单元式幕墙系统插接构造设计2013.07.doc

单元式幕墙系统插接构造设计
杜东新
摘要 单元式幕墙体系插接构造设计，关乎后期使用安全问题，多大的尺寸更合适，是在系统定立初期就应解决的问题。本文对插接构造设计的几个关键因素进行分析总结插接构造设计的理论最小尺寸，为后续的单元式幕墙设计提供参考。
Abstract unitized façade construct gap dimension between male & female mullion is relative to use safety, what is size more available? It is should be designed during system determine .the article analyze several key actor and get the safety theory design value between male & female mullion of unitized curtain wall. For later project, refer to this theory design value.
关键词 单元式幕墙 插接构造尺寸 变形量等
Key word unitized façade construct gap dimension of male & female mullion distortion Etc.
一． 单元式幕墙的构造特征
单元式幕墙体系以是分体横竖向龙骨为主要设计特征的幕墙体系,如图示的构造示意（图一），因此插接构造要符合各种变形变位要求。其主要影响因素以下分述。

单元系统三维节点图（图一）注：H(竖) 竖框插接量限制尺寸
H(横) 横框插接量限制尺寸
二． 插接构造尺寸的主要影响因素
单元板块间的插接变位量h的确定应考虑建筑主体结构的变位量、环境温度变化引起的温差变形、自重变形、地震影响及生产加工、组装误差、安装的精度偏差等多方面因素的影响。故在设计时应充分考虑插接构造尺寸如图示的H(竖)、H(横)，其影响因素主要有如下几个
插接构造尺寸H的确定方法
h=主体结构变位h1+温度变形h2+自重变形h3+加工组装误差h4+安装偏差h5+其他因素h6
幕墙设计时确定的板块间插接构造尺寸H应大于单元板块间的插接变位量h至少1mm，并取整数,即H= h+1mm。
横框插接量限制尺寸设计H(横)（如图二）
H1～H5尺寸均应大于或等于H。其中，H1、H2、H4为构造的单元变位空间，避免上下两单元因变位而相互挤压变形破坏；H3、H5为单元插接量，保证单元在产生变位时不会相互脱离，破坏插接。
竖框插接量限制尺寸设计H(竖) (图三)
H1～H4尺寸均应大于或等于H(竖)。其中，H2、H4为构造的单元变位空间，避免左右两单元因变位而相互挤压变形破坏；H1、H3为单元插接量，保证单元在产生变位时不会相互脱离，破坏插接。
单元横框插接构造节点图（图二） 单元竖框插接构造节点图（图三）
三． 主要影响因素的尺寸设计
1：主体结构的变位量h1
主要有两个，混凝土的温差变形，层间压缩量:
混凝土的温差变形:对于温差作用下混凝土的伸缩量可按式计算得出。
h1= x He x △ t
—— 线膨胀系数 （1/ oC）
He —— 层间高度 （m）
△ t —— 温差 （oC）
主体结构可以按△ t =80oC的极限使用值取用，本例假定层高He =3.6m。线膨胀系数可按下表JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范中表5.2.10所示混凝土的线膨胀系数1.0x10-5：采用
h1=1.0x10-5 x 3600mm x80 oC
=2.88mm
层间压缩量：对于高度小于250米的建筑，其层间压缩量可按5mm考虑，但对超高层建筑，如高度300米以上，甚至600米以上的建筑，层间压缩量成为制约构造尺寸的关键因素.可以按如下公式计算出整栋楼的压缩量：
混凝土的压缩量是指混凝土构件在受压时产生的压缩变形量。基本定律是虎克定律。
即应变=应力/弹性模量
△L / L=N /A/ E
所以压缩量△L=N L / A E
式中N---压力荷载
L---受压构件长度
A---受压构件截面面积
E---混凝土弹性模量
h1=L/层数
正常情况下，如果由幕墙单位计算出压缩变形量是比较困难的，且每层的压缩变形量也是不一致的，越到底层压缩变形量越大，单元幕墙往往与主体结构同步施工，结构封顶，幕墙结束，但内部的办公、设备、人员等荷载还没有全部进入，即压缩变形量还没有全部完成，故对于超高层项目的设计，可以要求建筑设计院配合提供此值。在单元设计之初就完成此值的分析，才可以有效避免后期压缩量过大带来的不利影响。
高度300米以上的项目，h1可按10mm取值
2：幕墙的材料温差变形h2：
单元式幕墙的骨架材料是牌号为6063铝合金，在温差作用下会有变形，如JGJ102-2003玻璃幕墙工程技术规范中表5.2.10所示铝合金的线膨胀系数：
给定温差可以计算出变形量大小，但多大的温差更合适呢，笔者认为：初始温度可按车间加工温度，可以考虑（5-25度）；使用温度可按室内最高温度计算（35-40）度，温差范围基本可确定在30度，层高假定3.6米，则按上表可得如下公式
h2= x He x △ t
=2.35x10-5 x 3600mm x30oC
=2.538mm
注：此处温差不应按80oC的极限使用值取用，而是加工温度与使用温度的差值。
另外，正常情况下，单元板块的伸缩趁势与主体结构是一致的，对幕墙是有利的，单元板块的温差变形量与混凝土的温差变形之差才是最终的温差变形，因此最终h2的取值是二者差的绝对值，本例即为h2=|2.88-2.538|=0.3mm。
3自重变形h3
GB/T21086-2007〈建筑幕墙〉5.1.9条对横梁在重力标准值作用下产生的挠度有下列规定：
重力标准值作用下产生的挠度限值不应超过3mm，故自重变形h3=3mm。
4.生产加工、组装误差h4
JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》9.7.8条、9.7.9条中对单元组件框加工制作组件组装允许偏差有如下的规定。
表9.7.8 单元组件框加工制作允许尺寸偏差
序号
项 目
允许偏差
检查方法
1
框长（宽）度(mm)
≤2000
±1.5 mm
金属直尺
>2000
±2.0 mm
2
分格长（宽）度
(mm)
≤2000
±1.5 mm
金属直尺
>2000
±2.0 mm
3
对角线长度差
(mm)
≤2000
≤2.5 mm
金属直尺
>2000
≤3.5 mm
4
接缝高低差
≤0.5 mm
游标深度尺
5
接缝间隙
≤0.5 mm
塞片
6
框面划伤
≤3处且总长≤100mm

