【專家】單元式幕墻的幾個關鍵技術問題

　　一、單元式幕墻接縫的特點
　　元件式（元件單元式）幕墻的接縫均在一個整體桿件上，這個桿件擠壓時就是一個整體桿件，上墻安裝時先安裝桿件，此時由于尚未安裝面板，人可在外側操作，對桿件進行調整、定位后固定，在桿件安裝定位固定后再安裝面板。 [7 |8 K$ K& Q6 M6 i4 u
　　單元式幕墻在工廠已將單元組件制作完成，即面板已安裝在單元組件框上，而單元組件與主體結構的連接構件安裝在單元組件內側，在吊裝時單元組件與主體結構的連接必須在內側操作。單元組件間接縫靠相鄰兩單元組件相鄰框對插組成組合桿完成接縫，即它不是在一個整體桿件上接縫，而是靠對插組成組合桿完成接縫。


　　二、單元式幕墻技術特點
　　由于單元式幕墻接縫構造上的特點，決定了單元式幕墻構造上的特殊性，這主要表現在下述三個方面：


　　1.封口技術。

　　單元式幕墻通過對插完成接縫，這樣在上、下、左、右四個單元連接點上必然有一個四個單元組件對插件均不能到達的地方，此處必然有一個內外貫穿的洞，如何堵好這個洞是單元式幕墻設計中必須解決好的問題，即在設計型材前就要將封口的構造設計好，在設計型材斷面時就要將封口構造體現在型材上，擠壓出的型材斷面就包含有封口構造要求，如果在設計時不考慮好封口構造，將造成不可彌補的損失。

　　現在封口方法有兩種類型：即橫滑型和橫鎖型，橫滑型是在下單元上框中設封口板，此封口板除了具有封口功能外，還是集水槽和分隔板（把豎框分隔成每層一個單元）。橫滑型封口板嵌在下單元上框母槽內，它比上單元下框公槽大，上單元下框可以在封口板槽內自由滑動，在主體結構層間變位時原來上下一、一對齊的兩單元組件，在主體結構層間變位影響下，上下兩層發生相對位移，這時候上單元組件不再定位在原來對齊的下單元組件上框中，而有可能局部滑入相鄰組件的上框，由于這種滑動，在地震中單元組件本身平面內變形比主體結構層間位移小。但在地震時單元式幕墻不像擬靜力試驗中只有同向運動而是隨機運動，即在地震發生的最初階段是同向運動，以后陸續發生異向運動，即相向運動和背向運動，相向運動時可能會發生相鄰兩單元接縫處桿件碰撞；背向運動時，相鄰兩單元接縫拉開，由于三維地震作用影響，拉開后恢復時桿件錯位而碰撞，因此《高層鋼結構設計施工規程》第九章規定幕墻與主體結構連接設計應考慮防碰撞問題。橫滑型封口板的集水、排水功能比較成熟，如果設計得好，則可大大提高幕墻水密性能，即可以達到超高性能（2500Pa）水平。但這種封口板只能用于相鄰兩單元180度對插，即只能用于處于一個平面上的單元組件，如果兩單元組件成折線或90度對插，封口板就無法使用，同時這種封口板擱在上框底板上，兩相鄰組件上框底板構造厚度部份封口板無法封口，要采用輔助封口措施（用膠帶紙粘貼在豎框頂端形成底板，再注膠密封）。

　　橫鎖型是在接縫處豎框空腔中設一個多功能插芯，這種插芯由兩部份組成，對插的封口部份和一個向上開口其它五面封閉的集水壺組成，對插部份位于四單元交接處，集水壺位于下部，它集封口、集水、分隔于一身（分隔將橫向空腔分成每一單元組件寬一單元），橫鎖型由于位于上下兩單元交接處，將上下兩單元組合成一個整體，左右相鄰兩單元不能滑動，且單元組件固定在主體結構上，它的平面內變形與主體結構的層間變位幾乎相同。從試驗情況看，它的集水排水功能尚不理想，但它可用于單元組件任何角度對插，且由于插芯將上下兩單元固定，左右兩單元組件不能運動，所以不會發生碰撞。


