普利兹希金幕墙设计询问(上海)有限公司 上海
摘要：近三十年来，随意中国经济的飞速增长，全国大中小城市都正在经历着城市的建设，老旧建筑不断地改造，新筑建筑一栋栋拔地而起，建筑市场蓬勃发展，建筑幕墙项目也呈井喷之势发展。本文化作者根据自身近二十年的幕墙行业经验与经历，以实际项目案例阐述幕墙设计关键要点和技术革新。
关键词：优化设计；革新；弹簧销；十字缝
引言
在我国，随着城市化步伐的不断推进，在建筑幕墙行业近三十年的发展期间，幕墙工程项目数不胜数，新生幕墙公司如雨后春笋般在建筑幕墙市场崭露头角。
这些新生公司中有些是一直从事幕墙行业工作的，也有些是从事门窗项目的，更有甚者的是一部分竟是从室内装饰行业转到室外装饰的。究期原委都因为庞大的幕墙市场“蛋糕”的诱惑，这就导致了实际项目中不停地出现这样或那样的问题。技术问题就是始终是这些新生公司无法规避的“老大难”问题，我们将用几个典型案例由浅入深地做细节分析和阐述。
隐框幕墙的实际性革新
上世纪九十年代至两千年期间，全隐框幕墙是中国最为盛行的幕墙形式。隐框幕墙的立面优点是：可以形成较大的连续玻璃面、玻璃面板间缝可控制到15mm的较小尺寸而对玻璃连续视觉效果影响降到最低、相邻玻璃面板间共面提高玻璃连续的视觉效果。正是因为这个特点，建筑师非常青睐隐框幕墙系统。在九十年代那个门窗居多的建筑群里，矗立着一栋全隐框玻璃幕墙建筑，是非常醒目并充满时代的气息。
早期的隐框幕墙构造，竖向龙骨多采用一个简单的矩形截面铝合金方管，铝合金副框料用结构胶与面板玻璃粘结成本面板组件，运输到现场后用铝合金压块直接压固安装，最后对面板玻璃板缝做密封施工即完成全部工作(节点图如下图1所示，三维示意图如图2所示)。
图1：隐框幕墙水平节点（早期系统）
图2：隐框幕墙三维渲染图（早期系统）
作为框架系统幕墙系统，竖龙骨是现场放线后逐根单支安装的，规范要求相邻竖龙骨固定点距离尺寸允许偏差±2mm（见JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》第10.4.1-2条），而面板玻璃与副框料是在工厂预先粘结的，规范要求隐框半隐框玻璃装饰组件尺寸偏差量为±2.5mm（见JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》表9.6.6）。这就必然会由两种不同的尺寸偏差最终导致副框侧面与竖龙骨端面不共面。常规情况下安装后偏差可以控制到单边3mm左右，最多的时候达到6mm，形成内凹或外凸的台阶面(实景见下图3)并对长期的卫生清洁带来更多工作量和操作难度。
图3：隐框幕墙竖龙骨室内实景照片（早期系统）
在2008年，本人主持的一个绿地集团项目，就针对这个细节部位做了构造思路上的设计优化。对铝合金竖龙骨增加了护挡支边，在挡边前端面设置了卡槽安装的封边EPDM胶条，使竖龙骨侧面形成连续完整的连续面，将副框料藏于凹槽腔内并预留了左右方向各3mm的可调整空间，以吸收隐框或半隐框幕墙组件现场安装时产生的尺寸偏差。台阶面现象彻底解决(节点图如下图4所示，三维示意图如图5所示)。
在这个项目之后，这套龙骨系统随之逐步被广泛应用，并出现一些衍生设计。最典型的衍生设计有两种：第一种取消了竖龙骨护挡支边前端面封边EPDM胶条，护挡支边前端与玻璃内表面留2mm空隙，这个改变减省了封边胶条的安装并简化了型材截面，2mm的缝隙不作密封形成细细黑线，这个衍生设计尚可接受；第二种衍生设计取消了竖龙骨护挡支边前端面封边EPDM胶条的安装卡槽，护挡支边前端以片2mm薄片存在，EPDM封边胶条由原卡槽式安装改为凹槽式嵌压安装，这个设计看起来是可行的，实际上现场安装过程中和后期清洁维护时嵌压安装的封边EPDM胶条经常脱落，原因是PEDM较软且时间一长会收缩，只要清洁时稍有侧向力或者安装时缝隙过大就会脱落。原设计和这两种衍生设计的槽口构造对比细节如下图6所示。
