摘要：单元式玻璃幕墙，开启扇是整体幕墙系统必不可少部位，其中开启铰接部位的刚性连接及挠度控制是门窗闭合的关键点，本文结合单元式幕墙安装工程实施过程中出现开启部位质量问题，通过改进铰接部位的刚度使结构合理化，有效地解决该技术问题。为今后类似单元式幕墙设计提出了稳定性较好的铰接部位优化结构。
关键词：单元式玻璃幕墙；开启扇；结构；开启扇的挠度；铰接部刚性
1 单元式幕墙基本特点
单元式幕墙是由面板与支承框结合为一体的幕墙结构，加工后的半成品可以直接安装于建筑主体结构的幕墙系统。总结其特点主要有以下几点：
（1）单元式幕墙设计与制作成本价较高，但是其也具备其他目前形式中所不具备的绿色环保特点，将其应用于建筑工程中具有防风防水效果。
（2）单元式幕墙施工方式主要是运用等压原理，在幕墙内部设置排水系统，可以使积水逐级排除，以免出现渗漏情况。
（3）单元式幕墙板块安装主要是采用吊装形式，这样可以减少附件以及构架的使用，现场施工措施费减少，为施工企业节约了大量成本，由于其单元板块在工厂组装完成，组装工作量少所占用的场地也较少，所以给施工现场管理带来了极大的便利。
（4）由于单元式幕墙结构材料选择、单元板块维护管理、设计制作以及质量控制等工作都是在专业工厂中进行和完成的，因此其建筑工业化程度颇高。
2 工程概述
建筑外立面采用玻璃单元式幕墙，一般尺寸都比较大，每单元的面积都在5～6m2大小，对于相关的幕墙开启部分的重量一般在100～150kg的重量，由于刚度不够，时间长了会产生铰链部位的变形，造成开启不密封，或开启扇不能关上。因此对铝型材框架的壁厚和五金件提出了比较高的要求，同时对开启部分的结构设计刚度和强度的核算也提出了要求，甚至应该对五金件的疲劳极限要进行核算。因为一旦单元式幕墙安装上去后，在幕墙的设计寿命内，对开启扇五金件和连接部分进行修复是很难的事情。目前，对于该部分内容国家没有相应的规范和技术上的要求，因此对设计和安装制作的厂家在玻璃单元式幕墙的初始制作及安装过程提出了要求。
某公司承接的浙北大厦幕墙工程中，其中主塔楼单元式幕墙面积达21800 m2，每块单元式幕墙的面积达5.438m2。其中带有开启扇的单元式板块占总数的五分之二，即带开启扇的单元板块有800块之多。由于单元式幕墙起先的结构设计存在缺陷，在大面积开始安装时发现存在本文开头所述的质量问题，经过公司技术部门、项目部和加工厂反复论证，在结构上做了适当的调整，有效地解决这个问题。
3 单元式幕墙设计需要考虑的问题分析
（1）幕墙结构设计上一定要满足建筑幕墙的连接性，建筑幕墙应该具备良好的承载力、稳定性以及结构刚度。这样的建筑幕墙才能真正起到建筑维护的作用。除了保证幕墙结构的稳定性外还要注意建筑幕墙的位移能力。在幕墙连接时不需要全部采用螺栓连接的方式，可以采用动点连接和微动连接，具有一定的活动性，达到幕墙—主体结构的位移效果。
（2）现代建筑的标准层高可能为4.4米甚至更高，为了满足受力要求，提高龙骨的强度，常常需要钢型材与铝型材相结合来承受幕墙荷载，但是二者的连接是比较大的难题。为了能保证钢型材与铝型材能共同受力，就需要二者相互融合。两种材料融合性不高，连接不紧密，就会导致幕墙受力不均，出现挤压变形和受力弯曲的结果。这样幕墙的稳定性受到破坏，稳定性的损害会引起严重的建筑事故。
（3）节能设计。融入现代高新技术的建筑设计有了更高的幕墙设计要求，幕墙设计除了要具有良好的抗风压、水密性、气密性外还要具备现代建筑设计的新要求“节能环保”。节能环保受到的高度重视，是幕墙设计也不得不以其作为幕墙质量的衡量标准。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆现代大型公共建筑越来越多，大型建筑造成的噪声污染、光源污染以及热量损失对保障建筑质量以及环境都有较大的危害。
