光彩中心单元式幕墙设计及施工技术

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北京光彩中心工程位于北京东单十字路口东南角，是集办公、金融、商贸、娱乐、餐饮为一体的综合建筑群，由中心主楼（23层）和四个配楼（18层）组成，总建筑面积25万平方米，最大檐高99.262m，结构为框架剪力墙结构。外立面建筑做法为全建筑幕墙体系，风格严谨而丰富，以单元式幕墙为主，天然石材、玻璃、铝材为主要材料。幕墙工程总面积约8万m2，其中单元幕墙面积约4万m2。单元式幕墙是国际上近年出现的高档建筑外维护系统，是在工厂加工程度最高的一种类型。本工程对以往单元式幕墙设计的不足之处做了很好的改进，采用比较先进的材料，并通过精心的施工组织，达到了国内先进水平。
    1、主要材料
    （1） 铝材：选用国产优质铝合金，状态为6063A-T5，型材表面银灰色氟炭喷涂（三涂）处理。
    （2） 玻璃：6+12+6mm中空玻璃：外片浅绿色本体钢化，内片LOW-E透明钢化中间充氩气。具有良好的隔音降噪、阳光控制、减少热传递、抗冲击等适应和改善建筑环境的功能。
    （3） 石材：25mm厚光面宝金石花岗石，采用同一矿脉的石板。
    （4） 铝板：国产防锈铝板，厚度3.0mm。表面氟炭喷涂（三涂），膜层厚度不小于40μm；涂层磨损系数≥40；抗化学性、耐湿性、耐盐水腐蚀性符合要求。
    （5） 结构胶及密封胶：GE公司SSG4400硅酮结构胶，SCS2003硅酮耐候胶。有良好的粘着力和延伸率、抗气候变化、抗紫外线破坏、抗撕裂和抗老化等性能。
    （6） 密封垫和密封胶条：胶条选用EPDM胶条即三元乙丙胶条。抗老化性能好，制造容易，无污染，造价低廉，是较为理想的胶条材料。密封垫挤压成块、密封胶条挤压成条，邵氏硬度为70±5并具有20％至30％的压缩度。
    2、单元式幕墙设计
    单元式幕墙结构的构成原理是：根据建筑设计效果分格确定单元板块的宽度，根据楼层高度确定单元板块的高度，并在组装厂中制成单元组件，一个单元板块即为一个受力单元。安装时将单元板块固定在结构楼板（梁）上，采用上挂点设计，受力形式比较明确、合理。对比其他单元式幕墙,本工程具有如下特点：
    2.1板块之间的连接
    本系统型材插接处为三道胶条密封，形成A、B两等压腔。板块竖向多功能插芯连接定位，安装可行，易保证板块竖向拼缝的直线度和整幅幕墙的平整度。等压腔内高外低，既保证幕墙室内冷凝水可以顺利导向室外，又保证室外雨水不会倒流入室内，增加此处的密封性能，实现结构防水。
    2.2与结构间连接
    本工程采用了比较先进的槽形预埋件，结构施工时同步预埋。预埋在结构梁（板）侧面，通过T型螺栓与转接件相连。经过现场拉力检验（3组），结果分别达到26.5KN、23.9KN、24.4KN而未见破坏，满足设计≥18.0KN要求。该种埋件与平板埋件比较具有如下特点：
    （1） 安全可靠，产品质量稳定，拉拔力破坏荷载可达72KN。
    （2） 调节性能好，其特殊的连接方式可以吸收较大的土建误差，具有较大的调节余量，而平板埋件调节余量相对较小。
    （3） 连接灵活：可与多种转接系统直接简单连接，减少施工工序。平板埋件灵活性差，与系统连接时需搭焊角钢或钢板，增加了工序。
    （4） 无需焊接：通过T型螺栓连接，现场无需焊接，减少了工序，降低了成本，缩短了工期且无火灾隐患。
    （5） 易于埋设：体积小，重量轻，加强工字钢最长110mm且三根成一字排列，易于与主体结构连接。
    2.3转接系统
    楼板结构区域的幕墙板块采用挂轴挂钩式结构，这种结构具有三维空间调节功能，能有效的吸收建筑误差，以保证单元板块安装的平整度。其主要特点如下：
    （1） 该系统受力状态合理，能使幕墙与主体结构保持柔性连接，大大提高抗震性能，同时可避免板块安装同时的任何焊接工作。
    （2） 为防止由于幕墙释放水平方向的温度应力，而使转接系统发出摩擦声，使用一种PVC“防爆声”装置，将其装配在挂钩上，可以有效地缓冲震动和防止摩擦噪声。
    2.4幕墙的节能设计
    现代幕墙已不再仅仅满足于抗风压、水密性、气密性等基本性能，幕墙的环保节能越来越成为现代人衡量幕墙品质的指标，作为大型公共建筑，噪声，光污染，热量损失等都会对建筑及环境产生较大的影响。建筑幕墙的热交换途径主要是热传导，因此降低幕墙的热传导率是节能幕墙的最主要课题。
    2.4.1透光部分采用目前热损失最小的LOW-E中空玻璃，其导热系数k值在1.8 w/m2.k以下；不透光部分（如石材、铝板等）则在面板后面设置50mm厚的硬质玻璃纤维保温板（k=0.045w/m2.k），并与面板和建筑主体之间留出空隙，以增加整体热阻值，经计算导热系数k=0.77 w/m2.k。 两种型式幕墙的导热系数均在幕墙允许最大导热系数（2.45 w/m2.k）之内。
    2.4.2隔热断桥型材
    在以往的幕墙设计中，通常采用中空玻璃和保温材料，往往忽视了铝框的导热问题。中空LOW-E玻璃的导热系数为1.8w/m2.k ，铝的导热系数是玻璃的110倍，高达203w/m2.k ，其优良的导热性能成为幕墙难以继续忽视的传热途径，将室内的热量源源不断地导向室外，加大了取暖负荷。根据本工程幕墙特点，采用热阻值较大的聚酰胺尼龙断热条，将铝型材的室外部分与室内部分隔开。该材料与铝材等强，膨胀系数与铝型材相近，耐久性好，因此能连同铝材共同工作。
    选用不同断桥方案与不用断桥的方案的型材热阻值对比。

