光彩中心單元式幕墻設(shè)計及施工技術(shù)

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北京光彩中心工程位于北京東單十字路口東南角，是集辦公、金融、商貿(mào)、娛樂、餐飲為一體的綜合建筑群，由中心主樓（23層）和四個配樓（18層）組成，總建筑面積25萬平方米，最大檐高99.262m，結(jié)構(gòu)為框架剪力墻結(jié)構(gòu)。外立面建筑做法為全建筑幕墻體系，風(fēng)格嚴(yán)謹(jǐn)而豐富，以單元式幕墻為主，天然石材、玻璃、鋁材為主要材料。幕墻工程總面積約8萬m2，其中單元幕墻面積約4萬m2。單元式幕墻是國際上近年出現(xiàn)的高檔建筑外維護(hù)系統(tǒng)，是在工廠加工程度最高的一種類型。本工程對以往單元式幕墻設(shè)計的不足之處做了很好的改進(jìn)，采用比較先進(jìn)的材料，并通過精心的施工組織，達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。
    1、主要材料
    （1） 鋁材：選用國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋁合金，狀態(tài)為6063A-T5，型材表面銀灰色氟炭噴涂（三涂）處理。
    （2） 玻璃：6+12+6mm中空玻璃：外片淺綠色本體鋼化，內(nèi)片LOW-E透明鋼化中間充氬氣。具有良好的隔音降噪、陽光控制、減少熱傳遞、抗沖擊等適應(yīng)和改善建筑環(huán)境的功能。
    （3） 石材：25mm厚光面寶金石花崗石，采用同一礦脈的石板。
    （4） 鋁板：國產(chǎn)防銹鋁板，厚度3.0mm。表面氟炭噴涂（三涂），膜層厚度不小于40μm；涂層磨損系數(shù)≥40；抗化學(xué)性、耐濕性、耐鹽水腐蝕性符合要求。
    （5） 結(jié)構(gòu)膠及密封膠：GE公司SSG4400硅酮結(jié)構(gòu)膠，SCS2003硅酮耐候膠。有良好的粘著力和延伸率、抗氣候變化、抗紫外線破壞、抗撕裂和抗老化等性能。
    （6） 密封墊和密封膠條：膠條選用EPDM膠條即三元乙丙膠條?？估匣阅芎茫圃烊菀?，無污染，造價低廉，是較為理想的膠條材料。密封墊擠壓成塊、密封膠條擠壓成條，邵氏硬度為70±5并具有20％至30％的壓縮度。
    2、單元式幕墻設(shè)計
    單元式幕墻結(jié)構(gòu)的構(gòu)成原理是：根據(jù)建筑設(shè)計效果分格確定單元板塊的寬度，根據(jù)樓層高度確定單元板塊的高度，并在組裝廠中制成單元組件，一個單元板塊即為一個受力單元。安裝時將單元板塊固定在結(jié)構(gòu)樓板（梁）上，采用上掛點(diǎn)設(shè)計，受力形式比較明確、合理。對比其他單元式幕墻,本工程具有如下特點(diǎn)：
    2.1板塊之間的連接
    本系統(tǒng)型材插接處為三道膠條密封，形成A、B兩等壓腔。板塊豎向多功能插芯連接定位，安裝可行，易保證板塊豎向拼縫的直線度和整幅幕墻的平整度。等壓腔內(nèi)高外低，既保證幕墻室內(nèi)冷凝水可以順利導(dǎo)向室外，又保證室外雨水不會倒流入室內(nèi)，增加此處的密封性能，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)防水。
    2.2與結(jié)構(gòu)間連接
    本工程采用了比較先進(jìn)的槽形預(yù)埋件，結(jié)構(gòu)施工時同步預(yù)埋。預(yù)埋在結(jié)構(gòu)梁（板）側(cè)面，通過T型螺栓與轉(zhuǎn)接件相連。經(jīng)過現(xiàn)場拉力檢驗(yàn)（3組），結(jié)果分別達(dá)到26.5KN、23.9KN、24.4KN而未見破壞，滿足設(shè)計≥18.0KN要求。該種埋件與平板埋件比較具有如下特點(diǎn)：
