建筑幕墙设计优化与质量控制研究

王名文

随着我国社会经济的飞速发展，城市化进程也不断加快，城市内建筑工程数量逐年增加，使得建筑行业得到了飞速发展[1]。玻璃幕墙作为现阶段应用量极大的建筑外墙形式，广泛应用于高层建筑。同时作为城市的一道靓丽的风景线，其设计建造水平对城市形象、城镇居民居住体验等具有十分重大的影响[2-3]。基于此，本文以实际工程案例为研究对象，深入分析玻璃幕墙设计中结构构造设计、预埋件处理、安全设计以及材料性能指标等多方面内容，以期对后续玻璃幕墙建设提供借鉴。

1 工程简介

上海嘉定新城健康科技有限公司总部、研发及培训中心位于上海市嘉定新城（马陆镇）1401 号地块，东至德富路，北至双单路。工程建筑总面积60476 m2，幕墙总面积37602 m2，工程性质均为商业办公建筑。工程路面粗糙度类别为B 类，基本风压为wo=0.55 kN/m2，基本雪压0.2 kN/m2，抗震设防烈度为7 度，防雷类别为第二类，设计使用年限要求幕墙设计使用年限为25 年，不宜拆换的幕墙支撑结构设计使用年限为50 年。

项目1 号楼、2 号楼幕墙的布置一致，单栋建筑物幕墙面积8541 m2，其中FS01 铝框玻璃幕墙3814 m2，最大分隔高2100 mm×1875 mm=3.94 m2，其中FS02 铝框玻璃幕墙1459 m2，最大的分隔高为3600 mm×1875 mm=6.75 m2，其中FS03 铝框玻璃幕墙138 m2， 最 大 的 分 隔 高5100 mm×1800 mm=9.18 m2，铝 板 幕 墙2528 m2，最大的分隔高为2700 mm×1200 mm=3.24 m2，不锈钢板幕墙462 m2，最大分隔高为950 mm×4000 mm=3.8 m2，玻璃雨棚面积140 m2，最大分隔高1800 mm×1485 mm=2.67 m2

项目3 号楼、4 号楼幕墙布置一致，单栋建筑物幕墙面积为6421 m2，其中FS01 铝框玻璃幕墙2676 m2，最大分隔高2100 mm×2150 mm=4.5 m2，其中FS02 铝框玻璃幕墙686 m2，最大分隔高为3600 mm×1875 mm=6.75 m2， 其 中FS03 铝 框 玻 璃 幕墙58 m2，最大分隔高为3600 mm×1800 mm=6.48 m2，铝板幕墙2757 m2，最大分隔高为1500 mm×2150 mm=3.23 m2，不锈钢板幕墙102 m2，最大分隔高为1000 mm×2100 mm=2.1 m2，玻璃雨棚面积142 m2，最大分隔高1800 mm×1485 mm=2.67 m2

2 幕墙设计要点

2.1 结构及构造设计

幕墙结构构造设计作为幕墙建筑设计中最重要的关键环节，主要承担玻璃幕墙抵抗风压、抗震等性能。因此在进行建筑幕墙设计时，必须保证结构以及支撑结构设计符合规范要求的同时满足工程建设需求[4]。本工程所采用的幕墙结构及构造要点见表1所述，本工程中用量最大的FS01 竖隐横明铝合金框架玻璃幕墙和FS02 竖明横隐铝合金框架玻璃幕墙所采用的主要结构材料为6063-T6 铝合金材料，根据相关规范要求，该材料能够满足本工程使用需求。

表1 主要幕墙结构构造说明

2.2 预埋件处理

预埋件主要起到承载幕墙结构荷载，保障幕墙工程安全的作用，因此预埋件是幕墙设计施工过程中十分重要的一个过程，设计施工主要包括预埋件的选择、设计预埋件的位置以及预埋件的安置方式[5]。在实际建设过程中，常常出现由于设计人员缺乏对实际工程的了解，仅根据建筑物的基本参数进行实践，不考虑现场实际环境，容易出现幕墙预埋件现场施工难度增加，影响工程质量[6-7]。

本工程中预埋件中承重结构采用的钢材应具有屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、硫、磷含量的合格保证，对焊接结构尚应具有碳合量的合格保证。焊接承重结构以及重要的非焊接承重结构采用的钢材应具有冷弯试验的合格保证。对直接承受动力荷载或需计算疲劳的构件所用钢材还应具有冲击韧性的合格保证。横梁截面主要受力部位的厚度，钢型材截面主要受力部位的厚房不应小于2.5 mm。在截面主要受力部位的厚度钢型材截面主要受力部位的厚度不应小于3.0 mm。金属和石材幕墙结构的立柱与横深在风荷载标准值作用下，钢型材的相对挠度不应大于L/300（L为立柱或楼梁两支点间的跨度），绝对挠度不应该大于15 mm；铝合金型材的相对挠度不应大于L/180，绝对挠度不应该大于20 mm。

2.3 防火防雷设计

玻璃幕墙的防火防雷设计是玻璃幕墙安全设计的重要内容。针对防火设计，需要根据工程实际情况，选择合适的建筑材料，主要包括防火板材的选择，防火棉厚度、防火节点的分布等内容。

防雷中，玻璃幕墙作为建筑物的一部分，并不需要单独进行防雷设计，但玻璃幕墙作为建筑物外墙，需要将其与主体结构进行结合，做到共同防雷，具体做法是将幕墙的龙骨直接与建筑物自身防雷系统进行机动连接，以达到保护建筑物幕墙安全的作用。本工程中有关防火设计措施如下：

