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摘要：随着可持续发展理念的普及，把建筑幕墙的设计做好特别关键，在建筑行业中幕墙的设计有着深远的意义，然而，越來越多的工程采用单元幕墙，单元幕墙加工精度高，工厂生产线组装效率高，现场干法施工，安装快捷，能缩短工期，消除现场许多安装隐患。本文简要分析了单元幕墙设计的几个注意要点，并提出相应的措施，希望能对单元幕墙设计师们提供一些参考。
关键词：防水设计；弯弧单元设计；开模设计；转接系统设计
一、单元幕墙的防水设计
（一）单元幕墙的防水原理
大家知道，单元幕墙是现场干挂施工，无需打注密封胶，那么这套系统靠什么防水呢？即“雨幕原理”。“雨幕原理”就是：单元横竖插接缝设置等压腔，靠近室外的为湿腔，靠近室内的为干腔，两腔体周圈用三元乙丙胶条封闭，在单元十字插接缝处，单元竖向插接腔体是开放的，两腔体此处空气联通，使得干腔和湿腔等压，到达湿腔的水就没有压力进入干腔，从而在幕墙外表面形成一道“雨幕”牢牢阻止雨水进入室内。我们可以通过图1和图2来了解单元幕墙的防水排水路线。
二、弯弧单元幕墙设计
好多单元幕墙工程存在弯弧面，一般来说是横向弯弧，弯弧面所有横框及横框扣压板均需弯弧，弯弧对于单元幕墙的加工工艺要求很高，随着弯弧半径的减小而提高，即弯弧半径越小对生产工艺要求越高。
（一）弯弧对型材的影响
从厂家购买回来的型材都是经过表面处理过的，如氟碳喷涂、粉末喷涂等，如果喷涂的型材进行弯弧再加工，势必要破坏型材的表面处理，设计提料时弯弧型材应提素材，并且素材的料长应是弯弧长度加上弯弧夹具夹持长度（具体根据弯弧厂家工艺要求确定，一般一边加250mm左右）。
从弯弧工艺来说，弯弧势必会对型材外弧进行拉伸，如果弯弧半径过小，型材容易被拉裂或崩腔，特别是开腔型材，应根据弯弧厂家工艺增加弯弧型材开模厚度，避免型材弯弧时被拉裂或崩腔。
（二）弯弧对单元插接的影响
单元幕墙上下公母横框是插接的，如果对上下公母横框进行弯弧，弯弧后插接母横框的插接腔宽度会产生偏差，导致公母框插接时插接不上，我们在设计弯弧幕墙的插接母横框时应根据弯弧半径大小和弯弧厂家工艺，适当加大母横框的插接腔间隙，根据间隙大小装配适当的压缩胶条，从而满足弯弧公母插件存在的配合问题。
三、单元幕墙的型材开模设计
单元幕墙设计的灵魂就在开模设计，一套好的型材模具不仅要满足业主和建筑师的外视效果要求，还要从加工工艺、安装简便方面考虑，同时要满足风压、气密、水密等功能要求。所有单元幕墙的技术含量全包含在型材开模图里，可以这样说，型材开模就是幕墙公司的核心技术。
（一）开模截面设计
开模前期，我们首先根据建筑师对幕墙内视和外视效果要求，合理设计型材外轮廓大小、既要满足建筑效果，又要考虑型材制作工艺性，如果出现大轮廓型材，型材的外接圆直径大于型材厂家铝锭最大挤压直径，此型材超出型材厂家的生产加工能力，无法生产，我们应与建筑师沟通，将大轮廓型材改成分体式，两个型材或者多个型材装配在一起来实现大轮廓型材的要求。
对于幕墙受力铝型材（如幕墙横竖框），在规定的风荷载下，要求受力铝型材的惯性矩大于某一个值（此值经过结构计算得出），同样的惯性矩下，同样的截面轮廓下，我们应考虑如何降低材料用量来达到节约成本目的，如图4所示，截面二的线密度小于截面一的线密度，然而截面二惯性矩却大于截面一，我们在设计时就要采用截面二这种方案，既节约了铝型材又增大了型材抵抗矩，改变型材的局部壁厚，把材料用到最需要的地方。
单元横竖框如果截面宽度一样，建议设计开模时将横框截面宽度减少0.5mm，因为模具都是有圆角的，最小的圆角也有0.3mm，竖框的圆角与横框对接时就会产生横框漏白，设计时将横框减少0.5mm就避开竖框的圆角了。
单元横竖框钉线槽不能距竖框边太近，如图6a所示即是错误的，钉槽距竖框边太近，产生局部应力，此钉连接容易失效，如图6b就是正确的钉槽设计，钉槽中心距离竖框上下边沿距离L要大于等于1.5d（钉槽内孔直径）。
单元幕墙型材配合一般为插接、扣压、钩扣、嵌接等等，这几种配合方式都需要开模时在构造上留出足够的行程，否则型材间没有配合间隙就无法组装，给公司带来巨大损失，这一点要特别注意。另外除了这些连接外可能还有一些机械连接：自攻钉连接，螺接，铆接等，开模时也要考虑工人安装时用的工具，给工人和工具留出施工空间，否则也会导致无法打钉，无法螺接，无法铆接。
四、单元幕墙的转接系统设计
单元幕墙与主体结构连接靠转接系统，转接系统包括挂件、转接件与埋件三种构件。配合要能吸收主体结构偏差，偏差是多方位的，要能实现三项六自由度调节，使单元板块在结构偏差范围内准确而牢固的连接到土建结构上。
转接系统包括：预埋件、转接件、挂件。