    （1） 安全可靠，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，拉拔力破壞荷載可達(dá)72KN。
    （2） 調(diào)節(jié)性能好，其特殊的連接方式可以吸收較大的土建誤差，具有較大的調(diào)節(jié)余量，而平板埋件調(diào)節(jié)余量相對較小。
    （3） 連接靈活：可與多種轉(zhuǎn)接系統(tǒng)直接簡單連接，減少施工工序。平板埋件靈活性差，與系統(tǒng)連接時需搭焊角鋼或鋼板，增加了工序。
    （4） 無需焊接：通過T型螺栓連接，現(xiàn)場無需焊接，減少了工序，降低了成本，縮短了工期且無火災(zāi)隱患。
    （5） 易于埋設(shè)：體積小，重量輕，加強(qiáng)工字鋼最長110mm且三根成一字排列，易于與主體結(jié)構(gòu)連接。
    2.3轉(zhuǎn)接系統(tǒng)
    樓板結(jié)構(gòu)區(qū)域的幕墻板塊采用掛軸掛鉤式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有三維空間調(diào)節(jié)功能，能有效的吸收建筑誤差，以保證單元板塊安裝的平整度。其主要特點(diǎn)如下：
    （1） 該系統(tǒng)受力狀態(tài)合理，能使幕墻與主體結(jié)構(gòu)保持柔性連接，大大提高抗震性能，同時可避免板塊安裝同時的任何焊接工作。
    （2） 為防止由于幕墻釋放水平方向的溫度應(yīng)力，而使轉(zhuǎn)接系統(tǒng)發(fā)出摩擦聲，使用一種PVC“防爆聲”裝置，將其裝配在掛鉤上，可以有效地緩沖震動和防止摩擦噪聲。
    2.4幕墻的節(jié)能設(shè)計
    現(xiàn)代幕墻已不再僅僅滿足于抗風(fēng)壓、水密性、氣密性等基本性能，幕墻的環(huán)保節(jié)能越來越成為現(xiàn)代人衡量幕墻品質(zhì)的指標(biāo)，作為大型公共建筑，噪聲，光污染，熱量損失等都會對建筑及環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。建筑幕墻的熱交換途徑主要是熱傳導(dǎo)，因此降低幕墻的熱傳導(dǎo)率是節(jié)能幕墻的最主要課題。
    2.4.1透光部分采用目前熱損失最小的LOW-E中空玻璃，其導(dǎo)熱系數(shù)k值在1.8 w/m2.k以下；不透光部分（如石材、鋁板等）則在面板后面設(shè)置50mm厚的硬質(zhì)玻璃纖維保溫板（k=0.045w/m2.k），并與面板和建筑主體之間留出空隙，以增加整體熱阻值，經(jīng)計算導(dǎo)熱系數(shù)k=0.77 w/m2.k。 兩種型式幕墻的導(dǎo)熱系數(shù)均在幕墻允許最大導(dǎo)熱系數(shù)（2.45 w/m2.k）之內(nèi)。
    2.4.2隔熱斷橋型材
    在以往的幕墻設(shè)計中，通常采用中空玻璃和保溫材料，往往忽視了鋁框的導(dǎo)熱問題。中空LOW-E玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為1.8w/m2.k ，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)是玻璃的110倍，高達(dá)203w/m2.k ，其優(yōu)良的導(dǎo)熱性能成為幕墻難以繼續(xù)忽視的傳熱途徑，將室內(nèi)的熱量源源不斷地導(dǎo)向室外，加大了取暖負(fù)荷。根據(jù)本工程幕墻特點(diǎn)，采用熱阻值較大的聚酰胺尼龍斷熱條，將鋁型材的室外部分與室內(nèi)部分隔開。該材料與鋁材等強(qiáng)，膨脹系數(shù)與鋁型材相近，耐久性好，因此能連同鋁材共同工作。
