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摘要：超高层单元式幕墙被称作“第三代幕墙”，其是超高层建筑墙面板与各种支撑框架的结构单位，在超高层建筑整体结构中占有重要位置。则设计单位如何做好超高层单元式幕墙设计工作，避免由于外界因素而影响到设计质量是至关重要的。本文将以超高层单元式幕墙设计思路及相关问题为研究内容，并结合超高层单元式幕墙设计现状对超高层单元式幕墙设计进行科学化的探索，用最科学的方法解决超高层单元式幕墙设计中的问题，满足城市人们的居住需求，进一步促进我国建筑行业的发展。
关键词：超高层单元式幕墙设计；思路；相关问题
前言
随着我国城市的发展，城市土地资源急剧减少和城市人口剧增的情况越加严重，为解决城市人口的基本住房问题，超高层建筑项目被认可并在近几年得到了快速发展。与此同时，超高层单元式幕墙设计作为超高层建筑项目设计中重要一环也在逐渐受到人们关注，人们对其设计要求不断提高，而超高层单元式幕墙设计中的问题和局限不断的显现出来。因此，本文将对超高层单元式幕墙设计中因自身结构原因或是自然环境而造成的问题进行解析，促进超高层建筑工程项目建设的顺利进行。
1.超高层单元式幕墙分析
超高层单元式幕墙是一种国际上新兴的幕墙结构，其也是在不断的发展中。将超高层单元式幕墙简单化说就是建筑幕墙结构基本单位，其组装部件是在工厂内制作的各种墙面板和支撑框架，可以直接安装在超高层建筑的主体结构中。超高层单元式幕墙分为两种：单元式幕墙和半单元式幕墙（又被称作坚挺单元式幕墙），而其中的半单元式幕墙又分作立挺分片单元组合式幕墙和窗间墙单元式幕墙，虽然这些幕墙分类不同，但其基本原理是一致的。
超高层单元式幕墙的优越性能：(1)由于在设计时采用了雨屏原理和排水设计，则单元式幕墙的防水性能好。(2)单元式幕墙是在工厂内采用插接方式连接各单元板块，因此其质量可靠，变形能力强并有着良好的抗震性能。(3)超高层单元式幕墙的建设施工简单，施工人员容易操作，大大缩短了建筑施工周期。
在国外发达国家幕墙设计已经经历百年左右，而幕墙设计在我国经历不过十多年，却也逐渐赶上国外幕墙设计水平，各一线城市超高层建筑均可见单元式幕墙的踪影。
2.超高层单元式幕墙设计思路
虽然超高层单元式幕墙主要功能是承接各类墙板和支撑结构，确保其整体结构的稳定性，但在实际设计超高层单元式幕墙时，要根据不同建筑的实际情况进行设计。则在此，将结合实际高层建筑的例子分析幕墙设计思路。一般超高层单元式幕墙设计分为：立柱设计、挂件设计、转角板设计和装饰条设计。下面进行详细分析。
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2.1立柱设计
立柱是超高层建筑中主支撑部分之一，则其成为幕墙结构设计的重点，是组成完整幕墙结构部件之一，承担着超高层建筑各层之间的荷载，但没有承担着主体结构荷载的功能。一旦立柱设计不当，不仅会导致面板和支承结构被破坏，还会造成超高层建筑各层荷载过重，引发施工人员人身安全事故。因此，在对单元式幕墙的立柱进行设计时，不仅要遵循基本的设计原则，还要考虑建筑各层的重力荷载、风荷载和各种气候因素等影响下的幕墙立柱安全性，以某超高层建筑为例，其风荷载值就较其他建筑的风荷载值大，导致幕墙的立柱受力大、建设难度大，则在幕墙立柱设计时，将立柱和装饰盖板并合，合理设计立柱的尺寸，确保单元式幕墙设计的质量。
2.2转角板块设计
在实际超高层单元式幕墙工程建设中由于转角板处的加工和安装困难，常常会出现幕墙板块在现场无法准确安装或是就位后存在空隙和漏洞，在遭遇暴雨时，便成为了单元式幕墙工程漏水的最大隐患，再加之，相较于标准的平面板其控制难度更大，则转角板的设计是单元式幕墙工程建设中最难的。因此，在设计转角板时，要利用先进的加工技术和安装技术，加强对相关超高层建筑数据的严密测量，结合建筑工程外形特点进行科学设计。此外，在对29度转角区进行设计时，可以设计成三个部分分格独立的形式，再将三个部分分格连接，这样不仅提高了幕墙转角板块的安装效率，还可以防止幕墙工程的漏水问题。
2.3转接挂件设计