预埋件按安装位置分为平埋和侧埋，平埋是预埋件锚固在结构边沿的楼板水平面上，侧埋是预埋件锚固在结构边沿楼板或边梁竖直面上。从安装方面讲，如果条件可行的情况下转接系统尽量设计为平埋转接系统，因为现场工人进行单元挂接施工时，可以在室内操作，即安全又节省施工措施费。但是如果遇到剪力墙部位，或者室内地坪较低无法遮挡单元挂件时，我们就只能设计为侧埋转接系统，侧埋转接系统的优点是挂件不占用室内空间，隐藏在层间楼板里。如图9所示。
五、幕墙单元板块的加工设计
单元幕墙板块所有在工厂完成高精度组装，在加工厂内把玻璃、铝板或别的材料组装在一个单元件上，推动了建筑工业化程度，使现场工作量减少了，加工组装精度高。运到现场直接吊装，不用现场打胶，使施工速度大大的加快了，施工质量也提高了，确保优良的幕墙功能。由于在加工厂内单元件整件组装，在工厂内容易实施检验，对确保多元化整体质量有利，确保了幕墙的项目质量。快捷的安装，施工周期短，易于确保安装精度，以便成品保护。
六、单元式幕墙的抗变形设计
玻璃幕墙单元板块经过组合连接件和预埋件以及主体构造连接，设置不锈钢调节螺栓完成板块的调整。安装单元件联接接口结构设计可以吸收层间变位和单元变形，一般能承受相对大幅度的建筑物移动，对高层建筑与钢结构种类建筑非常有利。使用插接方式连接板块，设计了抗震消能复位装置，较强的抗震能力。
七、防火防烟设计
1.高大建筑最要重视防火防烟。防火防烟不但可以确保幕墙的美观性，并且可以对人们的生命财产安全供应防护。现代城市中常常出现火灾事故，每次都会引发人员伤亡与很多的财产损失。所以幕墙设计的一个重点程序是防火防烟，防火玻璃在幕墙设计中起到防火防烟效果。幕墙设计使用防火玻璃装置，达到防火防烟的效果。防火玻璃使用单片防火玻璃和别的材制品，现在技术关键应用的是单片铯钾玻璃。
2.防火玻璃别的物质防护。通常使用金属材质作防火玻璃的支撑架，为了达到防护的功能，防火玻璃金属支撑架使用川钢构造。通过试验证明川钢密度大，在高温情况下可以保持相对长的时间不被融化。通过试验常用的铝制材料在遭遇高温时会快速的融化，让防火墙与防火带失去防护作用，使用川钢可以维护更长时间，并及时作出补救方法。
八、横竖胶条是否需要对齐
早期的单元式幕墙大部分为单腔体构造，前后只有2道密封，不能产生等压腔，所以水密性、气密性相对差，后来许多单元式幕墙使用了双腔体或多腔体构造，前后共有3道以上的胶条密封，依照三道密封的作用不一样，我们把这3道密封条所在的部位从外到里分别称为防风防尘线、防水线、气密线，如图1所示。
产生三道密封的胶条分别位于公母立柱和上下横梁上，毋庸置疑第三道防线（气密线）的横向竖向胶条一定要在相同部位才可以确保幕墙的气密功能。那么第二道防线（防水线）的横向竖向胶条是不是要在相同部位，最外侧第一道防线起防风防尘功能的横向竖向胶条是不是要在相同部位，许多幕墙设计师为此争执不下，有人认为一定要对齐，不然就会漏水，也有人认为不是非得要对齐。笔者认为第一道和第二道胶条是不是对齐要依据节点结构的需要，对齐不对齐都无所谓，由于第一道胶条的关键功能是防尘防风，并不是用来防水的，我们称为前腔的是第一道胶条后侧的腔体，也是等压腔，等压腔里进水是可以的，由于前腔里的气压和外界一样，因此进来的水也能够排出去、实际上就算在型材设计时对齐第一道横竖胶条，公母立柱和上下横梁组成单元板块以后，第一道胶条也不可以完成交圈，由于大部分单元板块横竖料组框都不是切45°拼接的，在立柱下端横向胶条是不能通过去，因此横竖胶条不可能交圈，而立柱下端断开的这一小段刚好完成了前腔和外界的气体流通，产生了等压腔，还是有利于防水的。第二道胶条所在的部位是防水线，称为后腔的是它与第三条胶条之间的腔体，后腔和前腔之间有排水孔相通，也是等压腔，这个腔体也是能够有进少量水的，经过上横梁下的排水孔排入前腔，因此第二道膠条不管是不是对齐都是可以的。但假如胶条在单元幕墙最外侧不设，在型材设计时要减小公母料对插后的空缝，而且要把缝隙留到侧面，尽量避免进入大量尘土与雨水到前腔，正常状况下，特别是在北方有沙尘暴的区域，笔者建议最外侧胶条还是要保留。
九、结束语
采用单元幕墙的建筑越来越多，单元的种类也多式多样，按面材可分：单元玻璃幕墙、单元铝板幕墙、单元石材幕墙等等；按排水方式可分：内排水单元、外排水单元；按插接方式可分：横滑单元、横锁单元；所有这些种类的单元，不管如何变化，我们只要抓住单元的设计要点，趋利避害，合理设计，就能设计出大家满意的单元幕墙。
参考文献
[1]玻璃幕墙工程技术规范[Z].JGJ102-2003.
[2]金属与石材幕墙工程技术规范[Z].JGJ133-2001.
[3]汪鹏翔.探讨建筑幕墙设计中存在的问题及对策[J].幕墙专栏，2016（06）.
[4]苑海洋.建筑幕墙设计的问题与对策探析[J].江西建材，2014（14）.
论文作者:甘俊文
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/25
标签：幕墙论文; 单元论文; 型材论文; 胶条论文; 截面论文; 预埋件论文; 插接论文; 《建筑学研究前沿》2017年第15期论文;