如何设计好构件式幕墙

1、材料因素材料因素和合理选和合理选材原则材原则技术因素技术因素和因材施和因材施技的原则技的原则结构因素结构因素和科学构和科学构造的原则造的原则功能因素功能因素和便利使和便利使用的原则用的原则审美因素审美因素和精神愉和精神愉悦的原则悦的原则n简明不列颠百科全书所确定的设计五大原则：412356 无论无论在什么情况下，安在什么情况下，安全性都是最重要的。全性都是最重要的。 应当满足建筑的用途、性能和一定的使用寿命，并遵守国家和行业相应的标准与规范。 作为外维护结构的幕墙应选择适当的材料、结构和足够的强度，抵御风荷载、雪荷载、自重、一部分地震作用及特殊情况下外力造成的冲击荷载。并应采用有效措施保证幕墙

2、的可靠性和耐久性。 幕墙主要的连接设计除与主体结构的连接外均应采用浮动连接浮动连接，并留下足够的间隙，以便吸收沉降、热应力及一部分地震作用。 并采用合理的密封材料或构造，对所留间隙进行密封，必须保证水密性和适当的气密性。 经济适用是一个不可忽视的原则。在保证安全和一定的使用性能的前提下，应尽量节约材料成本。 幕墙主要的使用性能包括抗风压、变形性能、气密性、水密性、保温性、隔声性、光学性。 等性能设计有两个含义两个含义：一是根据幕墙不同部位的使用功能和用途，采用与其相适应的性能设计；比如说：在通风百叶处不需要使用断热型材；二是在使用功能和用途相同的条件下，不同部位的性能应该相同。比如说：幕墙开启

3、部分宜与固定部分性能相同等等。 幕墙从结构设计阶段就应当考虑加工性和安装性。 加工性和安装性好，利于组织生产和现场施工管理，可缩短工期，节约人力、设备运行及管理成本。 幕墙设计必须考虑安装以后的维修和保养问题。 幕墙面板和幕墙主杆件必须采用可拆卸结构，以便在面板破损及其他情况下进行更换。n构件式幕墙按面板材料分为玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、陶瓷板幕墙、光电板幕墙和不同材料之间的组合幕墙等等；n按幕墙主杆件的构造分为：Add Your TextAdd Your Text4123或称深化设计：或称深化设计：在初步设计基础在初步设计基础上的深入细化设上的深入细化设计：绘出结构布计：绘出结构布置详图

4、；进行结置详图；进行结构分析并确定板构分析并确定板件截面形式、尺件截面形式、尺寸寸；其技术文件；其技术文件包括施工图纸和包括施工图纸和说明书。说明书。或或称方案设计：称方案设计：选择承载结构体选择承载结构体系；布置结构系；布置结构；进行初步结构分进行初步结构分析；选择析；选择连接方连接方法；用材品种和法；用材品种和用量估算。其技用量估算。其技术文件术文件包括方案包括方案图纸图纸和说明书。和说明书。或或称工艺设计称工艺设计：是：是技术设计的具体细技术设计的具体细化，应满足化，应满足幕墙加幕墙加工工、制造、运输和、制造、运输和安装所需要的一切安装所需要的一切技术参数、图形和技术参数、图形和文字说明

5、。文字说明。技术文件技术文件包括加工包括加工图、施工图、施工用详细图用详细图纸和纸和说明书说明书n建筑幕墙的设计可根据工程规模、复杂程度、建筑设计的进展以及工作要求等状况，采用以上的三阶段，或将（1）及（2）合并为一段与（3）的二阶段设计，即所谓的扩大初步设计与加工设计的两阶段设计。对于较简单的建筑幕墙工程，也可将（1），（2），（3）合并为一阶段设计。n设计应以建筑为主导，结构为基础，功能为关键，并把结构可靠放在第一位。n因此，结构计算是幕墙设计的第一步，也是最关键的一步。1根据建筑物特点及建筑设计的要求（客户要求）选择幕墙结构类型2根据客户提供的幕墙结构受作用状况进行荷载组合，并根据计算经