7
框料擦伤
≤3处且总面积≤200mm2

表9.7.9 单元组件组装允许偏差
序号
项 目
允许偏差(mm)
检查方法
1
组件长度、宽度
(mm)
≤2000
±1.5
金属直尺
>2000
±2.0
2
组件对角线长度差(mm)
≤2000
≤2.5
金属直尺
>2000
≤3.5
3
胶缝宽度
+1.0
0
卡尺或金属直尺
4
胶缝厚度
+0.5
0
卡尺或金属直尺
5
各搭接量（与设计值比）
+1.0
0
金属直尺
6
组件平面度
≤1.5
1m靠尺
7
组件内镶板间接缝宽度（与设计值比）
±1.0
塞尺
8
连接构件竖向中轴线距组件外表面（与设计值比）
±1.0
金属直尺
9
连接构件水平轴线距组件水平对插中心线
±1.0
(可上、下调节时±2.0)
金属直尺
10
连接构件竖向轴线距组件竖向对插中心线
±1.0
金属直尺
11
两连接构件中心线水平距离
±1.0
金属直尺
12
两连接构件上、下端水平距离差
±0.5
金属直尺
13
两连接构件上、下端对角线差
≤1.0
金属直尺
故生产加工、组装误差h4=2.0mm
5.安装偏差h5
单元式幕墙安装固定后的偏差应符合表10.5.7的要求；
表10.5.7 单元式幕墙安装允许偏差
序号
项 目
允许偏差（mm）
检查方法
1
竖缝及墙面垂直度
幕墙高度H（m）
≤10
激光经纬仪
或经纬仪
H≤30
30<H≤60
≤15
60<H≤90
≤20
90<H
≤25
2
幕墙平面度
≤2.5
2m靠尺、金属直尺
3
竖缝直线度
≤2.5
2m靠尺、金属直尺
4
横缝直线度
≤2.5
2m靠尺、金属直尺
5
缝宽度（与设计值比）
±2
卡尺
6
耐候胶缝直线度
L≤20m
1
金属直尺
20m< L≤60m
3
60m< L≤100m
6
L >100m
10
7
两相邻面板之间接缝高低差
≤1.0
深度尺
8
同层单元组件标高
宽度不大于35m
≤3.0
激光经纬仪或经纬仪
宽度大于35m
≤5.0
9
相邻两组件面板表面高低差
≤1.0
深度尺
10
两组件对插件接缝搭接长度
(与设计值比)
±1.0
卡尺
11
两组件对插件距槽底距离
(与设计值比)
±1.0
卡尺