图6：隐框幕墙封边构造对比
框架幕墙龙骨系统革新
上述的隐框封边设计仅仅是局部细构造方面的优化设计，作为完整的幕墙系统，只对局部细部构造作设计优化不够的，无异于“隔靴搔痒”。完整的系统优化设计，需要对龙骨系统的安装方案、整体构造、连接方案以及维护便利性做整体性、全方位的优化设计。
下图7是早期最为常用的隐框幕墙典型垂直节点，除了副框与铝合金竖龙骨采用压固安装方式这一可优化设计外，最为关键的是铝合金横龙骨与铝合金竖龙骨采用铝合金角码连接，尤其是横龙骨还是全闭腔构造。这个系统有以下几个弊端：
图7：框架幕墙垂直节点（早期系统）
a)现场安装时，必须先将一列铝合金竖龙骨安装到位后，接着安装相连接的铝合金横龙骨，再一列铝合金竖龙骨，再安装相连接的铝合金横龙骨，如此往复地顺序安装。这严重影响现场安装的灵活度，极大的延长了施工周期，见接地增加了施工成本和项目成本，带来较大项目压力。
b)第二:铝合金横龙骨前端面部必须采用沉头机制螺钉与铝合金角码连接，铝合金横龙骨加工时需要打沉头孔，而且滑动端还必须是沉头长孔，这对于早期先进加工设备紧缺的幕墙行业来说，是极为“噩梦”的，尤其当采用手持设备钻孔加工时，加工质量完全无法控制。
c)第三：幕墙的铝合金副框压块用机制螺钉固定，这一咪在连接设计上是没有原则问题的，但到了实际操作层面上，首先需要在龙骨上按统一间距尺寸(一般为300mm)加工M6螺纹孔，然后现场安装螺钉时需要在陕长的玻璃板间缝内找到M6的螺纹孔并对位拧紧螺钉，这是一项高难度的安装工作。铝合金龙骨的等间距加工M6螺纹孔，对于小规模的幕墙承包商，手工加工时，需要先用手持钻孔设备预先打孔，再用专用丝攻手动攻丝，一个项目的所有龙骨螺纹孔都用这样的方式手工加工是相当麻烦的。
随着幕墙行业的兴盛，至2000年，框架式幕墙龙骨系统就在设计上规避了这几个典型弊端。铝合金横龙骨在原有闭腔截面的基础上开辟出一个可后闭合的空间，铝合横龙骨滑动入位螺钉紧固后直接将铝合金封盖拍装到位。这极大地增加了施工现场的灵活性，铝合金竖龙骨与铝合金横龙骨可以分开独立安装，只要人员充足，施工界面可以分块增加，不必再用以前的方式，先铝合金竖龙骨再铝合金横龙骨，大大的提高了安装效率并缩短施工周期，间接节约了建设成本。这样全面性的系统优化对于幕墙设计及施工是具有革命性的意义。
虽然这个设计优化有效地解决安装结症，但并不代表它就是极其完善的，它同样存在加工缺陷。由于连接铝合金角码是用对穿螺栓连接，而且螺栓需要有足够的外露螺牙数量，会形成长度达15mm的“栓头”。当铝合金横龙骨在两条铝合金竖龙骨之间竖向滑入安装时，角码的“栓头”会对铝合金横龙骨的滑入形成阻挡，因此需要对铝合金横龙骨的固定翼板做铣口处理以避开与栓头冲突。铝合金横龙骨端头的铣口的位置和操作需要足够精准度，这需要有较为先进的机床设备，加工起来才较为方便。具体位置见下图8。
图8：框架幕墙垂直节点（进化设计）
