裝配式幕墻的設計、施工及造價特點

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　　摘要：目前構件式幕墻和單元式幕墻是幕墻市場的主要產品，但受到單元式幕墻成本相對較高的制約，很多項目本有意采用單元式幕墻但最終放棄仍然采用了構件式幕墻，其中的主要因素除了外觀造型的影響外，更大的影響因素就是幕墻成本造價。本文以“武漢·中交城”項目為例，對構件式幕墻、單元式幕墻和裝配式幕墻等不同結構系統的設計、施工及商務分別進行分析對比，旨在提出一種在不增加幕墻綜合成本的前提下而采用裝配式幕墻系統的綜合解決方案，以促進裝配式幕墻的廣泛應用。

　　關鍵詞：構件式幕墻;裝配式幕墻;總價包干;

　　1引言

　　單元式幕墻以其立面效果美觀、加工安裝質量精致、施工速度快、工期短、可分段完工移交等優點在高層建筑幕墻中被廣泛采用。構件式幕墻則以其成本相對較低、現場施工靈活、受場地限制較小等特點仍然占據較大的市場份額。而隨著建筑技術的不斷發展，裝配式建筑也越來越多，對幕墻的裝配配合要求也越來越高。原有的構件式幕墻、單元式幕墻有時已不再與建筑主體結構的要求或業主的要求相適應，因此開發一種新的幕墻形式，能夠更適應現代裝配式建筑的配套要求，是新形勢積極應對市場需要的一種主動技術革新，也是未來幕墻設計和施工的一種新的發展趨勢。

　　2 構件式幕墻、單元式幕墻與裝配式幕墻的系統設計對比分析

　　幕墻系統按照系統結構構造設計分類，現在最通用的系統類型包括構件式幕墻系統、單元式幕墻系統、小單元是幕墻系統等幾大類。近幾年隨著裝配式建筑的大力發展，與裝配式建筑相匹配的幕墻系統也有了進一步優化、完善和改進的必要，傳統的構件式幕墻、單元式幕墻已經不能完全適應新的裝配式建筑的發展需要了;

　　從技術角度來看，大多數情況下一棟建筑的幕墻系統實際都可以采用構件式幕墻或單元式幕墻結構系統。“構件式幕墻stick curtain wall”是指在現場依次安裝立柱、橫梁（詞條“橫梁”由行業大百科提供）和面板的框支承建筑幕墻;單元式幕墻unitized curtain wall由面板與支承框架在工廠制成的不小于一個樓層高度的幕墻結構基本單位，直接安裝在主體結構上組合而成的框支承建筑幕墻;

　　國內幕墻從1985年開始發展至今已經經歷了35年的發展歷程，尤其是在近二十年內更是達到空前大發展，無論是幕墻產業規模還是幕墻的設計建造技術，可以說都已經達到國際水平。其中單元式幕墻在近二十年內更是得到了快速發展，各大城市中的單元式幕墻建筑如雨后春筍，比比皆是。綜合近二十年內幕墻發展的歷程及行業內普遍的單元式幕墻工程案例，可以看出單元式幕墻的設計施工普遍具有以下特點：

　　(1)框架均采用全鋁合金龍骨;

　　(2)單元板塊左右、上下均采用“公母料”型材進行插接;

　　(3)單元板塊之間采用等壓防水設計，采用構造防水，而不是打膠封堵防水;

　　(4)單元板塊與主體結構之間采用掛件連接，按照掛插方式安裝;

　　(5)單元板塊安裝時有比較嚴格的安裝順序，因此經常受到現場的施工條件制約;

　　(6)收口板塊安裝需要進行專項設計，現場收口板塊施工相對比較困難;

　　(7)現場單元板塊吊裝（詞條“吊裝”由行業大百科提供）施工質量須嚴格要求，否則很容易出現漏水隱患;

　　(8)無論何種原因導致單元式幕墻漏水，維修補漏非常困難;

　　以上的單元式幕墻特點已基本形成了定律，一方面對單元式幕墻的設計和施工提出了既定的標準要求，但另一方面也限制了技術人員的思維模式，導致一旦提到單元式幕墻，就首先與成本高、要求高、難度大、造價高等各種“高大上”的因素聯系到一起，因此導致了很多項目失去了選擇單元式幕墻的機會。