6、验初选截面3根据幕墙结构所受荷载的状况和幕墙分格及工作性能确定结构分析模型进行受力分析4根据受力分析选择合适的立柱和横梁截面；面板厚度、支承结构、连接节点的设计和验算n根据受力分析结果选择截面形状，选择截面时要考虑各型材之间的配合关系，尽量选择型材厂家现成的截面形状。n而对于大型幕墙或者比较复杂的结构形式的幕墙，为了能够更好的节约成本，大部分都需要开模。严格按实际尺寸1:1绘图,这样便于后期模拟检验配合关系；型材内腔与角码厚度配合部位间隙尺寸：+0.30.4；型材内腔与平整钢片厚度配合部位间隙尺寸：+0.2，宽度+0.5；型材毛条槽高度一般取1.2毫米；宽度比毛条底板宽度+1.01.2；玻璃槽

7、口主要是配套胶条的问题,关键在于把握好胶条的可压缩量；对于截面不带空腔的U槽，深度不宜是开口处的3倍；型材截面选择和设计时要考虑加工工艺及装配方法的影响；型材截面选择和设计时要考虑五金配件配套和统一；重要的配合尺寸要反复模拟、检验，必要时采用三维绘图检验；多和铝材公司设计人员交流，注意沟通的误差。n幕墙体系的构件布置，或称（幕墙分格），可根据建筑空间状况和要求灵活安排；其布置设计原则为以下几点：幕墙体系构件布置以建筑分格为主导；以主体结构为基础；以满足客户功能需求为目的；考虑立面的美感，有效的运用“黄金分割”比例；以“人”作为设计的中心，考虑人体功学因素4、3、n幕墙杆件与建筑主体的连接结构一

8、般为隐蔽工程，有时不是很引人注意，但实际上它对整个幕墙的安全性、可靠性以及幕墙的整体优化设计起着举足轻重的作用。n我们往往通过连接件连接件把幕墙主受力杆件主受力杆件与主体结构上布置的埋件埋件，用适合的方法进行连接。n1、主受力杆件 通常情况下都选用立柱做幕墙主受力杆件，但实际上如果建筑主体结构合适的情况下也可采用横梁做主受力杆件。 横梁做主受力杆件，受力比较合理，防震效果更佳。并可以按多跨超静定梁进行计算，这样横梁和立柱的截面相对比较小，经济性比较好。n2、埋件 n由于后补式埋件的安装质量受现场施工的条件和人员的影响非常大，不容易控制，经常达不到设计指标，所以如非必要尽量不采用后补式埋件如非必

9、要尽量不采用后补式埋件。 埋件埋件预埋式上埋式上埋式侧埋式侧埋式下埋式下埋式槽形埋件槽形埋件爪形埋件爪形埋件后补式n槽形埋件 n爪形埋件 预埋式埋件锚筋与埋板的尺寸和位置在设计时应严格依据规范进行设计；注意锚筋的长度不要超过结构尺寸（如梁厚度），避免锚筋露出结构外；爪形埋件中A、B两型锚筋宜采用螺纹钢。C、D型的锚筋在设计时应考虑锚筋间的干涉及锚筋在安装时与结构配筋之间的干涉问题。E、F型埋件适合于需要进行防雷的部位；埋板的大小在设计时应考虑幕墙的结构形式的需要。n设计注意事项：设计注意事项： n3、连接件 幕墙主受力杆件与埋件通过连接件进行连接。机械加工的幕墙杆件精度高，而随建筑土建施工的埋

10、件误差非常大，所以要求连接件有足够的调节能力适应这种差异。 连接件根据其可调节方式可分为普通连接件、三维连接件和四维连接件。 连接件材料较为常用的是Q235钢板和型钢，6063T6挤压铝型材。为了适应土建误差和施工方便，幕墙主杆件与主体结构之间理论上应留有不小于50mm的间隙，并在三个方向上留有调节余地：前后不小于30mm，左右不小于20mm，上下不小于15mm。 所有不同金属接触部位均应放置绝缘垫片，其中以尼龙垫片(2mm)最为合适，抗老化性好，有较好的硬度的同时又有一定的弹性。 连接件调整到位后，需在合适的时候将连接件与埋件、连接件之间、连接件与螺栓垫片(厚度3mm)进行焊接处理或采用其他