封口横滑板

封口板安装（图四） 封口板安装（图五）
安装偏差h5可取表格第7项中的值，这是因为单元板块相邻板要完成插接，其横后的封口横滑板跨越左右两个单元(详图四、图五)，过大的安装偏差将导致安装难以实现。第8项中对幅宽大于35m的板块，安装偏差要小于或等于5.0mm，是对整个幅宽内的误差累积值，可不考虑。故安装偏差h5=1.0mm
6.其他因素h6
其他因素h6可以理解为在以上所有受力变形均同时发生的极端情况下，上下横梁仍没有达到硬性接触,此时的理论最小间隙可取为1-2mm。
结论：插接构造尺寸H
横框插接构造尺寸H（横）的确定方法，即为以上计算值的和：
对于高度小于250米的建筑
h= h1+h2+h3+h4+h5+h6
=5.0+|2.88-2.538|+3.0+2.0+2.0+2.0
=14.34
插接构造尺寸H= h+1=14.34+1=15.34
取整，按16mm设计
对于高度大于250米的建筑
h= h1+h2+h3+h4+h5+h6
=10+|2.88-2.538|+3.0+2.0+2.0+2.0
=19.31
插接构造尺寸H= h+1=19.31+1=20.31
取整，可以按21mm设计
从上面的分析可以看出，如果此细节设计不好，可能导致横向插接硬性接触，骨架及玻璃面材等造成额外的挤压应力，轻者影响外立面效果，重者可能导致板块破损。
竖框插接量限制尺寸设计H（竖）
竖框插接量包括上述各种变形因素，但由于单元板块的横向变位较竖向轻微，一般取H竖≥10mm。
另外需要说明的是，土建标高的偏差是在转接系统安装调整时实现的，故土建的误差适应性设计是不在插接构造尺寸设计范围之内的。《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB 50204—2002)对现浇及预制装配的混凝土结构构件施工允许偏差作了具体的规定。对现浇混凝土结构墙柱构件的标高允许偏差，分为层间与全高两方面同时控制，层间标高±10mm；总标高偏差±30mm，如果按层间标高±10mm的值计入插接构造尺寸显然是不合适的。
四． 结束语
虽然单元式幕墙的应用已有很多年，但相应的理论研究较少，相关的文献资料也不多，其构造上的细节设计往往是各幕墙厂家凭经验去做，但受制于水平的限制，主观性的想法可能会造成设计失误，那么一个管理优秀的公司就应当对设计失误可能造成的后果进行预防性的管理，这就需要幕墙厂家投入更多的人力、物力、财力作些基础性研究工作，将研究成果用来指导设计及施工，作到防患于未然。
文中的一些图片、结构及建议仅供参考，不妥之处，敬请指正。
作者 E-mail: 2282033954@
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