　　實際上如果開拓思路，尤其是在目前裝配式建筑已占據較大的市場份額、《裝配式鋼結構建筑技術標準》GB/T51232-2016已經發布實施近三年，綜合考慮裝配式鋼結構建筑的設計思想和施工工藝，我們完全可以對幕墻結構系統再進行大膽嘗試，而不再拘泥于傳統的“構件式幕墻”或“單元式幕墻”的狹窄條框內，則幕墻系統可以有更大的開發發展空間。基于此理念，這里提出“裝配式幕墻”的概念，以示與傳統的“構件式幕墻”和“單元式幕墻”的區別。

　　這里提出的“裝配式幕墻”，其定義實際與“單元式幕墻”并無不同，只是不再受到傳統認識的單元式幕墻的通用特點的限制，可以更寬更廣地進行定義，理論上來說，只要能滿足支撐桿件結構安全設計要求，滿足建筑幕墻的材料標準要求，滿足建筑幕墻的構造要求和功能要求(抗風壓性能、水密性能、氣密性能、保溫性能、隔聲性能、變形性能、抗震性能、防火性能、防雷性能、耐久性（詞條“耐久性”由行業大百科提供）能等)，各種幕墻構件、面板在工廠整體預制（詞條“預制”由行業大百科提供）、現場整體吊裝的建筑幕墻，都可以統稱為“裝配式幕墻”，幕墻基本單位不再限制寬度分格(一跨或多跨)，高度也不再限制為一層以上或一層以內甚至多層以上，只要能夠滿足制造條件、滿足運輸條件、滿足現場吊裝條件，均可按“裝配式幕墻”進行設計和施工。

　　以下通過“武漢·交通城-A樓”項目為例，對構件式幕墻、單元式幕墻與裝配式幕墻等各種不同的幕墻系統結構進行對比分析，展開從構件式幕墻向裝配式幕墻轉化的分析研究。

　　2.1構件式幕墻向裝配式幕墻轉化的必要性

　　目前幕墻行業中，構件式幕墻系統、單元式幕墻系統、小單元式幕墻等各種系統均各有其優缺點，在不同的區域或適應不同的功能要求或商務要去，都有其適用的范圍。本文通過示例分析研究，旨在提出構件式幕墻向裝配式幕墻轉換的必要性。

　　構件式幕墻、單元式幕墻、小單元幕墻系統特點對比分析如下：

　　從以上綜合比較來看，構件式幕墻技術已經落后，屬于較低檔次的幕墻產品，單元式幕墻已有多年發展，技術已分廠成熟，但由于造價相對較高，往往成為業主經綜合比較后而放棄的主要原因。小單元幕墻各項綜合指標介于構件式幕墻與單元式幕墻之間，但現場的作業工序和工作量仍然較大，與單元式幕墻相比，仍然有一定的差距。

　　隨著國家標準《裝配式鋼結構建筑技術標準》GB/T51232-2016的頒布實施，裝配式建筑受到越來越多業主的青睞，尤其在繁華大都市的中心城區，因人流車流較大，現場環境要求嚴格，并伴隨著現在人工費快速增長，密集勞動力的作業方式對現場施工作業的不利影響越來越大。因此裝配式建筑在市場中的使用就越來越明顯。

　　綜合考慮裝配式建筑的設計思想和施工思想，且為了減少造價成本高的不利因素影響，現在開發和大力發展與單元式幕墻不完全相同的“裝配式”幕墻結構系統就顯得非常必要。這里所說的“裝配式幕墻”主要特點如下：

　　(1)幕墻構件盡可能在工廠整體預制，現場整體吊裝;

　　(2)幕墻寬度分格不局限于一跨或多跨分格，高度分格也不局限于樓層的限制;

　　(3)幕墻立柱按需選擇，無公母料對插的必然要求，層間橫梁也無公母料對插的嚴格要求;

　　(4)幕墻系統防水方式靈活多樣化，可按空縫構造式防水，也可按現場打膠密封式防水;

　　(5)幕墻與主體結構的錨固連接須滿足結構受力要求和構造要求，并滿足方便現場吊裝的要求;

　　(6)為方便加工組裝、運輸和現場吊裝，可增加輔助桿件，在吊裝完成后再拆除;

　　按照以上的設計思路，可以對常規的構件式幕墻系統進行改造和深化設計，將構件式幕墻轉化為“裝配式幕墻”，可同時充分利用構件式幕墻和單元式幕墻的優勢，并可減少構件式幕墻和單元式幕墻的缺點，從而消除業主的顧慮，使“高大上”的幕墻系統不再受到成本的制約。