11、措施保证牢固不松动。幕墙主杆件与主体必须连接牢固，不允许采用弹性活动连接，不允许使用材质较软的弹性垫片，不允许产生相对滑移。n4、合理设置埋件，选择有利计算力学模型 不同的埋件设置，决定了不同的受力方式和计算力学模型，对优化设计，节约成本很关键； 幕墙安装模型一般是以上端悬挂为主，拉弯杆件要比下端支撑的压弯构件受力好的多，不需计算失稳问题，所以实际设计中如无特殊情况，杆件均应采用上端悬挂。 以下是几种幕墙安装方式及受力模型： 在相同的杆件和层高的情况下，这几种计算模型里，简支梁受力最为不利，对立柱的惯性矩和抵抗矩的要求最大，但简支梁安装简单，适应性强。 外伸梁和双跨梁受力较简支梁有利的多，较为

12、节约立柱材料，但对主体结构和设计均有要求。 外伸梁尤其是双跨外伸梁，需要有窗台墙遮挡幕墙立柱接缝，并且插芯要有相当的强度来抵御所受弯矩。双跨梁则需要下返梁有足够的空间来安装第二个埋件，并且下支撑点应为长圆孔。在条件允许的情况下，双跨梁可以选择上埋和下埋的组合，这样中间支点最接近梁中间，受力最为有利。 另外，一般情况下构件式幕墙和单元式幕墙均不要简化为连续梁 立柱与立柱之间应预留不小于20mm的间隙(102-2003规定为15mm)，以适应和吸收主体沉降、温差变形、地震作用和施工误差。立柱与立柱连接一般都通过一个插芯(一端固定，一端自由)来实现的。插芯设计应注意以下几点： 1）、插芯应有合适的强

13、度； 2）、插芯与立柱连接应采用线接触； 3）、插芯与立柱的配合设计； 4）、一个锚点的立柱不能按多跨梁和连续梁进行计算n立柱与横梁的连接设计是幕墙设计中的一个难点。这是因为抵抗风荷载要求的是个“牢”字，而吸收地震作用和温差产生的热应力则要求个“活”字。设计时只有把这两个看似矛盾要求统一起来，才有可能是好的结构。而玻璃对横梁又是偏心压力，容易造成横梁偏转，这又是一个立柱与横梁设计中很棘手的问题。 n尽管立柱与横梁的连接的方法种类繁多，但好的设计很少。比较典型的结构有以下几种： 横竖插横竖插接式接式角码胀角码胀浮式浮式角码插角码插接式接式通槽螺通槽螺栓式栓式双向锁双向锁紧式紧式横梁连接典横梁连接

14、典型结构型结构n1、横竖插接式 横竖插接，顾名思义，是将横梁插入立柱的预留槽内(如图11中1所示)，其安装方法如下： 横梁所受的正负风荷载均直接传递给了夹持横梁的立柱,而横梁角码和与立柱连接的螺钉连接组合只承受玻璃板块和横梁的重力；而不承受风荷载，所以其安全性、可靠性和抵御风荷载的能力非常好。这种立柱夹持横梁的结构，横梁与立柱的接触比较充分，立柱和横梁的强度很好，在横梁与立柱接触的局部产生的变形微乎其微，横梁角码也不承担扭矩，这样可有效避免横梁整体偏转。横梁与立柱之间有较大的间隙，可以吸收温差产生的热胀冷缩。因横梁与横梁角码之间的摩擦力很小，故其很难产生摩擦噪音。横梁浮搁在横梁角码上，在地震平

15、面变形时可自由摆动，吸收地震作用，如下图所示；这种系统幕墙唯一的缺点，就是每平方米要多用一公斤左右的铝料。在目前的市场环境看来，这可能也是致命的缺点。n2、角码胀浮式 这种角码胀浮式连接方法结构设计合理，性能出色，造价也很有优势，非常值得推广应用，其安装方法如下： 在相同的用料情况下，横梁和立柱的这种方盒式结构强度最好，惯性矩、抵抗矩和抗扭截面模量是所有横梁和立柱结构形式里最大的，横梁本身抵御弯矩和扭矩的能力是非常出色的。 这种方盒结构，横梁通过角码把力传递给了立柱，所以角码本身的强度和与立柱连接强度，对幕墙的性能至关重要。角码与立柱不宜用螺钉或穿堂螺栓来连接，应该用沉头自攻钉横梁角码与横梁之