　　2.收口技術。
　　單元式幕墻單元組件間靠對插完成接縫，在安裝時要橫向按次序一一對插，當中不能留空位（因為對插接縫無法平推進入空位），最后一個單元如何與相鄰兩單元連接是一個難點，因為已安裝固定的左右兩單元組件之間距離凈空比單元組件實際寬度要小，這個組件無法在水平方向平推進入空位，也不能先插一側再插另一側，這樣在設計時，對最后一個單元組件的組裝要考慮好接縫方法，（現在一般采用的方法為從上向下插最后一塊或用先固定相鄰兩不帶對插件的組件，定位固定后插入第三者完成接縫，第三者與單元組件要錯位插接，達到互為封口），由于收口處理技術比較復雜，因此最好每層設一處收口點，這就要求在設計時就確定好收口點位置及相應的收口方法，非設計收口部位不能中斷安裝過程而留空位，在編制施工組織設計（全部土建工程而不是幕墻工程分部的施工組織設計）時，特別是總施工平面圖設計時要注意到單元式幕墻橫向一、一對插的特點，將施工機具布置在單元式幕墻收口部位，不能任意布置，因為高層建筑的塔吊、施工電梯等施工機具，每隔三層左右要和主體結構拉接一次，這些接拉件將使單元組件無法通過而中斷安裝，留下空位，要待這些機具拆除后才能收口，難度就相當大，即使采取一些臨時措施，效果也不會理想。因此對采用單元式幕墻的建筑，在編制總施工組織設計時，總施工平面圖要按單元式幕墻組裝規律，將施工機具布置在單元式幕墻收口部位。


　　3.單元式幕墻與主體結構的連接與吊裝
　　單元式幕墻是靠兩相鄰單元組件在主體結構上安裝時對插完成接縫的，這樣它在構造和連接處理上與元件式（元件單元式）幕墻有著重大的區別。我們必須認識它的這些特點，才能做好單元式幕墻。

　　在主體結構上安裝單元式幕墻的連接件，要一個安裝單元（全高或8-10個樓層）一次全部安裝調整到位，用連接件的安裝精度來保證單元式幕墻的安裝質量，即單元式幕墻外表面的平整度是靠連接件的安裝精度和單元式幕墻單元組件構造厚度的精度來保證的。

　　單元式幕墻的單元組件在工廠已將面板（玻璃、鋁板、花崗石板）裝配好，它與主體結構的安裝連接要在室內一側操作（由于手無法穿過面板在外側進行操作），因此內側必須要有操作空間，這樣對樓板與柱外邊平齊（或柱外邊突出樓板或實體墻）的建筑，如果單元組件與主體結構的連接點布置在柱位（實體墻面）上，安裝時操作難度很大。而當建筑立面上分格必須在柱位時，就要在設計上采取措施在柱寬以外樓板上設連接點，使連接點避開柱位。

　　在柱位（實體墻面）上布置連接點，由于要使一個安裝單元（全高或8-12個樓層）的所有連接件三向精度一次全部調整到位，就需用多個吊藍（例如在實體墻面上安裝調整連接件有時要在三個層面，每層配3-5個吊藍）進行安裝調整，這時安裝調整連接件用的工時可能是吊裝固定單元組件用的工時的3-5倍。而且由于組件內側沒有操作空間，要求連接件在三向全部達到位置要求的精度，且單元組件上的連接構件與連接件的配合要完全吻合才能在吊裝時一次就位成功（這很難做到），如果主體結構上的連接件和單元組件上的連接構件的配合公差稍大，就無法順暢安裝到位，有時就要采用野蠻的敲、擊方法迫使單元組件就位，即使這樣也還會有部份組件無法完全安裝到位。

　　安裝在主體結構上的連接件除安裝精度要保證單元組件的安裝質量外，還要在吊裝固定過程中具有一定的調節可能，也就是說連接件要具有三向六自由度（三維移動和三個方向轉角）。它分兩個階段實施，即連接件在主體結構上安裝時的高速和吊裝過程中的微調。為保證單元式幕墻外表面平整度，在主體結構上安裝連接件時要使Z方向一次完全到位，即連接件安裝固定后不能有Z向位移，X、Y向要初步調整到位，且在設計連接件（單元組件上的連接構件）時，要使它們在安裝過程中，在X、Y向能微量調整位移和X、Z向能微調轉角，以使吊裝就位能順暢實施。調整到位后，在X方向，一側要固定定位，另一側要能活動并復位。