1）幕墙与实体墙的上下沿口应分别设置水平防火封堵。

2）同一块幕墙玻璃面板不应跨越上下左右相邻的防火分区。

3）幕墙与楼板边缘实体墙及隔墙之间的缝隙、幕墙与建筑实体墙面间的空腔以及建筑洞口边缘部位的缝隙，均采用防火封堵材料封堵。

4）墙的防火封堵构造系统，在正常使用条件下，应具有伸缩变形能力、密封性和耐用性；防火封堵耐火完整性不应低于1 h。

5）建筑幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙，用防火封堵材料封堵，用岩棉封堵时，其厚度不应小于200 mm，并应填充密实；楼层间水平防烟带的岩棉采用厚度不小于1.5 mm 的镀锌钢板承托；承托板与主体结构、幕墙结构及承托板之间的缝隙宜填充防火密封材料。

6）消防救援窗的应急击碎玻璃应采用厚度不大于8 mm 的单片钢化玻璃或中空钢化玻璃，不应采用普通玻璃、半钢化玻璃或夹层玻璃。

本工程中所采用的防雷措施：

1）隔热断桥内外侧的金属型材应连接成电气通路。

2）幕墙横、竖构件的连接，相互间的接触面积应不小于50 m2形成良好的电气贯通。

3）幕墙立柱套芯上下、幕墙与建筑物主体结构之间，应按导体连接材料截面的规定连接或跨接。

4）构件连接处有绝缘层材料覆盖的部位，应采取措施形成有效的防雷电气通路。

5）金属幕墙的外露金属面板或金属部件应与支承结构有良好的电气贯通，支承结构应与主体结构防雷体系连通。

6）利用自身金属材料作为防雷接闪器的幕墙，其压顶板宜选用厚度不小于3 mm 的铝合金单板，截面积应不小于70 mm2。

2.4 幕墙主要性能指标

幕墙作为外墙装饰材料，其自身需满足美观需求的同时，还要兼顾建筑工程外墙的性能，因此玻璃幕墙主材料要满足抗风压性能、水密性能、气密性、平面内变形性能、空气绝声性能以及耐撞击性能等。

3 施工质量控制措施

本工程1 号楼、2 号楼施工过程中为保障幕墙施工质量所采用的施工措施具体为：

1）施工前需与各施工单位做好交接协调，施工范围界定工作。需根据幕墙图纸要求复核现场结构并提供反馈意见，配合各相关单位做好衔接工作。施工单位在施工前需将幕墙图纸与建筑、结构及其它专业图纸互相校核，确认无误后方可施工。施工单位深化图纸与设计院施工图不一致的部位，需用云线标识并提供计算书至建筑师审核。构件出厂时，应附有构件合格证书。

2）施工前应先调整土建施工误差，幕墙安装应在土建单位三线移交的基础上先确定放线基准线，以其为基准确定幕墙立面分格线位置。幕墙外表面与主体结构间距需在主体结构进行了整体测量后，以主体实际情况为依据、以建筑轴线为基准来确定。

3）1 号楼某幕墙施工节点细部构造图如图1 所示。由图1 可知，本工程中选用材料较多，幕墙密封等作业应满足下列要求。幕墙硅酮建筑密封胶施工应严格按照工艺要求进行，泡沫垫条应安放平整，耐候胶有效厚度不小于5 mm，胶缝表面应光滑、均匀，无空鼓及气泡；门窗等构件的安装过程中钻孔位置必须准确，以确保活动灵活可靠，同时确保雨水渗漏性能及空气渗透性能达到规范要求；钻孔位置必须准确，以确保活动灵活可靠，同时确保雨水渗漏性能及空气渗透性能达到规范要求。

图1 号楼幕墙某施工节点细部构造图（来源：作者自绘）

4）现场焊接要求所有焊缝应均匀饱满、无夹渣，确保焊接质量。楼主入口大雨棚钢结构所有壁厚≥6 mm的幕墙钢骨架及连接件均为坡口全融透等强焊接，焊缝等级不低于二级；出屋面悬挑平面空腹桁架均为坡口全融透等强焊接，焊接等级不低于二级；其余未注角焊缝或焊缝高度均按满焊处理，焊高为较薄焊件厚度，焊缝等级为三级。幕墙立柱与锚板连接的钢角码采用三面围焊，焊缝高度不小于6 mm，单个角码焊缝有效长度不小于100 mm 焊接部位除注明外，焊缝均按三级焊缝质量标准；雨篷钢梁焊缝等级不低于二级，所有焊缝一律满焊；所有钢件相接处均满焊，焊缝高度等于较薄钢件厚度。

5）金属板与石板安装应符合下列规定：第1，应对横竖连接件进行检查、测量、调整；第2，金属板、石板安装时，左右、上下的偏差不应大于1.5 mm；第3，金属板、石板空缝安装时，必须有防水措施，并应有符合设计要求的排水出口；第4，填充硅酮耐候密封胶时，金属板、石板缝的宽度、厚度应根据硅酮耐候密封胶的技术参数，经计算后确定。

6）幕墙安装施工应对下列项目进行验收：第1，主体结构与立柱、立柱与横粱连接节点安装及防腐处理；第2，幕墙的防火、保温安装；第3，幕墙的伸缩缝、沉降缝、防震缝及阴阳角的安装；第4，幕墙的防雷节点的安装；第5，幕墙的封口安装。

4 结语

为提高玻璃幕墙建设水平，保障我国城市建设的靓丽风景线，本文以实际工程为研究对象，深入分析建筑玻璃幕墙设计优化与质量控制措施，着重分析了结构及构造设计、预埋件处理等内容的重要性，分析本工程中上述部分的设计优化要点及质量控制措施。

对本工程中幕墙材料主要性能指标进行分析，以供后续相关工程的开展参考。本文研究内容对于今后建筑幕墙设计优化和质量控制等工作的开展具有一定借鉴意义。