基于设计施工一体化理念的装配式幕墙设计要点研究_王鑫.pdf

住宅与房地产HOUSING AND REAL ESTATE42THEORY RESEARCH理论 研究文/Article 王 鑫 夏广伟 王金秋基于设计施工一体化理念的装配式幕墙设计要点研究摘要：随着我国经济社会发展，装配式幕墙在现代城市建设中得到了广泛应用。相较于传统幕墙，其具有安装精度高、安全性能好、工期短等优点。作为建筑工业化的产物，幕墙设计者应结合现场实际，进一步优化设计工作，以便服务实际生产。文章主要从设计施工一体化的视角出发，阐述了常见的装配式幕墙结构，包括预制混凝土挂板、大单块式幕墙小单元幕墙的结构特征与应用现状，并研究了基于设计施工一体化理念的装配式幕墙设计要点，明确预制混凝土挂板、大单块式幕墙小单元幕墙的优势和在工程应用过程中的设计要点，以期助力装配式幕墙的应用发展。关键词：建筑幕墙；装配式；设计施工一体化我国城市化发展日新月异，各种新型建筑物不断出现，从设计、材料到施工工艺，各种新需求也不断涌现。然而，随着我国渐渐步入老龄化社会，建筑行业也面临着劳动力短缺的问题，同时，环保、绿色、低碳等理念也不断对建筑工业化、设计施工一体化提出了更高要求。传统幕墙安装方法一般在现场进行施工，并根据图纸遵循传统施工工艺安装框材、边材等辅材，它具有施工精度差、安全系数低、工程质量低、安装周期长的弊端，不符合现代工业化要求。装配式幕墙，是一项新兴的施工规范化、制造产业化的建筑装饰方式。新型装配式幕墙安装方法是在施工现场进行装配，具备安装精度高、安全性系数大、工程视觉效果好、施工周期短、保护措施花费较少的优点，并且具备施工环境舒适环保、节约施工人力的优势。1 常见的装配式幕墙结构1.1 预制混凝土挂板体系预制混凝土挂板体系集建筑外墙建筑装饰面、保温功能于一身，产品为工厂一次性成型，省去了在施工时现场外安装的操作环节，既节约了人力、物力，又保证了产品质量。根据预制混凝土外墙挂板板（一）（16J110-2、16G333），按功能定位，其可分为围护板系统和装饰板体系，同时围护板系统按建筑物的立面特点又分成整间板系统、横条板系统、竖条板系统等。1.2 单元式幕墙体系单元式幕墙是将面板、大梁和支柱等在厂房内整体拼装为幕墙单体后，施工单位在现场场进行装配砌筑的骨架与支承工程幕墙。按照形式不同可以将其分为明框、隐框及半隐框单元式幕墙，根据自身性能可以将其分为断热和不断热单元式幕墙。单元式幕墙具有安装速度快、安装周期短的特点，集各种幕墙技术于一体，可以为建筑师发挥想象力提供广阔的天地。1.3 小单元幕墙小单元幕墙是由金属副框、各种单块板材组成，采用金属挂钩与立柱、横梁连接的可拆装的建筑幕墙。按安装工艺其可分为以下两种：（1）龙骨组装式。指幕墙的龙骨支撑结构与加工厂组框，先构成龙骨单体之后，再在现场整体挂接在主体框架上，最后将面板以构件方式在现场整体组装于龙骨单体上。（2）板材装配式施工系统。即建筑内外墙板材在车间中经过附框加工成形的组装式完整板材，并且将场地HOUSING AND REAL ESTATE住宅与房地产43与幕墙施工系统的主体支承龙骨以结构型式布置，当二方完工后再将整个板材在场地与龙骨结构系统完成连接。其功用主要具有外墙壁装饰面、室内外墙防水、室内外墙防水、内墙壁装饰面，以及各类墙面作用。2 基于设计施工一体化理念的装配式幕墙设计要点2.1 预制混凝土挂板预制混凝土挂板是在幕墙中用来取代一般的现场砖砌块墙，其结构较一般砖砌块墙，有以下优势：水泥混凝土及模板制作流程在厂房中进行，场地布置方便快捷，采用流水线制作，可有效减少工期；混凝土板使用标准化设备制造，质量好和受场地影响小；周转料具投入量较少，相应的基础建设投资及占地空间减少。预制混凝土挂板适用于房屋外立面造型异形过多或单个模块体积过大的特殊情形，面对这些异型和大模块的施工条件，在施工前期设计阶段，必须考虑以下因素：（1）异形板的热力学分析。在设计中必须对非平整板及多角度组合板进行有限元分析。（2）异型结构的风荷载取值。在考虑带部分旋转或板体凹凸时，可根据最恶劣条件（转角区）选择风负荷体形系数。（3）预制式面板的面板预埋转接布局、预制式面面的加强筋布局、预制式面面的第 1 道支承龙骨的布局（工厂完成）。在工程设计前分别需要考量的最恶劣情形，如在接头及支承等最细微环节损坏后，仍可保证一定安全。（4）面板分格的设计。除需设计验证结构与连接处的足够承载力外，预制板的分格尺寸亦会受搬运、吊装等安装要求的影响，需加以考虑。（5）对布置误差的限制。大板块不规则面板与主要构造之间应具备足够的三维可调整范围，以适应当大板固定在主要构造上时，其所需要的预埋件布置要求。（6）系统之间的有效衔接。需要在工程设计时，充分考虑不规则板层之间和系统间的隔离带设计的合理性、大板块与面板间的有效衔接方法和空间要求。