幕墙结构体系总结及分析

二、产品概论及设计原则
产品概论
远大公司自成立以来，经过不断的开发研制，幕墙产品已经系列化、多元化。从简单经济的框架幕墙到高性能单元幕墙以及当代国际上最先进的双层幕墙，都在实际工程中有过广泛的应用。研究所开发的几种幕墙其结构都有独到之处，其结构成熟，性能优越，均能达到很高的性能指标。此外，各公司技术部发出多种结构形式，也有很高的技术含量。
该结构的缺点是成本较高，且不能用于弯弧幕墙。
为降低成本，可将“等片”合中空改为“大小片”合中空，也可将横竖框尺寸适当减小（图11）。但此结构必须横竖框同时安装，现场施工的精度和速度有一定影响。
成本分析
为了更好的比较以上结构的经济性，特制作下列表格以供参考。
直接费总差价分析表
序号
材料
参考用量（KG、延米或数量）
幕墙结构体系总结及分析
主题词：幕墙、结构设计、节点、成本
一、引言
四十年代末，在一些发达国家，由于兴建高层建筑的需要和塔式起重机的出现，在减轻围护墙体方面取得了巨大发展。开始以无数高度工业化的模数化的轻金属，玻璃预制单元镶嵌或悬挂在框架结构外，作为围护墙体，由于它大片连续，不承受荷载，质轻如幕，故称幕墙。现在，幕墙已经成为现代建筑的象征，为众多建筑所广泛采用。幕墙作为建筑的重要部分，其结构设计尤为关键。因为它几乎含概了幕墙设计的所有内容。优秀的结构形式将对幕墙及建筑主体的装饰性、功能性和经济性产生至关重要的影响。这也是业主与承建商共同关心的问题。本文参照我司现有的部分产品，对投标过程中如何根据业主的需要选择基本结构提出了一些建议。
按不同的分类方法幕墙可分为下几种
1．按装饰材料可分为玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、驳接幕墙。
2．按装饰形式可分为明框幕墙、半隐幕墙和全隐幕墙。
3．按安装形式可分为框架幕墙（包括小单元幕墙）、半单元幕墙和单元幕墙。
4．按装饰规格及工程成本可分为经济幕墙、普通幕墙、高性能幕墙及双层动态幕墙。
设计原则
按有关规范，建筑幕墙采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，用分项系数的设计表达式进行计算。其结构设计的标准是在正常荷载作用下不产生损坏，在这种情况下，幕墙处于弹性状态。其中玻璃的安全度K=2.5；铝板的安全度K=2.0，花岗岩的安全度K=3.0，铝材的安全度K=1.8。
幕墙应按围护结构进行设计。幕墙的主要构件应悬挂在主体结构上，幕墙在进行结构设计计算时，不应考虑分担主体结构所承受的荷载和作用，只应考虑承受施加于其上的荷载与作用。幕墙及其连接件应具有足够的承载力、刚度和相对与主体结构的位移能力。非震区幕墙，在风力的作用下，应保证正常的幕墙使用功能。有抗震设计要求的幕墙，应做到小震不坏、中震可修、大震不倒。幕墙构件的设计，在重力荷载、设计风荷载、设防烈度地震作用、温度作用和主体结构变形影响下，应具有安全性。
该幕墙系统除具有浮动式幕墙的一般特点外，还因其采用上挂式安装结构，周边浮动式压板连接固定，使板块处于悬挂受拉状态，可避免重力影响和温度应力作用产生铝板中部“鼓包”和玻璃影像变形失真、自爆等现象，保持外表面平整，保证外观效果。同时安装方便，速度快，节省时间。但本结构也有一个缺点，即：不能用于弯弧幕墙
全挂式
经过多种结构的比较，以下三种结构可在向业主推荐时予以考虑。即浮动式、上挂式和全挂式三种。其中，浮动式即森融结构，上挂式为浮动式的变型，而全挂式即“小单元”幕墙。
浮动式
浮动式定位安装隐框幕墙在工程中大量应用，该结构是我公司在国外技术基础上，结合我国自然环境研制而成，并被列入建设部标准图集《铝合金玻璃幕墙》（标准号97SJ103）。做为一种成熟结构在哈尔滨森融大厦、天津邮政网管大厦等建筑中广泛应用。
所有型材接合部位均设有弹性胶垫，横竖框连接采用浮动式伸缩结构，可从根本上消除热变形伸缩噪音。
弹性连接结构可吸收一定的横竖框安装阶差，且抗震能力强。
挂接量较大，可吸收较大的安装误差，横竖框间距及板块几何尺寸的累积误差小于等于3mm时，均可正常顺利安装。
采用三道密封，水密性和气密性良好。
每个板块的固定靠定位块组件来实现。板块挂上后先将定位块担在两块板副框的槽里，然后再插入定位插件，将板块固定。
明框幕墙
结构1
本结构在投标中经常使用，主要特点如下：
明框幕墙玻璃座装在横梁上，横向和竖向通过压板定距压紧，外加扣板，安装可靠，装饰效果好，耐候性强。玻璃可浮动，能满足幕墙各种变位要求。
在结构的处理上，采用分体结构，竖向及横向均以压板勾到竖框、横框上，辅之以自攻钉拧紧，即可定位，又牢固可靠，由于此分体结构既方便更换玻璃，又安装灵活。
全挂式又称小单元幕墙，是我司参照国内外同类技术研制的。它虽属框架幕墙，但克服了以往框架幕墙螺钉连接的弊端，主受力处完全实现无钉连接。不仅加快安装速度，保证了板块的平整度，更重要的是：幕墙的安全性大大提高了。我司在石家庄长途电信等工程中使用此结构。近年来又对其加以改进，使结构日趋完善，成本尽量降低。