　　2.2主樓標準層玻璃幕墻系統設計對比分析

　　現以“武漢·中交城A樓辦公樓”為例，對構件式幕墻和裝配式幕墻進行對比分析。

　　工程概況：武漢中交城A樓辦公樓共41層，標準層高4200，幕墻總高度180米;南北立面均有多次退層;主樓南北立面為玻璃幕墻與石材柱相間布局，玻璃幕墻寬度為3400，石材柱為寬度600X厚度100，合計3400+600=4000為結構平面間隔單元，3400寬度中間設置200寬仿石材噴涂鋁板裝飾柱;主樓東西立面也為玻璃幕墻與石材柱間隔式布局，玻璃幕墻寬度按500、900、1300、1600、2600等不同分格寬度設置，石材柱則為300X400、1000X600等不同分格尺寸間隔布置;

　　原招標施工圖(已通過圖審審批)設計采用了“構件式玻璃幕墻系統”，由于本項目設計分格尺寸較大，且有造型要求，故玻璃幕墻的立柱設計采用“熱鍍鋅鋼管+裝飾鋁板”為主受力構件，即室內200mm寬的立柱采用200X100X5的矩形鋼管外包2厚粉末噴涂鋁板，室外豎向裝飾線采用3mm厚的仿石材氟碳噴涂鋁板，如下圖所示：

　　以上是典型的構件式幕墻的設計方法，設計雖然比較簡單，但施工過程及施工效果卻有很多缺陷，如：

　　(1)幕墻桿件類型數量繁多，現場作業工序多、工程量大;

　　(2)尤其是熱鍍鋅（詞條“鍍鋅”由行業大百科提供）鋼管龍骨現場施工焊接工作量大，動火作業多，施工過程中安全隱患多，作業效率低，遇到風雨天氣便不能動火作業;

　　(3)鋼龍骨焊接作業也導致鋼龍骨變形較大，校正作業工作量增大，變相大幅度增加了人工費成本;

　　(4)所有鋼龍骨在室內和室外均不能作為裝飾面，因此，凡外露的裝飾面均需要再增加鋁板進行裝飾，增加了很多工序;

　　(5)外包鋁板只能通過折邊加工，所有陽角陰角均無法達到鋁型材的挺直效果，大立柱室內外尺寸無法達到一致，外觀效果大打折扣;

　　(6)繁多的現場安裝作業，完全無法與車間預制組裝的觀感質量進行對比;

　　在深化施工圖設計時，針對以上缺陷重新進行了設計，系統說明如下：

　　深化施工圖玻璃幕墻典型節點圖如下：

　　深化設計后，將石材柱之間的3400寬的玻璃幕墻按照裝配式結構設計為整體單元板塊，如下圖所示(標準單元板塊尺寸為3400X4200，最大單元板塊尺寸為3400X5950)

　　深化設計后，玻璃幕墻系統無論在性能方面還是在外觀方面都具備了原構件式幕墻無法比擬的優勢：

　　(1)幕墻構件均在工廠預制組裝，現場工作量少，機械化程度高，安裝效率高，現場占用工期縮短;

　　(2)構件在工廠預制組裝，大大提高了構件裝配精度，提高了幕墻系統的整體質量品質;

　　(3)單元式幕墻施工，現場逐層封閉，各樓層按分批提前移交，為室內裝修更早提交施工作業工作面;能有效縮短項目的整體工期;

　　(4)玻璃單元與石材單元完全分開，結構受力更合理，幕墻的位移變形能力更高;

　　(5)保溫層設計更合理，中空玻璃與型材斷熱條及幕墻保溫層位于同一位置并保持連續，完全消除了“熱橋”和“冷橋（詞條“冷橋”由行業大百科提供）”，有效保障了幕墻的保溫隔熱性能;

　　(6)外觀效果方面：室內裝飾面全部為擠壓鋁型材，表面的誤差精度為高精級，外觀裝飾效果更好;

　　2.3主樓標準層石材幕墻系統設計對比分析

　　主樓標準層石材幕墻主要表現形式為玻璃幕墻之間的石材柱，如下圖所示，原構件式幕墻設計施工圖中，石材柱與玻璃幕墻為共用鋼龍骨立柱，室內側裝飾面部位再外包鋁板，這是構件式幕墻最通用的設計方案。

　　通過多年的施工經驗證明，以上這種幕墻系統雖然設計方法簡單，但在施工過程中存在諸多的隱患和不利之處，如：

　　(1)所有構件均須在現場組裝，現場工作量大，機械化程度低，安裝效率低，占用工期長;

