光彩中心单元式幕墙设计及施工技术

摘　要：光彩中心幕墙工程采用了先进、成熟的单元式幕墙结构，通过对其细部构造的精心改进，使幕墙在保证建筑立面要求的前提下,不仅具有优良的气密性、水密性、风压变形及平面变形能力，而且达到了较高的环保节能要求，充分展示了现代幕墙的建筑技术。同时通过精心的施工组织，严格的过程控制，使本工程幕墙达到了很好的效果。
　　
　　关键词：单元式幕墙 等压腔 转接系统 隔热断桥
　　
　　北京光彩中心工程位于北京东单十字路口东南角，是集办公、金融、商贸、娱乐、餐饮为一体的综合建筑群，由中心主楼（23层）和四个配楼（18层）组成，总建筑面积25万平方米，最大檐高99.262m，结构为框架剪力墙结构。外立面建筑做法为全建筑幕墙体系，风格严谨而丰富，以单元式幕墙为主，天然石材、玻璃、铝材为主要材料。幕墙工程总面积约8万m2，其中单元幕墙面积约4万m2。单元式幕墙是国际上近年出现的高档建筑外维护系统，是在工厂加工程度最高的一种类型。本工程对以往单元式幕墙设计的不足之处做了很好的改进，采用比较先进的材料，并通过精心的施工组织，达到了国内先进水平。
　　
　　1、主要材料
　　（1） 铝材：选用国产优质铝合金，状态为6063A-T5，型材表面银灰色氟炭喷涂（三涂）处理。
　　
　　（2） 玻璃：6+12+6mm中空玻璃：外片浅绿色本体钢化，内片LOW-E透明钢化中间充氩气。具有良好的隔音降噪、阳光控制、减少热传递、抗冲击等适应和改善建筑环境的功能。
　　
　　（3） 石材：25mm厚光面宝金石花岗石，采用同一矿脉的石板。
　　
　　（4） 铝板：国产防锈铝板，厚度3.0mm。表面氟炭喷涂（三涂），膜层厚度不小于40μm；涂层磨损系数≥40；抗化学性、耐湿性、耐盐水腐蚀性符合要求。
　　
　　（5） 结构胶及密封胶：GE公司SSG4400硅酮结构胶，SCS2003硅酮耐候胶。有良好的粘着力和延伸率、抗气候变化、抗紫外线破坏、抗撕裂和抗老化等性能。
　　
　　（6） 密封垫和密封胶条：胶条选用EPDM胶条即三元乙丙胶条。抗老化性能好，制造容易，无污染，造价低廉，是较为理想的胶条材料。密封垫挤压成块、密封胶条挤压成条，邵氏硬度为70±5并具有20％至30％的压缩度。
　　
　　2、单元式幕墙设计
　　单元式幕墙结构的构成原理是：根据建筑设计效果分格确定单元板块的宽度，根据楼层高度确定单元板块的高度，并在组装厂中制成单元组件，一个单元板块即为一个受力单元。安装时将单元板块固定在结构楼板（梁）上，采用上挂点设计，受力形式比较明确、合理。对比其他单元式幕墙,本工程具有如下特点：
　　
　　2.1板块之间的连接
　　本系统型材插接处为三道胶条密封，形成A、B两等压腔。板块竖向多功能插芯连接定位，安装可行，易保证板块竖向拼缝的直线度和整幅幕墙的平整度。等压腔内高外低，既保证幕墙室内冷凝水可以顺利导向室外，又保证室外雨水不会倒流入室内，增加此处的密封性能，实现结构防水。
　　
　　2.2与结构间连接
　　本工程采用了比较先进的槽形预埋件，结构施工时同步预埋。预埋在结构梁（板）侧面，通过T型螺栓与转接件相连。经过现场拉力检验（3组），结果分别达到26.5KN、23.9KN、24.4KN而未见破坏，满足设计≥18.0KN要求。该种埋件与平板埋件比较具有如下特点：
　　
　　（1） 安全可靠，产品质量稳定，拉拔力破坏荷载可达72KN。
　　（2） 调节性能好，其特殊的连接方式可以吸收较大的土建误差，具有较大的调节余量，而平板埋件调节余量相对较小。
　　（3） 连接灵活：可与多种转接系统直接简单连接，减少施工工序。平板埋件灵活性差，与系统连接时需搭焊角钢或钢板，增加了工序。
　　（4） 无需焊接：通过T型螺栓连接，现场无需焊接，减少了工序，降低了成本，缩短了工期且无火灾隐患。
　　（5） 易于埋设：体积小，重量轻，加强工字钢最长110mm且三根成一字排列，易于与主体结构连接。
　　
　　2.3转接系统
　　楼板结构区域的幕墙板块采用挂轴挂钩式结构，这种结构具有三维空间调节功能，能有效的吸收建筑误差，以保证单元板块安装的平整度。其主要特点如下：
　　
　　（1） 该系统受力状态合理，能使幕墙与主体结构保持柔性连接，大大提高抗震性能，同时可避免板块安装同时的任何焊接工作。
　　
　　（2） 为防止由于幕墙释放水平方向的温度应力，而使转接系统发出摩擦声，使用一种PVC“防爆声”装置，将其装配在挂钩上，可以有效地缓冲震动和防止摩擦噪声。
　　
　　2.4幕墙的节能设计
　　现代幕墙已不再仅仅满足于抗风压、水密性、气密性等基本性能，幕墙的环保节能越来越成为现代人衡量幕墙品质的指标，作为大型公共建筑，噪声，光污染，热量损失等都会对建筑及环境产生较大的影响。建筑幕墙的热交换途径主要是热传导，因此降低幕墙的热传导率是节能幕墙的最主要课题。
　　
　　2.4.1透光部分采用目前热损失最小的LOW-E中空玻璃，其导热系数k值在1.8 w/m2.k以下；不透光部分（如石材、铝板等）则在面板后面设置50mm厚的硬质玻璃纤维保温板（k=0.045w/m2.k），并与面板和建筑主体之间留出空隙，以增加整体热阻值，经计算导热系数k=0.77 w/m2.k。 两种型式幕墙的导热系数均在幕墙允许最大导热系数（2.45 w/m2.k）之内。
　　
　　2.4.2隔热断桥型材
　　在以往的幕墙设计中，通常采用中空玻璃和保温材料，往往忽视了铝框的导热问题。中空LOW-E玻璃的导热系数为1.8w/m2.k ，铝的导热系数是玻璃的110倍，高达203w/m2.k ，其优良的导热性能成为幕墙难以继续忽视的传热途径，将室内的热量源源不断地导向室外，加大了取暖负荷。根据本工程幕墙特点，采用热阻值较大的聚酰胺尼龙断热条，将铝型材的室外部分与室内部分隔开。该材料与铝材等强，膨胀系数与铝型材相近，耐久性好，因此能连同铝材共同工作。
　　
　　选用不同断桥方案与不用断桥的方案的型材热阻值对比。
　 比较项目
方案A
方案B
方案C