该系统基本特点如下：
6.272
5
胶条(26.3mm2)
3.2
3.2
0
0
8.24768
8.24768
6
螺栓（M6X25)
4.5
2.72
1.44
0.8704
0
0
9
直接费总价
200.31
193.51
304.87
297.115
10
总差价
6.801
0
111.361
103.606
附表说明
1.本表仅考虑每平米直接费的差价，且未计插芯、托板、角片和翻窗费用。
早期的幕墙，基本都是明框做法。随着硅胶在建筑上的应用，隐框幕墙曾受到许多设计师的偏爱。但近年来，明框或半隐幕墙似乎又占据了主导地位。毕竟，丰富多变的装饰线条更能体现建筑的个性。
我公司类似的工程也很多比较典型的有厦门建行、上海智慧广场、北京联合广场、北京西西工程一号地等
虽然此类幕墙幕墙外饰面变化颇多，但结构、成本基本相近，本文在此不做比较分析，仅将我司现有几种类型归纳列出以供大家参考。
框架式幕墙的优点：
各元件加工简单，操作方便。
可以保证幕墙良好的使用功能，空气渗透性能、雨水渗漏性能、风压变形性能均可达国标规定的要求。
运输方便，且运费低。
现场贮存材料方便。
框架式幕墙的缺点：
现场工作量大，安装周期长。
现场施工质量管理和施工组织要求较高
（一）隐框幕墙
隐框幕墙是我司在实际工程中应用较早，也是应用最多的结构。比较有代表性的如90年代初期的哈尔滨森融大厦、沈阳北站综合楼、西单国际大厦等，其中铝板的处理方式上北站、西单的结构比较接近，北站结构中铝板带勾边，而西单为结构防水，由于结构上的不足，这两种结构已很少采用。相对而言森融结构堪称经典之作。笔者认为并非仅仅那些错综复杂、晦涩难懂的才称为好结构。简洁、实用、而功能强大的一样是优秀作品。直到现在远大公司的全隐幕墙工程基本上还是以森融结构为基础（小单元除外）。虽然结构在不断改进，但核心未变，精髓还在。
密封性能可靠，采用双道环形密封，外层为厚度大于3.5mm的耐候硅酮密封胶，内层为三元乙丙胶条，接头处用专用胶粘接，可有效地保证气密和水密性能。（均可达到一级）
横梁与竖梁的连接采用可伸缩结构，满足了横梁因温差作用而产生的伸缩变形要求，消除了幕墙的伸缩噪音，提高了系统的抗变位能力。
所有硬性接触处，均采用弹性连接，提高了幕墙的抗震性能，消除了伸缩噪声，吸收声波，同时由于密封性能的提高，保证了帷幕的隔音效果。
参考价格（元）
浮动式
上挂式
全挂式1
全挂式2
浮动式
上挂式
全挂式1
全挂式2
1
型材
6.28
6.21
8.1
7.77
147.58
145.94
190.35
182.595
2
和片费
40
40
100
100
40
40
100
100
3
胶条(36mm2)
3.2
1.9
11.29
6.7032
0
0
4
胶条(20mm2)
3.2
3.2
0
0
6.272
幕墙和主体之间采用螺栓连接实现三维调整，既保证幕墙的平面度和垂直度，又提高结构抗震性能。(耐热的环氧树脂或尼龙12垫片)
通用性好，仅通过附框的变型既可实现中空玻璃、单玻璃、铝板等多种板材的装饰形式。
为降低成本，铝板横框可作成H型或T型框，特殊部位也可用几字条或仅用角片连接。（图4）
如室内须氟碳喷涂，附框应做成分体式。（图5）
笔者认为，在向业主推荐结构时应遵循以下设计原则。
设计准则：根据业主的修养和所能提供的资金状况，在建筑幕墙的艺术性、功能性、安全性及经济性之间寻求一种平衡，即以最优的分格形式和结构，保证建筑的装饰完美、功能完善，和最大限度的成本降低。
三、框架幕墙的结构选型
构成原理：框架式幕墙是用一根根元件（竖框、横框）安装在楼板或主梁上，再相互连接竖框、横框，形成框格体系，再将板块（玻璃、铝板、石材）镶嵌在框格上，形成幕墙，对以竖向受力为主的框格，首先将竖框固定在建筑物每层楼板（梁）上，再将横框通过角片固定在竖框上，对以横向受力为主的框格，则先安装横框，竖框固定在横梁上，以形成幕墙框格体系，再安装面板。
此系统的主要技术特点如下：
采用定位安装、定距压紧式结构，横竖框上的定位槽口有效控制了板块的压紧力。保证饰面板块安装位置精度，同时保证幕墙表面平整度，避免了由于压紧力不均而造成的安装应力，可有效阻止玻璃影像畸变和铝板“起包”现象，也避免了玻璃的自爆。
板块采用浮动式连接结构，在温度应力等作用下压板-附框间允许相对位移，板块能够自由伸缩，平面内变位吸收能力强，抗震能力强。
结构板块固定靠型材的挂接来实现，板块直接挂于横竖龙骨上的特殊横口上，靠龙骨本身定位，取消了以往的压板连接方式，且设计了防松动的卡块，以防板块松动和串位，使连接强度趋于更加合理，消除了人为因素产生的安全隐患，安全可靠，可适用于高层建筑。外挂单元板块加工方便、简捷，工厂内加工组合，加工精度高。