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摘要： 本文结合深圳大地科技工业园项目幕墙工程案列，针对钢龙骨与铝龙骨组合式的超大单元式幕墙设计进行分析和总结，供广大幕墙工程设计人员参考。
关键词： 装配式;钢铝龙骨组合式;超大板块;板块类型分析;受力体系分析;设计要点;坐立式;侧风;吊点
1.引言
在当代建筑行业，幕墙因其美观、时尚而深受建筑师的青睐，它是构成城市空间景观的主要元素，赋予整个建筑以美感、气质和个性，具有升华建筑价值、彰显建筑与城市风貌、展现城市文化的重要作用，因而受到广泛的使用和推广，幕墙行业也得到了高速的发展。随着建筑业的持续发展，同时在国家、地方政策的持续推动下，建筑逐渐向模块化和装配式、数字化营造方向发展。作为建筑业的细分行业，幕墙行业的发展也面临诸多问题，尤为突出的问题是施工现场劳务用工人员老年化，造成劳务人员缺口逐年增大，同时劳务成本逐年上升，此外人们对高品质的幕墙需求越来越多，因而单元式幕墙因其具有工厂生产并整体组装、产品质量高且稳定等特点而被广泛应用。
然而在实际工程中，部分项目因建筑造型复杂或结构受力原因，采用传统铝合金龙骨的插接型单元式幕墙无法满足设计要求，需要设计人员结合装配式理念和插接型单元式幕墙的特点进行组合设计，形成钢龙骨与铝龙骨组合式的超大板块单元幕墙，本文结合深圳大地科技工业园项目幕墙工程案列，针对钢铝组合龙骨的超大板块单元式幕墙设计进行分析和总结，供广大幕墙工程设计人员参考。
2.项目概况
深圳大地科技工业园项目位于深圳市龙华区，由5栋建筑组成，各栋建筑之间有室外连廊连接。5栋建筑立面基本相似，通过水平、竖向的铝板装饰线条以及玻璃幕墙规则变化形成凹凸错位的立面效果，整体造型错落有致，简单而又不失变化，富有较强的立体感和层次感，其典型立面大样效果如图一示意。
图一 典型立面大样效果
其层间透明部分为玻璃幕墙，玻璃幕墙平面由斜线与水平线（词条“水平线”由行业大百科提供）交替连线组成，最内侧水平线与最外侧水平线相差600mm，构成了玻璃幕墙的凹凸不规则平面，同时在轴线位置设置了150mm宽铝板装饰柱线条，分别位于室内或室外，如图二A-A剖面示意。梁侧非透明部分为铝板幕墙,其平面相对规则，均为水平线，在轴线位置设置了150mm宽铝板装饰柱线条,与玻璃幕墙位置的铝板装饰柱贯通，铝板水平分格较大，为4500mm，如图二B-B剖面示意。整个立面相对简单，层间除悬窗（词条“悬窗”由行业大百科提供）位置外均为通高玻璃，悬窗位置分为两块玻璃，即开启扇和固定玻璃，玻璃幕墙的顶部及底部各设置有一条150mm高铝板水平装饰线条，典型立面及剖面如图二示意。
图二 典型立面大样
3.系统分析
本项目初始系统方案为框架式幕墙，考虑项目外挑横向和竖向铝板装饰线条为700mm，施工措施相对较复杂，现场作业工作量非常大，施工过程中的安全风险较大，且施工质量相对较难控制，施工工期也相应较长，经对比分析本项目系统方案最终确定为单元式幕墙。因玻璃幕墙由斜线与水平线交替连线组成,其凹凸错位变化较大，玻璃面最远端距离混凝土结构（词条“混凝土结构”由行业大百科提供）边达到950mm，采用传统铝合金龙骨的插接型单元式幕墙无法满足结构体系及受力要求，因此在系统设计时结合装配式理念与插接型单元式幕墙的特点，采用钢龙骨作为主受力构件，铝合金龙骨作为次受力构件或插接构造构件，形成钢龙骨与铝龙骨组合式的单元幕墙。
3.1 板块划分
本项目板块划分有很多种方式，结合立面大样的特点，经过初步的可行性分析，最终选择了两种方案进行对比研究。