房地产业蓬勃发展的现在，所有环节都紧密相扣，工期管理日益精细，所有施工关键节点都要求可视、可控，各环节点都最大幅度地优化生产工艺，缩减操作步骤提高工作效率。作为幕墙加工工作量最多的龙骨构造机械加工操作，过多的铣口操作优化就成为了首要的优化目标，铣口加工调整切口或直切操作是优化方向。其次优化设计内容是尽可能减少现场施工安装过和中的焊接操作，尽量减少过多螺栓连接尤其是小空间的螺栓连接，小空间会限制螺母紧固操作的转动角度，这对旋紧操作限制极大。在这种诉求下，框架龙骨的连接就有了第二次质的进化设计。在原则上摒弃了“螺栓+角码”的连接方式，采用推入式弹簧销钉系统。弹簧销钉系统最初设计成铝合金横龙骨闭腔内三销钉或四销钉的截面，在实际使用过程中发现，销钉与销孔结合时需要较高的精度，这对销孔加工要求极高，而且现场安装操作需要有经验丰富的操作人员才能未完成，这与“大幅度提高效率”的初衷是不相符的。在幕墙项目安装过程中，技术人员被邀至施工现场实地观察，还原操作步骤分析原委，最终将系统逐步优化为“腔内单销腔外双销”的方式和“腔内单销前端面滑动卡槽”的两种方式，彻底解决安装效率和加工效率的“瓶劲”(节点见下图9，三维工序图见下图10)。
图9：框架幕墙垂直节点（单销滑码）
图10：框架幕墙三维拆解（单销滑码）
a)“腔内单销腔外双销”：腔内三销或腔内四销系统，现场施工安装时因为横龙骨与竖龙骨间仅2mm间隙，要使三颗销钉或四颗销钉都同时对位是有极大难度的。常规的解决手段就是将铝合金竖龙骨侧壁销孔直径扩大，带来的负面影响就是玻璃安装后横龙骨会因为前端玻璃面板安装的负载而旋转。现在在腔体只保留一颗弹簧销钉，将另外的销钉移到腔外，待腔内销钉安装入位后，腔外销钉可以拨动滑入销孔。它针对性地解决了“多销入孔难”的问题。
b)“腔内单销前部滑动卡槽”：解“决多销入孔难”的第二方式，同样是在腔体内只保留一颗销钉，在横龙骨前端面设置卡槽卡住铝合金卡件，卡件再与铝合金竖龙骨用螺钉固定，承受竖向剪力消除单销旋转现象。在实用性方面，滑动卡槽构造比双销外置更易操作，型材截面设计限制更少、更为简洁。
单元式系统要点
在中国的幕墙市场上，框架式幕墙一直是“中流砥柱”，单元式幕墙则更被视作“高档幕墙系统”，更多地应用在超高层的5A办公或星级酒店项目上。
单元式幕墙的系统性优势是不言而喻的，在安装上极为便利，在加工质量上优于框架式幕墙，在现场安装上比框架幕墙更快、质量更可控。另一方面，它也对现场安装人员要求较高，需要能能透彻理解单元式体系（至少是施工班组长和管理人员），严格按施工工序施工，否则结果也会更严重
单元式幕墙的主要设计理念是：加工标准化、产品组件化、安装模块化。这此都需要高度的技术支持、严格的工序步骤，它意味着“封闭”，外界不能随意调整和修改；而框架式幕墙的加工、组装、安装都很灵活，可以根据情况做出调整和修改，甚至会出现现场切割成品铝板情况，它意味着“开放”，也更不可控。
单元式幕墙在设计上，更多的是要将单元幕墙设计理念和实际情况合理融合。在中国，常规采用“横滑系统”，双道密封，外层披水内层防水，水平断水。这些细节里，外层披水和层间断水常因为设计师的经验不足无法落到实处，致使单元系统防水性大打折扣。
单元系统的头横料与底横料接插部位，底横料前壁面应当与竖龙骨前壁面共面，单元框架组装完成后形成一个完整的连续面（见下图10红线所示部位），不会形成空间孔道削弱防水性能。第二点是头横料的等压腔体水槽壁应设计为向外倾斜，不会形成积水。实际项目设计时，有些设计师图简单将水槽壁画成水平槽壁而不是外斜槽壁，单元安装完成后极易形成积水，若现场安装时工序错误造成十字缝不密封时，漏水是不可避免的。
任何幕墙项目，设计先行，加工居中，安装居后，作为项目的最后一环，安装是责任最重的。再好的设计、再好的构件和组件，安装工序不对、安装不到位，都达不到幕墙质量要求，对项目来说就是失败。纵观近十来年，国内乃至北上广深等一线城市，单元式幕墙渗水的现象常有听闻。结合本文作者十几年主持的顾问项目实际情况反映出，国内一些规模不大的施工单位或是挂靠施工方，对单元系统施工的关键防水操作是不了解的，单元式幕墙十字缝位置的密封工作不是少步骤就是工序颠倒，导致最终的渗水漏水现象发生。