　　單元式幕墻在吊裝時，兩相鄰（上下、左右）單元組件通過對插完成接縫，它要求單元式幕墻用的鋁型材不僅外觀質量要完全符合GB5237的規定，而且還要提出補充要求，即對插件的配合公差和對插中心線到外表面的偏差要控制在允許范圍之內。單元式幕墻單元組件上的連接構件與安裝在主體結構上的連接件的固定與上述相鄰單元組件對插同時進行，這樣單元式幕墻的質量控制流程和元件式（元件單元式）不一樣，元件式（元件單元式）幕墻質量控制環節為桿（元）件制作（結構裝配組件制作）和安裝兩（三）個環節，而單元式幕墻除了控制桿（元）件制作質量外，還要控制單元組件框制作、單元組件組裝、在主體結構安裝連接件的質量，最后才是吊裝固定的質量控制。在單元組件組裝時要特別強調單元組件上的連接構件的安裝偏差，要使單元組件上的連接構件和安裝在主體結構上的連接件的配合公差控制在允許范圍之內，才能保證安裝好的單元式幕墻外表面平整度等項指標達到幕墻質量要求，并且使吊裝就位能順暢實施。如果兩者配合公差超過允許范圍，則單元組件吊裝就位過程很難做到順暢，往往要采用一些野蠻方法進行敲、擊迫使其勉強就位。這時連接構件在連接處發生位移，或迫使桿件撓曲后就位，這樣單元組件就產生了裝配應力或連接局部破損（松動），影響安全使用和壽命，同時影響安裝后的整體質量，降低性能水平。


　　三、按照雨幕原理（The Rain Screen Principle）進行對插接縫部位防水構造設計
　　雨幕原理是一個設計原理，它指出雨水對這一層“幕”的滲透將如何被阻止的原理，在這一原理應用中其主要因素為在接縫部位內部設有空腔，在其外表面的內側的壓力在所有部位上一直要保持和室外氣壓相等，以使外表面兩側處于等壓狀態，其中提到的外表面即“雨幕”。壓力平衡的取得是有意使開口處于敞開狀態，使空腔與室外空氣流通，以達到壓力平衡。這個效應是由外壁后面留有空腔所形成，此空腔必須和室外聯通才能達到上述目的，由于風的隨機性造成的陣風波動亦需在外壁兩側加以平衡。