16、间的前后总间隙(如安装图中放大图所示)应不大于0.2mm。这样横梁两端被整个横梁角码胀住(如安装图中2所示)，限制了横梁扭转。横梁则浮搁在横梁角码上(如安装图中A-A所示)可以自由伸缩，所以本结构取名为角码胀浮式。它的防震、减噪和吸收热应力的原理和横竖插接式是一样的。横梁与立柱之间的最小间隙应通过计算而定，但取2mm一般也就足够了。间隙需打胶进行密封。这种连接方法在加工和安装时均有一些要求，对最后整个幕墙的质量非常重要，具体如下： a、角码下料尺寸应根据横梁内腔进行配切后确定。 b、横梁下部两侧需冲或铣一个比角码厚度大1mm的豁口。 c、横梁角码与横梁接触的上部两个角部最好倒园，安装横梁方便。

17、 d、钻立柱上横梁角码连接孔时最好用钻模定位(孔别钻的比自攻钉直径还大)。 e、安装时先将角码挂在横梁两侧，然后将横梁放入立柱之间。用自攻钉拧入立柱上预钻好的孔，将角码安装到立柱上，最后将横梁放下(如安装图中3所示)。这种系统幕墙唯一的缺点，就是每平方米要多用一公斤左右的铝料。在目前的市场环境看来，这可能也是致命的缺点。n3、角码插接式 角码胀浮式如严格定义的话，也应属于角码插接式。区别在于角码胀浮式是整个角码与横梁内腔配合，而角码插接式是角码的一边插入横梁内的槽口，并与之配合。根据其插接的位置不同可分为横向插接和竖向插接，其安装方法如下： 由于角码插接式与横梁也是浮动连接，所以它的减噪和吸收

18、热应力性能也同样很好。角码胀浮式是整个角码与整个横梁内腔配合，角码插接式是角码的一部分和横梁的一部分配合，所以角码插接式的角码连接处强度不如角码胀浮式。半闭腔横梁的抗扭截面模量一般只有角码胀浮式的一半左右。而开腔横梁的抗扭截面模量则低得可怜，所以不宜把横梁设计成开腔结构。尤其重要的一点是即便是开腔横梁加了扣板，它也只能按开腔型材进行计算，不能想当然地认为它是闭腔的。 角码横向插接式角码与横梁配合间隙(如安装图放大图)如按防扭设计，应该取00.5mm为宜，如因型材误差及防震设计的要求间隙不应小于1mm，这个间隙的取值在此陷入两难境地。角码竖向插接式的防震间隙留在了下部，与防扭并不冲突。半闭腔横梁

19、因安装空间狭小，一般安装两个螺栓或两个自攻钉，并且角码较小，所以角码与立柱的连接强度不好，容易产生扭转。n角码插接式如采用半闭腔横梁，且设计合理的情况下，是可以考虑使用的。n4、通槽螺栓式 通槽螺栓式的横梁上有通长槽口可以让螺栓帽在里面滑动但不能转动。安装角码时。将其用螺母与预置在槽口内的螺栓连接牢固，其安装方法如下： 螺纹连接失效问题。这种结构螺栓在热应力产生的蠕动作用下，如无可靠的的防脱落措施情况下，很容易失效。噪音扰人的问题。首先，在玻璃分格划分正常情况下采用浮动式连接，不需额外支出成本，即可取得良好的降噪效果。其次，当玻璃板块超大超重的时候，可以根据幕墙结构的不同采用合适的方法，确保幕墙“不鬼叫”。n这个结构的本意可能是通过横梁与角码之间可滑动，来吸收温差带来的变形，应该说这样处理，达到了这个目的。但是它解决了一个问题的同时却带来了一些更大的问题。其次，在玻璃板块重量的作用下，摩擦噪音很微弱，一般人耳很难听到。而