幕墙节点设计技术探讨
幕墙节点设计技术探讨
一、前言
由于建筑幕墙将建筑外围护墙的防风、遮雨、保温、隔热、防噪音、防空气渗透等使用功能与建筑装饰功能有机地融合为一体，从而受到广大业主和建筑师的青睐，在国内的应用量很大。但幕墙的技术水平与国外相比还存在一定差距，原因很多，一方面幕墙技术的发展受市场接受程度的制约，许多新技术、新材料、新理论的应用都必须被建筑市场接受，才会得到广泛的应用和发展；另一方面幕墙的造价问题往往起到决定性作用，企业在激烈的市场竞争中不得不展开价格战，结果使我国幕墙的整体技术发展缓慢，与巨大的市场相脱节；第三方面与企业在科研方面的投入相关，企业的设计和研究人员为了应付繁重的工程设计任务，很难投入精力来研究幕墙节点的创新设计问题。从幕墙行业整体看来，国内仍以普通框架幕墙为主，近些年发展起来的在技术方面较有优势的单元幕墙和双层幕墙等未得到应有的发展。而且在技术方面不论是那一类幕墙，与国外幕墙发达的国家相比均有一定的差距，这一点需要我们思考，更需要政府管理部门和设计、施工单位多方面的投入。
本文试图通过近些年的试验室检验和工程案例的分析，将工程中容易被忽视的问题总结出来，对幕墙节点设计提出一些看法，不一定全面和正确，仅供参考。二、幕墙设计存在的问题1．隐框幕墙现场打注结构胶
现场打注结构胶的现象仍时有所见。尤其是半隐框幕墙，在隐框部分节点设计时采用无副框结构，直接用结构胶粘接。这种设计方面的缺陷，必然给工程造成潜在的安全问题。
2．隐框幕墙中空玻璃的设计和选用
采用中空玻璃是解决幕墙隔热问题的有效方案，但由于部分设计人员的误解，往往将靠近室内的一片设计成普通浮法玻璃，且比外片薄1～3mm，达到降低幕墙成本的目的。但我们发现这种设计存在一定的问题，经常内片发生爆裂，达不到预期的效果。建议在工程中尽量选用双钢化的中空玻璃，且双片玻璃厚度差控制在2mm之内。在某个幕墙工程的设计中，采用8T+12A+6F外片钢化内片普通浮法玻璃的隐框中空幕墙，工程还没交工，已有250多片玻璃发生炸裂，严重危急使用者的安全。初步分析认为内外温差、安装误差和中空玻璃副框的设计失误是造成玻璃炸裂的主要原因。使已经变薄、强度降低的内片玻璃不堪重负，出现严重炸裂现象。3．玻璃自爆的控制
玻璃自爆是目前门窗和幕墙行业需要切实解决的问题。钢化玻璃炸裂主要与玻璃缺陷、机械加工造成的缺陷、玻璃加热或冷热不均匀，钢化程度等因素有关。我国现行规范JGl02和JGJ3035对玻璃的引爆处理没有作出明确的规定，致使许多工程业主和幕墙设计人员忽视对玻璃设计、选用和加工质量的要求，致使许多工程的钢化玻璃自爆现象相当严重。新近执行的GB/T50210-201*对幕墙玻璃的引爆处理提出明确的要求，8mm以下的钢化玻璃须进行引爆处理，并且对玻璃加工提出要求，希望引起足够的重视。4．无防噪音设计
幕墙因热胀冷缩和风力等原因，会在金属件之间产生摩擦噪音。而这种噪音与相对高档的幕墙建筑很不协调。国内企业为了降低幕墙系统的价格，基本上不考虑防噪音设计，因此幕墙工程产生噪音的现象比较严重。5．不可拆卸性设计
目前我国通行的幕墙体系均在外部进行安装施工，幕墙的可拆卸问题被忽视，以至幕墙整体完工后，进行局部更换变得相当困难，尤其是石材幕墙和单元式幕墙，这种现象比较严重。但在国外石材幕墙可模拟一年四季的变化进行面材更换，足以说明幕墙得可拆卸并不困难，而且非常必要。国内技术比较先进的企业已经注意到幕墙可拆卸设计的重要性，如石材幕墙的背栓结构和小单元结构、单元幕墙和小单元幕墙的组合设计等。6．防雨水性能较差
目前我国的幕墙在施工完毕后部分出现漏水现象，其中一个最主要的原因就是设计人员不能很好的运用雨屏蔽原理达到等压设计，其次是为了降低成本，将翻窗四周应该用三元乙丙胶条的用普通胶条代替，致使翻窗四周密封不严导致漏水，另外一个原因是施工时密封胶没打好所导致。三、国外流行的设计理念
1．环保施工，现场不打胶，不进行结构件的焊接