　　大家知道，幕墻發生滲漏要具備三個要素：


　　A.幕墻面上要有縫隙；

　　B.縫隙周圍要有水；

　　C.有使水通過縫隙進入幕墻內部的作用。

　　這三個要素中如果缺少一項目滲漏就不會發生（如果將這三個要素的效應減少到最低程度，則滲漏可降低到最小程度）。在外壁，水和縫隙是無法消除的，只有在作用上下功夫，通過消除作用來使水不通過外壁縫隙進入等壓腔。在內壁，縫隙和作用（特別是壓差）不能消除，要達到內壁不滲漏，則要使水淋不到內壁，這正好由外壁（雨幕）發揮的效應來達到，外壁內、外側等壓，水進不了等壓腔，就沒有水淋到內壁，內壁縫隙周圍沒有水，內壁就不會發生滲漏，這樣單元式幕墻對插部位就不會有水滲入室內了。這個設計的核心原理就是外壁（雨幕）內、外側等壓，使雨水進不了等壓腔，達到內壁縫隙周圍無水，即在內壁消除滲漏三要素中水的因素來達到整體單元式幕墻接縫體系不滲漏。但是要達到完全等壓是困難的，甚至在某些情況下是做不到的，這是由于外壁上壓力是由風引起的，這種由風引起的壓力在時間上和空間上都是動態變化的。由陣風所形成的風壓變化，使外壁兩側的壓力隨之變化。在陣風波動的瞬間，外壁內外兩側壓力是不等的（即等壓腔內壓力與室外壓力不相等），要通過空氣流通來平衡，風壓隨高度增加，有時幕墻外表面也有局部（邊角、頂部）呈負風壓狀態，當兩個開口處風壓不等或一處為正風壓另一處為負風壓時，等壓腔內壓力約為兩個開口處風壓（負風壓）的平均值，雨水總是沿著壓力降方向滲入，外側壓力大于等壓腔壓力的開口處就會有雨水滲入等壓腔，因此應該考慮雨幕層（外壁）必然有少數偶然滲漏的可能，這樣就要使已滲入等壓腔的水即時排出至室外。這樣單元式幕墻接縫處防水構造要在外壁具有防止大量雨水滲入的能力，對少量滲入等壓腔的雨水能即時排出，使水淋不到內壁，在內壁消除滲漏三要素中水的因素，從而達到雨水不滲漏到室內的目的。還必須指出這僅是理論上闡述的原理，實際工程中要完全消滅滲漏三要素中任何一項是不容易做到的，但不是說我們就無能為力了，雖然不能到達完全消滅滲漏三要素中任何一項的目的，但可采取措施使滲漏三要素每一項減少到最最低程度。這樣在學習國外經驗，總結本國經驗基礎上，對單元式幕墻對插接縫處防水構造設計已有一套較成熟技術方案，好在橫（豎）向接縫的外側設置雨披，僅在兩單元組件連接處留一個小開口，使等壓腔與室外空氣流通，以維持壓力平衡，這樣形成一個自上而下、自左到右一個連續的外壁（雨幕），雨披沿接縫全長阻止大量雨水滲入幕墻內部，僅開口處有少量雨水滲入，用封口板（集水槽）將沿豎框空腔下落的水分層集水并即時排至室外面板表面下泄，且排水孔遠離縫，減少縫隙周圍水的聚集。封口板又將桿件空腔分隔成較短的分隔單元，減少等壓腔與室外壓力差，從而減少通過開口滲入等壓腔的雨水。增設外封口板，將沿板材（付框）構造厚度處豎向空腔（這個腔位于披水內側與桿件組成的空腔外壁之間）分層分隔，使沿這個空腔下落的水分層排至室外，避免水沿全高下落愈往下水層愈厚的情況發生，減少這些水滲入等壓腔的可能，同時外封口板將每層豎向接縫的開口遮擋成為向下的開口構造，使水無法長驅直入，而且保持空氣流通，達到水不會由于重力作用或氣流滲入等壓腔的目的。采用這些構造的單元式幕墻經數次檢測，其水密性均在2500Pa以上，即在室內外壓差超過2500Pa時不發生嚴重滲漏，氣密性達到。

　　現在有人提出一種“新的防水方法”，他說：“新的防水方法是用疏導的方式，先引水入等壓腔內，再引水流出墻體”。還有人提出和這一說法一脈相承的“幕墻等壓原理”圖，并企圖列入規范來強行推廣。殊不知等壓腔壓力等于室外壓力，比室內壓力要大得多。當等壓腔內儲存大量雨水后，水總是沿著壓力降方向滲入，雖然水面到內壁縫隙有幾毫米高度的距離，當內外壓差為10Pa時，水面升高1mm；壓差100Pa時，水面升高10mm；壓差為1000Pa時，水面升高100mm；壓差2500Pa時，水面升高250mm。而JGJ102規范第4.2.5條規定幕墻水密性在任何情況下應大于1000Pa（上海規定為1600Pa）。這樣水面到接縫處的高度距離在大于100mm（160mm）才可避免滲漏，這樣組合桿總高度將達到250mm以上，這種尺寸不可能實現。用這種理論指導單元式幕墻對插接縫防水構造設計，不是提高水密性，而是有意制造滲漏，萬萬不可采用。

　　還必須指出單元式幕墻是采用雨幕原理進行對插接縫防水構造設計最理想型式的幕墻，全隱框幕墻一般只能采用密封工法進行水密性設計才能取得好效果。