    選用不同斷橋方案與不用斷橋的方案的型材熱阻值對比。

比較項(xiàng)目 方案A 方案B 方案C
節(jié)點(diǎn)型式 無斷熱橋 分離式斷橋（EPDM） 隔熱條式斷橋（PA66）
熱阻值（m2.k/w） 0.152 0.244 1.77

    2.4.3密封性能良好
    板塊之間通過插接關(guān)系連成整體，并通過三道密封膠條使其密封，根據(jù)試驗(yàn)，空氣滲透性能可達(dá)到Ⅰ級，保證了幕墻的密閉性，達(dá)到了節(jié)能要求。
    2.5方便的獨(dú)立更換功能
    由于玻璃是易碎品，幕墻工程完工交付使用后，在陽光照射下，清洗過程中均可能損壞。因此能方便、安全地更換玻璃是相當(dāng)重要的，本工程的解決方案，更換時，只需在室內(nèi)拆下內(nèi)罩板A和B，即可換下玻璃。
    3、幕墻系統(tǒng)性能檢測
    在單元幕墻施工前進(jìn)行四項(xiàng)性能檢測：空氣滲透、雨水滲漏、風(fēng)壓變形、平面內(nèi)變形性能。
    試驗(yàn)單位：湖北省建筑幕墻檢測中心。
    檢測設(shè)備：動風(fēng)壓檢測系統(tǒng)。
    檢測依據(jù)：GB/T 15225～15228-94 GB/T 18250-2000
    檢測環(huán)境：氣溫：310k； 氣壓：100.20kPa。
    樣件特征：樣件由四個單元板塊組成，其中，包括二個典型的石材板塊和二個典型的玻璃鋁板板塊。高度方向包含二個層高。樣件尺寸為4200×7875mm，玻璃最大尺寸為1250×1750mm。包含四個可開啟部分。
    檢測結(jié)果及結(jié)論：

序號 檢測項(xiàng)目 檢測結(jié)果與分析 評定
等級
測試數(shù)據(jù) 試驗(yàn)現(xiàn)象及說明
1 風(fēng)壓變形性能
變形檢測
反復(fù)受荷檢測
安全檢測 （Pa）
P1＝1000
P2＝1500
P3＝2000 檢測依據(jù)：GB/T 15227-94
主要受力桿件相對面法線撓度未超過規(guī)定值。
試件未出現(xiàn)功能障礙及損壞。
試件未出現(xiàn)功能障礙及損壞。 Ⅳ級
2 空氣滲透性能
開啟部分
固定部分 （m3/h.m ）
0.156
0.015 檢測依據(jù)：GB/T 15226-94。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，單位時間、單位長度開啟縫的漏氣量。
單位時間、單位長度固定縫的漏氣量。 Ⅰ級
Ⅱ級
3 雨水滲漏性能
開啟部分
固定部分 （Pa）
700
1600 檢測依據(jù)：GB/T 15228-94
在700Pa壓力下，試件開啟未出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏。
在1600Pa壓力下，試件固定部分未出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏。 Ⅰ級
Ⅱ級
4 平面內(nèi)變形性能 1/100 檢測依據(jù)：GB/T 18250-2000
對板塊層高3500mm進(jìn)行試驗(yàn)，±35.00mm相對位移值作用時試件未出現(xiàn)功能障礙及損壞。 Ⅰ級