第一种方案为梁侧铝板与其上下两条横向铝板线条为整体板块，标准9m轴线区间划分为2个铝板板块，如图三中BK01和BK02，其板块大小为4500mm*1300mm。层间玻璃每个分格为单独的板块，即标准9m轴线区间划分为6个玻璃板块，如图三中BK03~BK08。梁侧铝板板块为梁底和梁顶两个支座单独固定，层间玻璃板块按window wall系统设计。施工时先安装梁侧铝板板块，层间玻璃板块由室内安装。此方案板块划分见图三示意。
图三 第一种板块划分方案
第二种方案为每3个水平分格玻璃与其上方的横向铝板线条组合为一个板块，如图四中BK-A02和BK-A03所示,其板块大小为4500mm*3250mm，标准9m轴线区间为2个玻璃板块。梁侧铝板与其上方横向铝板线条组合为一个板块，如图四中BK-B01和BK-B04所示，其板块大小为4500mm*1150mm，标准9m轴线区间划分为2个铝板板块。此方案板块划分见图四示意。
图四 第二种板块划分方案
以上两种方案中，方案一的板块加工、运输、安装均相对简单，但玻璃板块需室内安装，柱位置及墙体位置安装受限，需单独考虑室外安装方式。另外与单元式幕墙对比，window wall系统水密性能相对较差，在台风易发地区不建议使用，且window wall因构造原因，其顶部的横梁与建筑师要求的尺度不相符。方案二玻璃板块分格较大，且外带横向或竖向铝板装饰线条，板块加工、运输、吊装难度都比较大。本项目因建筑师无法接受window wall顶部构造方式及室内效果，最终选择了第二种板块划分方案。
3.2板块类型分析
根据板块的划分方案，玻璃板块尺寸为4500mm*3250mm，板块顶部附带150mm高铝板水平装饰线条，部分板块侧边附带150mm宽铝板装饰柱线条，主要板块有四种类型，如图五示意。
图五 玻璃板块类型示意图
铝板板块尺寸为4500mm*1150mm, 板块顶部附带150mm高铝板水平装饰线条，部分板块侧边附带150mm宽铝板装饰柱线条，主要板块有四种类型，如图六示意。
六 铝板板块类型示意图
3.3受力体系分析
根据上述板块分析，部分玻璃面外挑出铝板面600mm，距离混凝土结构梁边950mm，且部分板块附带150mm*700mm水平或竖向铝板装饰线条。结合板块形态，仅仅采用铝合金龙骨无法满足幕墙自身的受力要求，局部位置需要设置钢架作为主受力构件。
对于玻璃幕墙板块，在玻璃顶部以及150mm*700mm铝板装饰柱位置设置钢架，以钢架为主受力龙骨，铝合金型材（词条“铝合金型材”由行业大百科提供）为次龙骨，局部钢架位置设置铝合金型材实现单元插接以及单元幕墙防水构造，具体如图七示意。
图七 玻璃板块龙骨布置示意图
对于铝板板块，本身可以采用钢架作为龙骨，但考虑单元幕墙的插接及防水构造，在局部位置设置铝型材用于幕墙单元插接及防水构造，如图八示意。
图八 铝板板块龙骨布置示意图
板块其他受力分析及构造可按标准幕墙进行设计，荷载取值依据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)相关内容，设计过程中荷载取值无特殊之处，荷载组合需注意考虑铝板装饰线条的不同方向风荷载，并与立面幕墙进行所有的不利组合验算，本文不在赘述。
3.4 设计要点
本项目板块相对常规板块而言，其造型复杂，在设计过程中应注意以下三个要点：