所谓的环保施工，有两方面的含义：现场不打密封胶，不进行焊接。由于现场施工条件较差，并且施工质量容易受到工人责任心和情绪的影响，因此在国外更看重结构设计本身的重要性，很多节点采用结构化防水，不再依靠密封胶被动防水设计理念，使幕墙的整体性能提高到一个新的层次。结构化防水设计在欧洲和北美比较流行，采用扣板和EPDM胶条相结合，利用雨屏蔽原理对幕墙节点构造进行合理的等压设计，在降雨量不大的地区，采用这样的结构比较实用，且成本低，性能可靠。现场焊接，包括予埋件的焊接在国内引起过很多争论，但在欧美和南亚国家更普遍采用设计本身完成转接件的最后定位。如采用齿啮合长孔、齿啮合角板和防滑动螺母等技术设计转接件，避免焊接带来的诸多缺陷。
2．采取措施降低幕墙噪音
幕墙受多种因素的影响发生层间位移，发生磨擦噪音。幕墙的噪音干扰人们的正常工作和生活，同时也是影响幕墙质量的大问题。为了降低噪音，在金属件的连接部位采用其他柔性材料的衬垫，当幕墙的横梁和立柱发生位置变化时能起到缓冲作用，降低幕墙的噪音。目前国内的一些技术先进的企业已经在采用此措施，但仍有幕墙少数企业没有引起足够的重视。3．幕墙的可拆卸性
绝大部分幕墙采用室外安装和拆卸，一旦部分板块破损，维修将变得相当困难。意大利某公司设计开发出一套成功的幕墙体系，在幕墙的横料和竖料之间不用螺栓等紧固件连接，采用钢柱插接，并在钢柱外包有护套，使横料和竖料之间可自由伸缩，并且不会产生噪音。横料插接件采用定位销定位，需要拆卸时仅需要将定位销推到横料内部即可将横料和竖料分开，实现任意拆卸。4．幕墙平面度的可调性设计(1)转接件的三维可调性
发达国家更强调人和自然的融合，幕墙既不能反光太多，又不能发生较大的影像畸变，非常注重幕墙的平直度调整问题，因此三维可调转接件被广泛采用。国内许多企业这方面也很重视，自行开发很多实用的三维可调的转接件。(2)中空玻璃设有均压孔
由于中空玻璃合片地点和幕墙的施工地点可能会有大气压力、空气温度、空气密度和海高度等方面的差异，如果采用一次性封死，就可能造成中空玻璃的“外凸”或“内凹”现象，不可避免的发生较大的影象畸变。因此在国外有些特殊要求的工程中，在中空玻璃合片时予留防尘良好的均压孔，在安装现场完成最后的密封，这样既可避免运输过程中的破损又可实现玻璃板片的平面度恢复。5．重视高科技应用
采用光电技术、太阳能综合利用技术、智能化双层幕墙技术等高新技术，并注意新材料的推广和应用，如自洁玻璃、多功能复合胶条、自洁膜等，充分体现以人为本的设计理念，营造高标准的生态建筑幕墙。
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幕墙节点设计技术探讨
摘要：本文通过对工程案例的调查分析，结合幕墙性能试验，提出建筑幕墙节点设计中存在的问题，并参考国内外先进的设计技术，对目前前建筑幕墙的设计提出一些建议。主要包括防噪音、安全、室内拆装等方面的技术。关键字：幕墙节点设计物理性能安全
一、前言
在国内幕墙正在被大量的应用到建筑上，但是幕墙的技术水平、设计理念及幕墙的品质与国际先进水平还有一些差距，原因很多，一方面幕墙技术的发展受市场接受程度的制约，许多新技术、新材料、新概念的应用必须被建筑市场所接受，才会得到广泛的应用和发展；另方面与企业在科研方面的投入相关，企业的设计人员为了应付繁重的工程任务，很难投入精力来研究幕墙节点的设计问题，且没有有条件的实验室，往往设计理论与实际脱节；第三方面幕墙的造价问题往往起到决定性的作用，企业在激烈的市场竞争中不得不展开价格战，结果使幕墙整体技术发展缓慢；从幕墙行业的整体来看，目前国内建筑幕墙的应用规模已远远超出国外，无论是在结构形式、造型、各种材料应用上都有出现，但是在细节上的处理还是不尽如人意，我们虽然做到了大而全，但是没做到精而细。二、幕墙设计存在的问题1、玻璃爆裂的的问题
玻璃在使用过程中的爆裂会引起很大的安全事故，尤其是超高层建筑，所以幕墙玻璃的设计和选用过程中一定要尽量避免玻璃爆裂的发生。一般引起玻璃爆裂的原因有三点。一是强迫安装或设计间隙太小，玻璃的弯曲强度会随着时间的推移而下降，原因是玻璃表面的微裂纹会持续扩展，因此幕墙设计时，应使玻璃在自由的状态下工作。但实际工程中，确有玻璃处于不必要的永久荷载作用下工作，例如强迫安装、间隙太小限制变形，引起玻璃的突然碎裂。所以在设计玻璃连构造是必须根据计算保证玻璃在外力作用下足够的位移自由度。二是玻璃自爆，玻璃自爆是普通钢化玻璃固有缺点，由于表面应力遇上局部材料缺陷造成自爆，它的特点是无预兆无规律。明框幕墙短压盖问题