    4、主要施工技術(shù)
    4.1單元板塊的組裝
    單元板塊幕墻的顯著優(yōu)點(diǎn)之一是將框架式幕墻中大量的現(xiàn)場工作轉(zhuǎn)化為工廠式的室內(nèi)生產(chǎn)。這樣，最大程度的減少現(xiàn)場作業(yè)，受環(huán)境因素影響小，質(zhì)量容易保證且相對穩(wěn)定，又大大的提高了生產(chǎn)效率。單元板塊的制作質(zhì)量是構(gòu)成整個幕墻質(zhì)量的最重要的基礎(chǔ)。
    （1） 單元板塊的組裝必須有適合實(shí)際情況的生產(chǎn)流水線。
    （2） 組裝廠應(yīng)有完善的質(zhì)量保證體系及檢查制度，對原材料、每道工序及最終的成品的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格有效地控制。
    （3） 根據(jù)設(shè)計圖紙和材料清單有序地挑選組裝成板塊所需的鋁型材、玻璃、石材、鋁板及各種附件。所有材料在加工前應(yīng)符合規(guī)范及圖紙要求，并進(jìn)行相應(yīng)必要的檢測，合格后方可進(jìn)行組裝。
    （4） 按照圖紙尺寸及要求將立柱、橫梁就位成框，用自攻螺釘進(jìn)行連接。所有自攻螺釘?shù)倪B接應(yīng)使用氣動改錐安裝，嚴(yán)禁氣鉆擴(kuò)孔。所有連接用自攻螺釘在安裝時應(yīng)帶膠裝配。安裝完畢后的外露釘頭必須用密封膠全部覆蓋，且最小膠厚不小于2mm。
    （5） 安裝玻璃、各種形式的鋁板和不銹鋼板等幕墻覆面材料。
    （6） 注膠：注膠必須在潔凈無塵的操作間內(nèi)進(jìn)行，注膠溫度應(yīng)在5℃－35℃，相對濕度應(yīng)在35％-75％之間。
    （7） 單元板塊注膠后應(yīng)水平放置在板架上，注意板塊不允許受任何擠壓。固化前板塊不能挪動及上墻安裝。
    4.3單元板塊的吊裝技術(shù)
    4.3.1在組裝廠組裝成檢驗(yàn)合格的單元板塊后，方可運(yùn)往工程現(xiàn)場。由于板塊的連接方式，必須至下而上進(jìn)行安裝，安裝速度20～40塊/工作日。
    4.3.2單元板塊的主要規(guī)格、重量：2750×3500玻璃板塊，重量為300kg；1500×3500石材板塊，重量為800kg。
    4.3.3本工程結(jié)構(gòu)型式比較復(fù)雜，因此不同部位采用不同的吊裝方式，主要分為兩種：
    （1） 底部無障礙的部位，在屋面設(shè)置移動式小吊車，板塊可從地面直接進(jìn)行起吊安裝。
    （2） 底部有障礙的部位（如底部有裙房、挑板的部位）比較復(fù)雜，主要工作原理如下：在轉(zhuǎn)運(yùn)層（13層、22層）設(shè)置轉(zhuǎn)運(yùn)鋼平臺，在屋面安裝旋轉(zhuǎn)吊車，利用旋轉(zhuǎn)吊將單元板塊連同運(yùn)輸車吊至轉(zhuǎn)運(yùn)鋼平臺后，安裝萬向輪并發(fā)射到各個安裝部位，然后通過上一層的移動式小吊車從轉(zhuǎn)運(yùn)層中吊出板塊并至下而上進(jìn)行安裝。
    4.3.4根據(jù)分格控制線及標(biāo)高線進(jìn)行板塊調(diào)整，達(dá)到要求后擰緊螺栓可進(jìn)行下一板塊的安裝。
    4.3.5防雷、層間防火的施工均可在樓內(nèi)施工，并應(yīng)達(dá)到驗(yàn)收要求。
    4.3.6其他收口部位如變形縫、檐口及與圓弧幕墻（框架幕墻）交接處采用吊籃施工，石材板塊室內(nèi)面及樓層處等部位均由室內(nèi)精裝修單位進(jìn)行裝飾，在此不作過多介紹。