（7）吊件的限位能力。当吊板受到地震影响或在特定状态下发生竖向移动时，要考虑其限位构件的承载能力。2.2 单元式幕墙单元式幕墙的主要优点如下：由于组框工艺在工厂中实施，其现场施工速度快、时间短、工作内容量小；单元模块之间用企口管连接，现场装配精度高，表面平整度效果好；建筑构件均采用数控加工制造，便于保证质量；组框全部在生产现场进行，便于控制精度和产品质量；在幕墙单元中可以随意组合多种面材，当使用更复杂的构件时，施工过程仍很简单；产品安装的机械化程度高，施工活动受场地的构件安装状态的干扰小。单元式幕墙主要适用于建筑外立面规整但体量很大的建筑物，以及对施工条件要求较差的建筑物，比如难以布置充足脚手架体系的高楼和超高层建筑物，以及水上建筑等。其主要设计要点如下：（1）设计型材断面时，除龙骨所要求的力学性能外，还应充分考虑企口料块拼合的布置空间、各槽缝的连接形态、与相邻板块结合形态，及其与型材结合后气密水密的合理性。（2）设计气密与水密系统时，需布设合适的尘密线、水密线和气密线，以保证对等压腔起到的效果。（3）控制系统总体的排水能力，除雨幕层系统整体住宅与房地产HOUSING AND REAL ESTATE44THEORY RESEARCH理论 研究设计后，应确保等压室的泄漏水尽快排除。（4）对于预埋件与单元板之间的连接形式设计，以及单元板负荷情况下对主要构件的限制，需考虑最恶劣情形，即在连接及支承结构的最薄弱环节失效时仍可保证一定安全性。（5）构建消防体系时，在防火层建设中必须充分考虑相应防水防烟。（6）判断边线胶条是否必须对齐，重密封线能否对齐，必须根据节点结构综合考量。（7）在结构梁下的中横框开展积水和排水构造设计。（8）掌握支座系统的三维可调整范围，幕墙结构单元的主体系统必须具备足够的三维空间可调整范围，以实现单位式幕墙安装在主体系统上时，其所需要的预埋件的形式与方位。（9）明确悬吊件限位能力，即单元式幕墙因受到地震影响而在特定状态下发生竖向移动时，其限位构件的最大承载能力。2.3 小单元幕墙小单元幕墙体系可在某些情形下取代大单元式幕墙的体系，除单元式幕墙的各种优势之外，还具备下列独特优势：其每一个面板均为单独的结构，均能单独安装或拆卸，不影响附近结构；对土建构件类型、建筑外形和预埋件要求较小，便于误差管理；相比于普通单块的幕墙工程，其费用比较实惠，可应用于不同大小的工程；当面对系统简单但存在着复杂结构及不规整形状的建筑物外立面时，更能有效降低设计工作量和建造复杂度。（1）龙骨装配式小单元幕墙设计要点。龙骨装配式小单元幕墙体系适合有大量幕墙门窗设计的房屋，各个幕墙门窗将窗户与墙分离开，但门窗的尺寸一致。这种幕墙体系的设计要点如下。第一，断面设计与组框。在施工图中必须有具体的组框图，并必须清楚地说明哪些部位必须由工厂装配进行，以及哪些连接是在现场设计的。第二，系统交接的构件组成。主要考虑框单元的边框和窗内墙或其他非透明幕墙之间的共用情况，以确定对应龙骨块能否参与相邻两侧受力平衡和保温、隔热功能的结构需求。第三，支座体系的三维可调整范围。龙骨系的主框架必须具备足够的三维可调整范围，以实现小单元幕墙安装在主框架上时其所需要的预埋件布置形式与方位。（2）面板装配式小单元幕墙设计要点。面板装配式小单元幕墙适合于龙骨空间跨度较大，单位尺寸大小相同，且墙面设计方式较复杂的建筑外立面施工，这种幕墙体系的使用特点如下。第一，面面单元设计要求。面面单位必须具有防护体系等功能，以达到单独的负荷承重能力并相应环境所需要的各项需求，如防水、隔热等。第二，面板单位与龙骨控制系统之间的连接方式。因外立面面板布局较繁杂，单位控制面板与龙骨控制系统的连接宜简单便捷，并保持有足够的可调整角度，以减少因外立面拟合产生的影响偏差。第三，相对于单龙骨系统三维的调整。每个面板单龙骨系统都必须具备足够的三维可调整范围，以便于适应配件各种布置方法和分格位置。第四，消防系统。需要解决各个小单元面板组成的墙面各层之间的消防隔离问题。3 结束语装配式幕墙相较于传统幕墙展现出了独特的优势，并在我国城市化进程中日趋得到重视。文章详细介绍了三种常见的装配式幕墙建筑结构及其优点，并基于设计施工一体化理念研究了其设计要点，旨在为广大工程从业人员提供一定参考。未来相关研究人员可从新材料、新工艺、新设计理念等角度对装配式幕墙结构开展深入研究，以便提升幕墙建筑结构实际施工质量。（作者系中建新科装饰工程有限公司高级工程师）参考文献1 邓治良,陈恩莉,董彪.从设计角度谈装配式幕墙的施工安装:体系优化 高效作业 J.四川建筑,2019,39(5):50-52.2 刘焱.预制混凝土幕墙设计研究 D.南京:东南大学,2016.3 罗忆,凡子俊,杨阳,等.北京城市副中心 A2 项目大板块装配式幕墙工程设计 J.建筑技艺,2017(7):113-115.