明框幕墙采用压盖压接，一方面便于实现等压腔，另一方面可以与扣盖实现卡接，一些设计为了降低工程成本，采用不连续的压盖（短压盖），造成玻璃平整度无法保证、等压腔无法形成等问题，幕墙的水密性、气密性及保温性能都无法保证。边部外漏中空玻璃未用结构胶问题
一般中空玻璃采用双道密封胶密封，一些工程幕墙用二道密封胶没采用硅酮结构胶密封，而是采用聚硫密封胶，由于聚硫密封胶抗紫外线能力很差，而隐框、半隐框、点支式玻璃幕墙中空玻璃二道密封直接接触太阳光的照射，造成聚硫密封胶老化失效，发生大批量掉外片玻璃的现象，成为幕墙工程的安全隐患。同时中空玻璃二道密封还有传递结构力的作用，聚硫密封胶没有结构性能，不能很好的传递结构力。所以幕墙用玻璃必须采用结构密封胶作为中空玻璃的二道密封
石材幕墙大量用T型挂件和蝴蝶扣挂件
这两种挂件在市场上的占有率比较高，价格便宜，平整度好。但是安装完成后形成大片连续不可错动墙面，一方面维修更换困难，另一方面抗风振、抗地震性能较差，并且在振动台抗震试验中，也发现该类挂件吸收变形的能力较差，容易引起石材的局部爆裂脱落。目前吸收位移能和抗震性能比较好的石材连接形式有两种，一种是铝合金短槽挂件，另一种是铝合金挂件背栓连接，这两种形式都有较好的吸收位移能力和抗震性能，并能方便的实现维修和跟换。
采光顶的防排水设计
一些幕墙工程在做采光顶时采用的型材和幕墙构造形式完全参照普通玻璃幕墙，由于采光的有其自身的特殊性，所以照搬普通玻璃幕墙的形式就会造成采光的的漏水隐患。采光顶应有冷凝水排放构造，尤其在严寒和寒冷地区，排水构造可以有组织的把冷凝水和少量的漏水排到室外。同时采光顶要有合理的排水坡度，避免因面板变形造成的积水和积灰。
三、目前比较流行的设计理念
1、“环保施工”，现场不打密封胶，不进行结构件的焊接
所谓的环保施工，有两方面的含义，现场不打胶、不焊接，由于现场施工条件差，并且施工质量容易受到工人责任心和情绪的影响，因此要更看重结构设计本身的重要性，很多节点采用结构化防水，不依靠密封胶被动防水设计理念，使幕墙的整体性能提高到一个新的层次。
现场焊接，包括预埋件的焊接在施工中会有很多的隐患，包括结构安全隐患和防火隐患，应该多采用设计本身完成转接件的最后定为，如采用齿啮合长孔、齿啮合角板和访滑动螺母等技术设计转接件，避免焊接带来的诸多缺陷。2、幕墙的可拆卸性
绝大部分幕墙采用幕墙采用室外安装和拆卸，一旦部分板块破损，维修将变的相当困难。采用小单元方式是目前比较流行的处理方式，幕墙横料和竖料之间不用螺栓等禁锢件连接，采用钢柱叉接，并且在钢柱外包保护套，使横料和竖料之间可自由伸缩，并且不会产生噪音。横料叉接采用定位销定位，需要拆卸时将定位销推到横梁内部即可分离，实现任意拆卸。3、幕墙平面度的可调节性
转接件的三维可调性，幕墙要强调人和自然地融合，幕墙即不能反光。又不能发生较大的影像畸变，所以设计要特别注意幕墙平面度的调整问题，转接件通过自身的构造设计，实现三维调节、局部释放、单项固定的功能。中空玻璃增设均压孔，由于中空玻璃合片地点和幕墙的施工地点可能会有大气压、空气温度、空气密度和海拔高度等方面的差异，如果采用一次性封死，就有可能造成中空玻璃的“外凸”或“内凹”现象，不可避免地发生较大影像畸变。因此在设计时要考虑中空玻璃合片时预留防尘良好的均压孔，在安装完成后密封，可以保证幕墙玻璃有良好的自身平整度。4、重视高科技的应用
采用光电技术、太阳能综合利用技术、智能化双层幕墙技术等高新技术，并注意新材料的应用，如自洁玻璃、SGP夹层玻璃、超白玻璃、真空玻璃、多功能复合胶条等，让幕墙设计和应用向更安全、更低碳环保的方向发展。参考文献：1、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ133-201*2、《建筑幕墙与采光顶设计施工手册》张芹3、《GlassAndAluminumCuitainWallSystems》RickQuirouette
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