　　(2)構件現場組裝，遠遠達不到車間預制組裝的精度，降低了質量品質;

　　(3)功能方面：保溫層設計不合理，存在明顯的“熱橋”和“冷橋”，使斷熱型材失去了

　　斷熱功能，降低了幕墻的保溫隔熱性能;

　　(4)石材幕墻與玻璃幕墻共用鋼立柱(外露部位再外包鋁板)，且與玻璃幕墻的鋁橫梁組成玻璃幕墻的結構受力框架，使玻璃幕墻的框架成為鋼鋁混合結構，在溫度應力、變形位移、噪音防護等方面都存在不確定因素;

　　(5)外觀效果方面：室內裝飾面為鋁板包型材，遠遠達不到擠壓鋁型材表面的誤差精度和外觀裝飾效果;

　　在深化施工圖設計時，針對以上缺陷重新進行了設計，系統說明如下：

　　深化施工圖玻璃幕墻典型節點圖如下：

　　深化設計后，將石材柱按照裝配式結構設計（詞條“結構設計”由行業大百科提供）為整體單元板塊，如下圖所示：

　　同以上設計方法，東西立面的石材柱也按照裝配式結構升級為整體單元板塊，如下圖所示：

　　原構件式設計方案：

　　玻璃幕墻與石材柱共用鋼龍骨立柱，鋼龍骨外包鋁板飾面，玻璃幕墻為鋼立柱與鋁合計橫梁混用結構體系;

　　深化設計為改為“單元式玻璃板塊+石材柱板塊”

　　深化設計后，(600+1000+600)寬的石材柱按單元板塊整體預制加工、現場整體吊裝：

　　2.3主樓“鋁板柱+玻璃幕墻”系統設計對比分析

　　主樓局部樓層采用“鋁板柱+玻璃幕墻”系統，原施工圖設計采用構件式幕墻系統，如下圖所示：

　　原構件式設計方案：

　　室內100X200X5熱鍍鋅鋼管外包鋁板裝飾面，室外仿石噴涂鋁板柱;

　　深化設計后，將原構件式幕墻系統設計為“預制型小單元幕墻系統”，如下圖如所示：

　　此深化設計系統，將鋼龍骨外包鋁板改為全鋁龍骨，施工時按照立柱橫梁鋁框架在工廠整體預制組裝、現場將預制框架整體吊裝安裝的方式進行施工，僅玻璃面板及鋁板面板在鋁框架安裝完成后再進行安裝，與原構件式幕墻相比，仍然減少了大量的現場作業工序，使現場作業質量及施工效率都得到明顯提高。

　　4、施工方案的對比分析

　　構件式幕墻與單元式幕墻或裝配式幕墻除結構系統有差異外，現場的施工方案有明顯不同，這表現在采用單元式幕墻或裝配式幕墻后，施工方案的技術含量和先進程度都有明顯提高。

　　構件式幕墻的施工方案，仍然呈現為最傳統的施工工藝，還停留在“肩挑背扛”的原始階段，構件材料均按散裝構件在工廠加工后裝車發貨到現場，進場材料均為散件構件無法用叉車或吊車進行卸貨，只能采用人工搬運進行卸車、轉運。構件材料上樓也只能通過總包的施工電梯將散裝構件轉運到各個樓層，轉運材料效率較低。安裝施工時，作業工人在吊籃內進行施工作業，需要在室內配置作業人員輔助搬運和傳遞材料，同時在全過程中須采取措施以防止散件材料墜落。

　　改為裝配式幕墻后，大量的構件已在工廠內組裝成大板塊，大面積的成品板塊在車間內直接采用桁吊吊車裝車，運輸到現場后，直接采用塔吊(或汽車吊、叉車等)進行卸車，現場二次轉運也都采用塔吊或叉車進行轉運，安裝施工時采用專用吊車從地面直接進行吊裝，避免了較多的現場二次人工搬運，在施工全過程中，都可以使用機械作業，大量節約了人力，并大大降低了安全事故的發生概率，施工效率也大大提高。

　　因此裝配式幕墻的現場施工具備傳統構件式幕墻無法比擬的多種優勢。

　　5構件式幕墻與裝配式幕墻的商務經濟指標對比分析

　　在業主投資控制目標已經確定的前提下，選擇幕墻系統的結構形式大多數情況下是受投資額限額制約的，如果業主還有其他的節約投資等經濟方面的激勵措施，則對幕墻的造價限額影響會更大。所以在選定幕墻系統時，對不同幕墻結構系統的經濟指標分析對比就顯得尤為重要。