单元式幕墙，因其系统的公母料插接截面设计，安装时都会导向入位，这基本不会造成渗水隐患，四块单元板相交的十字缝位置则是防水的关键所在。单元式幕墙的模块化设计思路，单元板块的变形和伸缩都集中体现在十字缝位置，十字缝的尺寸会随幕墙变形而变化。日本作为地震带上的国家，地震频发，他们的幕墙系统对变形复位设计要求极高，所以在日本单元式幕墙系统中，十字缝是采用定制柔性对卡限位堵块来封堵的。中国的地质条件相对较好，到至于国内并没有采用日本这种相对繁琐的十字缝封堵系统。
按照设计要求，单元的基本安装原则是：水平序列安装，高度上序列安装，先底层后上层的金字塔式安装。十字缝位置的安装工序是：①底层单元板块安装到位→②密封胶密封水槽料底部单元头料水槽壁形成的缝隙→③头料水槽壁上表抹密封胶→④水槽料滑入到位螺栓固定→⑤水槽料周边密封胶密封→⑥水密气密层水平泡沫堵条密封胶涂底安装到位→⑦上层第一块单元板安装到位→⑧十字缝上层板底料上洞位抹胶→⑨上层第二块单元板安装到位→⑩十字缝料上洞密封→⑪楼层防火挡烟板安装。在上述工序中第二步、第三步、第五步、第六步、第八步都是极为关键的，一旦疏漏或遗忘就会造成十字缝位置形成联通室内外的空间通道，最终导致漏气渗水。安装过程初期如能查出这些疏漏的步骤还可以进行整改后后期改进，要是幕墙单元板基本挂装完毕，也就只能做有限补救，因为单元板是序列安装的而且安装后不可拆卸。之所以说后期补救是“有限补救”，是因为单元板板十字缝水槽料下洞尺寸约为3mmx12mm，有粘度的密封胶是极难注入密封胶的；水槽料上洞尺寸约为20mmx12mm，这尚可操作。况且一个项目的单元十字缝何止百千点位，这样的补救也只能流于形式而无实际效果。十字缝料下洞见图12，料上洞见图13。
监理作为项目的专业监管单位，理论上是可以及时发现并提出整改以绝后患的，可是实际上很多监理人员反倒没有幕墙施工人员对单元式幕培技术理解的透彻，也就无从发现和监管了。正是因为这个原因，监理这道最后一道保险也形同虚设（图14的实景图片就是有力的侧证）。现阶段的幕墙项目大多有专业幕墙顾问，作为专业顾问，对技术的关键点和施工薄弱点是最为清楚的。专业幕墙顾问通常都有现场巡检服务，在单元安装的初期，顾问需要到现场做技术指导和例行检查，这对于项目是非常有帮助的，他们的巡检也是对监理的技术缺失一个有效补充。
结束语
本文作者从事幕墙工作近二十年，由早期的施工单位工作至近十年的幕墙顾问工作，诸多项目充分验证了技术先导的重要性，是一个项目成功落地的引领。现在幕墙施工队伍与幕墙承包商逐渐剥离，施工人员流动性具大，项目工期越来越紧，在诸多不利因素下，想要使每一个施工人员都充分明白自己的岗位技术要求是不现实的，这就要求每一个幕墙承包商要有一套相适应的现场技术管控、监查、培训措施，放任现场施工管理人员和班组长自行读图识图、自行定制施工安装工序是非常危险的。幕墙系统的优化设计可以有效地规避和减少现场施工安装的技术难度，从而进一步降低施工隐患，提供工程质量。
参考文献资料
[1]JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》
论文作者:余大兵
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：幕墙论文; 龙骨论文; 铝合金论文; 单元论文; 系统论文; 销钉论文; 项目论文; 《基层建设》2019年第7期论文;