节点型式
无断热桥
分离式断桥（EPDM）
隔热条式断桥（PA66）

热阻值（m2.k/w）
0.152
0.244
1.77

　　　2.4.3密封性能良好
　　板块之间通过插接关系连成整体，并通过三道密封胶条使其密封，根据试验，空气渗透性能可达到Ⅰ级，保证了幕墙的密闭性，达到了节能要求。
　　
　　2.5方便的独立更换功能
　　由于玻璃是易碎品，幕墙工程完工交付使用后，在阳光照射下，清洗过程中均可能损坏。因此能方便、安全地更换玻璃是相当重要的，本工程的解决方案，更换时，只需在室内拆下内罩板A和B，即可换下玻璃。
　　
　　3、幕墙系统性能检测
　　在单元幕墙施工前进行四项性能检测：空气渗透、雨水渗漏、风压变形、平面内变形性能。
　　试验单位：湖北省建筑幕墙检测中心。
　　检测设备：动风压检测系统。
　　检测依据：GB/T 15225～15228-94 GB/T 18250-2000
　　检测环境：气温：310k； 气压：100.20kPa。
　　样件特征：样件由四个单元板块组成，其中，包括二个典型的石材板块和二个典型的玻璃铝板板块。高度方向包含二个层高。样件尺寸为4200×7875mm，玻璃最大尺寸为1250×1750mm。包含四个可开启部分。
　　检测结果及结论：
　　 序号 检测项目 检测结果与分析 评定等级
测试数据 试验现象及说明
1 风压变形性能变形检测反复受荷检测安全检测 （Pa） P1＝1000 P2＝1500 P3＝2000 检测依据：GB/T 15227-94 主要受力杆件相对面法线挠度未超过规定值。试件未出现功能障碍及损坏。试件未出现功能障碍及损坏。 Ⅳ级
2 空气渗透性能开启部分固定部分 （m3/h.m ） 0.156 0.015 检测依据：GB/T 15226-94。在标准状态下，单位时间、单位长度开启缝的漏气量。单位时间、单位长度固定缝的漏气量。 Ⅰ级 Ⅱ级
3 雨水渗漏性能开启部分固定部分 （Pa） 700 1600 检测依据：GB/T 15228-94 在700Pa压力下，试件开启未出现严重渗漏。在1600Pa压力下，试件固定部分未出现严重渗漏。 Ⅰ级 Ⅱ级
4 平面内变形性能 1/100 检测依据：GB/T 18250-2000 对板块层高3500mm进行试验，±35.00mm相对位移值作用时试件未出现功能障碍及损坏。 Ⅰ级