由于超高层建筑自身高度过高、建筑层数过多和占地面积过大的特点，则其承受的风压是一般建筑的风压的几倍之多。在这种大风压情况下，单元式幕墙转接挂件设计中常常采用Q235B材质的钢材，不仅钢材密度和建筑不符，还无法承受该风压；再加上气候环境的问题更是缩短了钢材耐气候能力，这是对单元式幕墙中的转接挂件设计和质量的巨大考验。因此，在进行单元式转接挂件设计时，首选要对超高层建筑进行测量，再选定适宜的钢材进行单元式幕墙工程施工。此外，还要考虑对转接挂件周围的温度、主体移动等因素。例，某高层建筑单元式幕墙转接挂件设计中采用的是铝合金转接挂件，材质为6061-T6高强航空硬铝，不仅质量轻巧、强度高、不易生锈，还能够确保超高层建筑的安全。
2.4装饰条设计
超高层单元式幕墙一般设计为竖向分布400m(长)乘200m(宽)的大型铝制装饰条，在对这种铝制装饰条进行设计时，最重要的、最关键的是对铝制装饰条的固定和截面形状的安排。单元式幕墙装饰条固定设计方案是与立柱设计进行相互结合，采用多点式固定或是隐藏式螺钉固定的方案，将转饰条独立进行分段设计，装饰条和单元板块独立成体系，不仅满足建筑结构和装饰条的受力需要，还大大减少了单元式幕墙工程建设难度。此外，分开运输单元板块和装饰条，吊装前将两者进行组装再吊装，不仅方便了单元板块和装饰条的运输，避免两者在运输中被损伤，还使得单元式幕墙设计方便快捷。
3.超高层单元式幕墙设计相关问题
在实际超高层单元式幕墙设计过程中，会受到外界环境气候因素或是自身设计结构的约束，从而影响整体超高层建筑设计质量，以下便是对这两种不利因素的分析。
3.1环境气候问题
(1)环境气候。建筑外形较为复杂的超高层建筑和高度超过200m的超高层建筑容易受到周围环境的影响，例：一旦遭遇大风，不仅会影响超高层建筑的正常建设，还会影响超高层建筑周围地区的风向和风速。则在超高层单元式幕墙设计前，要对每一个独立项目的风荷载进行风洞数据测试，用国家规定的规范计算法取得准确的风荷载数据，增加工程的经济效益，保证超高层单元式幕墙的安全性和美观性；此外，幕墙的构件安全等级一般不超过二级。
(2)地理环境。由于在某些地区会出现轻微的地震情况，超高层建筑整体就会有轻微的“动作”；再加之，前文的内容提到到超高层单元式幕墙会受到高强度风压的作用，超高层建筑会因地理环境呈现主体结构位移的现象。而在这种情况下，便要求单元式幕墙必须有可以适应建筑主体结构的位移能力，即幕墙本身变形程度大于主体结构的变形程度，满足建筑工程设计要求，确保单元式幕墙工程的质量。
3.2超高层单元式幕墙自身结构问题
关于超高层单元式幕墙自身结构问题分为两部分：装饰条和接连部位。首先，装饰条方面，在前文已知超高层单元式幕墙设计的装饰条体型较大，便造成了超高层建筑的遮阳面积过大问题，建筑居住者无法享受到正常阳光照射，则这时在进行超高层单元式幕墙设计时，就要考虑遮阳板的外挑长度。此外，国家规定的遮阳计算法为：有外遮阳的楼层，幕墙遮阳系数＝玻璃的遮阳系数×外遮阳的遮阳系数；无外遮阳的楼层，幕墙遮阳系数即为玻璃的遮阳系数，在实际设计中，要确保建筑居住者正常的日照强度和日照时间；再者，接连部位方面会因为人为原因或是自然环境而造成漏水问题，则在选择施工材料时，要根据不同的部位进行挑选，例：单元式幕墙中的四个相邻板块的十字缝，应当设置插接水槽和铝制水板，避免出现漏水问题，确保超高层单元式幕墙设计的质量。
4.总结
超高层单元式幕墙的设计质量不仅关系着超高层建筑工程的质量，还关系着建筑居住者的人身安全，人们对其设计要求也在不断提升，则做好超高层单元式幕墙设计和弥补超高层单元式幕墙设计的漏洞是顺利完成超高层建筑设计工作的关键，以进一步促进我国建筑行业发展。
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论文作者:李明聪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第20期
论文发表时间:2017/12/14
标签：幕墙论文; 单元论文; 高层论文; 高层建筑论文; 立柱论文; 结构论文; 荷载论文; 《防护工程》2017年第20期论文;