(1)玻璃板块大小为4500mm*3250mm，玻璃采用夹胶中空玻璃，板块附带铝板装饰线条，最重的板块自重达1650Kg，部分玻璃面距离混凝土结构梁边950mm，设计中需重点考虑因玻璃面距离单元支座太远而引起的板块整体下坠问题。为解决上述问题，玻璃单元板（词条“单元板”由行业大百科提供）块采用坐立式设计方式，即玻璃板块的自重荷载由其下方的铝板板块承受。具体实施方式为：在铝板板块的上横梁水槽料内设置横滑块，横滑块上设置肋板（词条“肋板”由行业大百科提供）用于支承上方的玻璃板块立柱（词条“立柱”由行业大百科提供）及下横梁，横滑块位置与上方玻璃板块立柱对应。玻璃板块顶部为钢架，采用120*80钢通，在钢通的端部焊接一块18mm厚连接钢板，连接钢板通过螺栓与L形铝合金连接件连接，L形铝合金连接件直接与梁底的板槽式预埋件通过T形螺栓连接。18mm厚连接钢板上设置竖向腰孔，板块可在腰孔位置实现上下位移，满足温度变形及板块层间位移伸缩的要求。通过上述节点构造，安装此超大玻璃板块相对简单，将板块落在铝板板块上后，随即调整L形铝合金连接件位置，拧紧各部位的连接螺栓即可。其板块顶部及底部连接构造如图九示意。
图九 板块顶部及底部构造节点示意图
图十 侧风限位示意图
(2)板块附带150mm*700mm竖向铝板装饰线条，其侧风荷载的传力及限位是幕墙设计师最容易忽视的，尤其是上下单元的插接位置，需考虑如何将上层板块的侧风荷载传递给下层板块，以及埋件位置侧向荷载的传力限位设计。本项目在有150mm*700mm竖向铝板装饰线条的板块位置，通过在下层板块的上横梁上设置铝合金限位构件，并将限位构件插入上层板块的竖龙骨（词条“竖龙骨”由行业大百科提供）中，形成侧风荷载传递，如图十中①示意。此外本项目采用的是板槽式埋件，通过在板槽式埋件上的支座两侧设置限位角码，达到侧向荷载的传力限位，如图十中②示意。
(3)本项目板块造型复杂，需要重点考虑加工、运输胎架以及吊点设计。组装板块及运输板块时，需要考虑板块平躺放置时的稳定性，应根据板块类型设计可调整的胎架，以满足不同规格的板块均可通用。板块附带铝板装饰线条，需考虑吊装时板块重心与吊装的钢丝绳重合，本项目通过在铝板装饰线条的前端额外增设两个辅助吊点，通过辅助吊点调整板块重心与吊装的钢丝绳重合，保证板块吊装的过程中不倾覆，如图十一示意。
图十一 吊点示意图
3.5 防水设计
本项目系统防水设计以插接单元幕墙防水为主，玻璃板块及铝板板块的上横梁及下横梁均为连续设置的铝合金插接横梁，保证了单元幕墙水槽料的完整性，左右板块的边立柱均设置有铝合金插接龙骨，形成完整的单元幕墙防水体系。在水平铝板装饰线条位置，需在其板块拼缝位置设置密封胶条进行第一道防水，在密封胶条上方再进行打胶密封，保证整个系统的防水完整性，如图十二示意。
图十二 防水示意图
4.结语
随着建筑模块化、装配化及数字化营造理念的实施，对于异形复杂建筑，传统的插接型铝合金单元幕墙无法完全满足要求，需要结合装配式与插接型铝合金单元幕墙的特点，采用钢龙骨与铝龙骨组合式的超大板块单元幕墙设计，经项目实践，总结以下几点体会：
4.1钢铝组合龙骨的超大板块单元幕墙以钢龙骨作为主受力构件，铝龙骨作为单元插接构造龙骨或次龙骨进行设计;
4.2钢铝组合龙骨的超大板块单元幕墙因设置有插接型材，板块现场安装平整度可与常规单元幕墙媲美;
4.3异形钢铝组合龙骨的超大板块单元幕墙需重点考虑加工、运输胎架及吊点设计;
4.4异形钢铝组合龙骨的超大板块单元幕墙可打破常规吊挂式的单元幕墙设计思路，采用坐立式设计。
4.5钢铝组合龙骨的超大板块单元幕墙可利用插接型单元幕墙的防水原理与打胶防水相结合，但需满足温度变形、平面内变形等位移的要求。
参考文献：
[1]、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003
[2]、《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012
[3]、《建筑幕墙》 GB/T 21086-2007
作者单位：深圳市方大建科集团有限公司
