施工方案要点

         3.1、现场施工段划分

         项目由3栋附楼及1栋主楼组成，其中主楼地上34层，地下3层，建筑高度155.4米，幕墙面积约62000平方米。建筑物外形基本呈方形，局部为转角设计没有明显的立面变化，响应工期要求及具备更多的工作面，我司将采取“大面分区，各区分段，流水搭接”的作业方式展开施工。将本项目按裙楼、塔楼划分为施工AB两大施工区（如图示），各区再依次划分为若干施工段。

        3.2、施工段的划分

         我司拟采用自制拔杆进行板块的垂直运输吊装至每层楼层内，面包架总重（面包架自重：300kg 、6块板块重：300×6=1800kg 安全系数：n=3000/1800=1.67）取值为3吨，自制拔杆悬挂系统主梁选用25#b工字钢（总长度6.0米，悬挑2.4米），导向绳支架选用2根140*80*4mm方通长度3米（悬挑总长度3米，外挑0.7米）(如图八)

化学锚栓选择

Nhsd：承受拉力最大锚栓的拉力设计值:9KN

Vhsd：承受剪力最大螺栓的剪力设计值:14KN

NRd,S：M16化学锚栓的抗拉承载力设计值:20KN

VRd,S：M16化学锚栓的抗剪承载力设计值:20KN

         5.拉剪复合受力承载力计算

（Nhsd/NRd,S）2+（Vhsd/VRd,S）2=(9/20)^2+(14/20)^2=0.71，经计算结果满足要求

         3.4路轨专项施工方案

         路轨下肢臂、外挑梁均采用18#工字钢，上支臂采用100*100*4.5方通，东、西面屋面均采用50*50*4方通，钢丝绳采用Φ16，轨道采用150*100*6*9H型钢，所有材料均通过施工外电梯运输至33层，在通过人工搬运方式把双路轨钢构件运输至操作平台，最终完成如图九

         在计算过程中，综合考虑荷载如下：吊篮自重为750KG，限载为650KG，考虑安全系数1.4，吊篮出荷载大小P1=（750+650）x10x1.4=19600N

         板块自重为1000KG，考虑吊装冲击系数2，安全系数为1.2，板块处荷载大小为

P2=1000x2x10x1.2=24000N

         采用有限元软件ANSYS建模计算，钢梁采用beam188单元，钢索采用link10单元，建立模型计算最终结果如下：

         结论：钢材最大应力为69.6MPa＜215MPa，最大挠度为8.92/1.4=6.3mm＜2800/125=22.4mm，拉索最大破断力为264KN，因此264/2.5=105.6KN＞25.085KN，结构满足要求

         4、 陶板面板技术要求

         4.1  本项目重点在于外突400mm的陶板单元式幕墙与陶棍幕墙。本项目在使用陶板前经过专家论证其安装结构结构系统的安全及面板本身；

         4.2根据《建筑气候区划标准GB 50178-1993》气候划分区，天津属于在Ⅱ区，本项目使用的陶板根据《建筑幕墙》GB/T21086-2007第9.2.1.项规定的吸水率不得大于6%；

         4.3 根据《建筑幕墙》GB/T21086-2007第9.2.1.4项第C条规定，本项目处于天津属于在Ⅱ 区，陶板应进行抗冻性能试验及抗热震性试验，其中抗冻性应经过-200C至150C浸水100次冻融循环应无裂痕、剥落等破坏，抗震性应在10次急冷急热作用下不得出现裂缝。

         4.4本项目使用陶板及陶棍防火等级应为A级；

         4.5据JG/T324-2011《建筑幕墙用陶板》规定陶板的性能应符合表3规定：

                             表3   性能要求

        4.6本项目使用的陶板孔位置不得出现异物堵塞孔现象，使陶板孔保持清洁干净现象；

        4.7本项目使用的陶板、陶棍的耐污染应为2级。

         5、结束语

         随着幕墙行业的高速发展，目前市场上的材料面板也种类繁多，在实际工程使用过程中，在对面板结构连接受力的设计及选择应用上，设计师一定要从其特定构造特点出发，保证结构安全及满足建筑幕墙通用要求才可以做出完美的幕墙工程。

 

 

参考文献

【1】 《玻璃幕墙工程技术规范》        JGJ 102-2003

【2】 《建筑幕墙》                    GB/T21086－2007

【3】 《建筑结构荷载规范》            GB50009-2012

【4】 《建筑幕墙用陶板》              JG/T324-2011

【5】 《钢结构设计规范》              GB50017-2003