（4）防火设计。幕墙的周围与每层楼板及隔墙处的缝隙没有采用防火保温材料进行填塞，无法满足消防要求，倘若发生火灾时没有起到隔断火灾的作用。通常的封堵做法是填塞不燃或难燃材料，以达到火焰无法在建筑内部进行扩散的目的。但是在审图时很多设计存在封堵不到位，标准的做法应采用岩棉或矿棉进行填塞，衬托岩棉用镀锌钢板厚度不得小于1.5mm，岩棉或矿棉厚度不得小于100mm。同时，为避免两个防火分区因玻璃破碎而相通，造成火势迅速蔓延，同一玻璃板块不宜跨越两个防火分区。
4 开启扇自重的计算及挠度计算
（1）基本参数。工程所在地区抗震设防烈度：六度；工程基本风压：0.45kN/m2；工程强度校核处标高：35.1m。
（2）玻璃自重计算。GSAk：板块平均自重（不包括铝框）。
（3）开启扇铰接部的挠度计算。铝材的弹性模量E为70000MPa=70000N/mm2。铝材的惯性矩I是一个物理量，通常被用作述一个物体抵抗弯曲的能力。惯性矩的单位为mm4，例如矩形对于中线（垂直于h边的中轴线）的惯性矩：b×h3/12，复杂的截面需要通过专业软件计算。
5 开启扇下移的原因
根据挠度的计算，挠度接近半个毫米，显然不是很大，但随着时间的推移这种悬臂梁的结构会产生塑性变形，因此开启部位的下沉是有的。但是为何在安装时出现开启扇底部下移15mm位移量大大超过铰接部位的挠度这样的现象呢？仔细分析图中的铰接部位的刚性设计，显然我们是以螺栓部位连接足够强，以这种悬臂结构一端是固定为前提的。但是实际的螺栓与扇框连接刚度不够，造成铝方管（悬臂）转位，实际在扇框根部也产生了位移，两个位移的叠加，就造成了开启扇底部与扇框错位。
6 开启扇铰接部结构调整
我们经过反复论证，分析原来的结构设计图，根据分析的结果，采取了几个措施：
（1）在根部增加和扇窗宽度长相等的30×30×2.5角铝；增加根部刚性及支撑牢度，以减少方铝倾斜。
（2）在根部拼角增加螺栓个数，确保根部的完全固定。
（3）增加一和扇窗宽度长度相等的截面为17×20的方铝条，结构上形成了简支梁结构，在铰接部位相当于形成了铰支座，因此位移（挠度）几乎为零。这有效地解决单元式玻璃幕墙开启扇下移，不能关闭的质量问题。
7 结束语
随着单元式玻璃幕墙应用越来越多，开启扇的扇点铰接的刚性及强度问题也越来越突出，但是这方面又缺乏相应的计算规范，本文所涉及问题的提出一方面是对现场实际问题的解决，另一方面又是希望幕墙设计今后重视单元式玻璃幕墙开启扇结构领域的合理设计，使得我们幕墙设计更加牢固可靠。
参考文献
[1]祝开涛.甘旭东.单元式幕墙结构计算中应注意的几个问题[J].城市建设理论研究:电子版,2015(29).
[2]谢文华.刘永飞.张凤.浅议当前高层建筑玻璃幕墙的设计与发展[J].建筑•建材•装饰,2015(9):44-44.
[3]陈媛.单元式玻璃幕墙结构原理及施工质量控制[J].门窗,2014(9):158-158.
[4]梁凯生.林金钊.单元式幕墙结构计算中应注意的若干问题分析[J].城市建设理论研究:电子版,2014(17).
[5]邵光辉.单元式幕墙的细部设计与施工的探讨[J].城市建筑,2013(10):220-220.
论文作者:黄素文
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/10/31
标签：幕墙论文; 单元论文; 结构论文; 挠度论文; 建筑论文; 部位论文; 位移论文; 《基层建设》2017年第21期论文;