　　“武漢·中交城”的幕墻結構系統選型就是典型的例證。據原幕墻設計公司介紹，幕墻設計初步方案中曾經提出了構件式幕墻和單元式幕墻兩種設計方案，并分別進行了經濟指標分析供業主決策。最終業主認為單元式幕墻系統比構件式幕墻系統的造價高出的比列，使業主不能接受，所以最終還是選擇了構件式幕墻，并由幕墻設計公司按照構件式幕墻系統進行施工圖出圖并報圖審公司審批后作為施工圖進行招標，以此選定幕墻施工承包商。

　　我司在招標中標后，按照業主要求簽訂了總價包干的施工承包合同。考慮到本項目的外觀效果比較適合采用單元式幕墻系統，但又受到總價包干的合同條款制約，經反復對比分析研究，我司提出了采用裝配式幕墻系統進行施工圖優化深化設計，并向業主匯報后，業主表示如不增加商務費用，業主歡迎我司按照裝配式幕墻系統進行深化設計;

　　這是幕墻行業內比較普遍的現象，業主既希望深化設計選用更理想的幕墻系統，同時又不愿意再增加投資，也正是由于業主有這種愿景存在，所以通過我們技術人員和商務人員的共同努力，才能夠在不增加投資的前提下把原構件式幕墻向裝配式幕墻進行轉化，同時又受到業主方、總包方、監理方等各方的認可，使后續的各項施工手續能夠順利進行。

　　以“武漢·中交城”A樓主樓玻璃幕墻為例，通過對招標施工圖的玻璃幕墻進行綜合單價分析，再對照深化設計后按照裝配式幕墻施工圖進行綜合單價分析，經過比較可以得出，改為裝配式幕墻系統后，主樓玻璃幕墻的綜合單件略有增加(約增加2%左右)。但此增加成本的比例在可接受范圍之內，即使業主方不增補費用，相信各承包商也都能夠承受。而將構件式幕墻改為裝配式幕墻進行設計施工后，其他社會效益方面(如質量品質提高、企業信譽提高、現場文明施工加強、現場施工形象進度優化等各方面)則都得到了明顯提升。

　　6 結語

　　本文以“武漢交通城A樓辦公樓”為例，通過構件式幕墻與裝配式幕墻不同的設計方案對比、施工方案對比、商務分析對比等三方面分別進行分析研究，最終確定了在總價包干不增加任何費用前提下，將原招標并通過圖審的構件式幕墻施工圖改為裝配式幕墻施工圖，按裝配式幕墻重新進行施工圖設計，并重新辦理圖審手續獲得批準;施工方案也由原招標時的構件式幕墻施工方案改為按照裝配式幕墻的整體吊裝施工方案，該施工方案按照“建質(2009)87號文《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》”的要求，編制了“安全專項施工方案”并經專家論證會審核通過后予以實施。

　　通過本案列的具體分析和工程實踐證明，在商務成本預先已控制的前提下，構件式幕墻仍然能夠在不增加或較少增加綜合成本的前提下向裝配式幕墻轉化，從而在幕墻的加工質量、安裝質量、幕墻的外觀質量等諸多方面，均比常規的構件式幕墻有明顯改善和提高，同時現場的施工環境、施工安全、施工進度文明施工形象等各方面，都比構件式幕墻有顯著提高，值得進行推廣應用。

　　參考文獻

　　[1] 《建筑幕墻術語》GB/T34327-2017

　　[2] 《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003

　　[3] 《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001

　　[4] 《裝配式鋼結構建筑技術標準》GB/T51232-2016

　　[5] 姜清海、姜輝，等，專利ZL 2014 2 0148625.8 一種鋼框架單元式石材幕墻[P]2014-09-10.

　　[6] 姜清海、姜輝，等，專利ZL 2011 2 0347517.X一種多功能幕墻吊裝設備[P]2012-05-23.

作者單位：深圳市三鑫科技發展有限公司

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專家介紹

　姜清海

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位：中山盛興股份有限公司

技術職稱：高級工程師

專業：建筑幕墻技術及產品研發，工程設計、施工、監理，工程技術顧問

專長：幕墻工程技術規范、標準編制，各種幕墻結構系統設計，幕墻新技術、新產品、新工藝研發，幕墻專利技術產品開發

原文地址：http://www.52mqw.com/info/2020-12-11/47741-1.htm 此文由 中國幕墻網 點擊查看 m.shanhuiwang.cn 收集整理,未經許可不得轉載!
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