比较项目 方案A 方案B 方案C
节点型式 无断热桥 分离式断桥（EPDM） 隔热条式断桥（PA66）
热阻值（m2.k/w） 0.152 0.244 1.77

    2.4.3密封性能良好
    板块之间通过插接关系连成整体，并通过三道密封胶条使其密封，根据试验，空气渗透性能可达到Ⅰ级，保证了幕墙的密闭性，达到了节能要求。
    2.5方便的独立更换功能
    由于玻璃是易碎品，幕墙工程完工交付使用后，在阳光照射下，清洗过程中均可能损坏。因此能方便、安全地更换玻璃是相当重要的，本工程的解决方案，更换时，只需在室内拆下内罩板A和B，即可换下玻璃。
    3、幕墙系统性能检测
    在单元幕墙施工前进行四项性能检测：空气渗透、雨水渗漏、风压变形、平面内变形性能。
    试验单位：湖北省建筑幕墙检测中心。
    检测设备：动风压检测系统。
    检测依据：GB/T 15225～15228-94 GB/T 18250-2000
    检测环境：气温：310k； 气压：100.20kPa。
    样件特征：样件由四个单元板块组成，其中，包括二个典型的石材板块和二个典型的玻璃铝板板块。高度方向包含二个层高。样件尺寸为4200×7875mm，玻璃最大尺寸为1250×1750mm。包含四个可开启部分。
    检测结果及结论：

序号 检测项目 检测结果与分析 评定
等级
测试数据 试验现象及说明
1 风压变形性能
变形检测
反复受荷检测
安全检测 （Pa）
P1＝1000
P2＝1500
P3＝2000 检测依据：GB/T 15227-94
主要受力杆件相对面法线挠度未超过规定值。
试件未出现功能障碍及损坏。
试件未出现功能障碍及损坏。 Ⅳ级
2 空气渗透性能
开启部分
固定部分 （m3/h.m ）
0.156
0.015 检测依据：GB/T 15226-94。在标准状态下，单位时间、单位长度开启缝的漏气量。
单位时间、单位长度固定缝的漏气量。 Ⅰ级
Ⅱ级
3 雨水渗漏性能
开启部分
固定部分 （Pa）
700
1600 检测依据：GB/T 15228-94
在700Pa压力下，试件开启未出现严重渗漏。
在1600Pa压力下，试件固定部分未出现严重渗漏。 Ⅰ级
Ⅱ级
4 平面内变形性能 1/100 检测依据：GB/T 18250-2000
对板块层高3500mm进行试验，±35.00mm相对位移值作用时试件未出现功能障碍及损坏。 Ⅰ级

    4、主要施工技术
    4.1单元板块的组装
    单元板块幕墙的显著优点之一是将框架式幕墙中大量的现场工作转化为工厂式的室内生产。这样，最大程度的减少现场作业，受环境因素影响小，质量容易保证且相对稳定，又大大的提高了生产效率。单元板块的制作质量是构成整个幕墙质量的最重要的基础。
    （1） 单元板块的组装必须有适合实际情况的生产流水线。
    （2） 组装厂应有完善的质量保证体系及检查制度，对原材料、每道工序及最终的成品的质量进行严格有效地控制。
    （3） 根据设计图纸和材料清单有序地挑选组装成板块所需的铝型材、玻璃、石材、铝板及各种附件。所有材料在加工前应符合规范及图纸要求，并进行相应必要的检测，合格后方可进行组装。
    （4） 按照图纸尺寸及要求将立柱、横梁就位成框，用自攻螺钉进行连接。所有自攻螺钉的连接应使用气动改锥安装，严禁气钻扩孔。所有连接用自攻螺钉在安装时应带胶装配。安装完毕后的外露钉头必须用密封胶全部覆盖，且最小胶厚不小于2mm。
    （5） 安装玻璃、各种形式的铝板和不锈钢板等幕墙覆面材料。
    （6） 注胶：注胶必须在洁净无尘的操作间内进行，注胶温度应在5℃－35℃，相对湿度应在35％-75％之间。
    （7） 单元板块注胶后应水平放置在板架上，注意板块不允许受任何挤压。固化前板块不能挪动及上墙安装。
    4.3单元板块的吊装技术
    4.3.1在组装厂组装成检验合格的单元板块后，方可运往工程现场。由于板块的连接方式，必须至下而上进行安装，安装速度20～40块/工作日。
    4.3.2单元板块的主要规格、重量：2750×3500玻璃板块，重量为300kg；1500×3500石材板块，重量为800kg。
    4.3.3本工程结构型式比较复杂，因此不同部位采用不同的吊装方式，主要分为两种：
    （1） 底部无障碍的部位，在屋面设置移动式小吊车，板块可从地面直接进行起吊安装。
    （2） 底部有障碍的部位（如底部有裙房、挑板的部位）比较复杂，主要工作原理如下：在转运层（13层、22层）设置转运钢平台，在屋面安装旋转吊车，利用旋转吊将单元板块连同运输车吊至转运钢平台后，安装万向轮并发射到各个安装部位，然后通过上一层的移动式小吊车从转运层中吊出板块并至下而上进行安装。
    4.3.4根据分格控制线及标高线进行板块调整，达到要求后拧紧螺栓可进行下一板块的安装。
    4.3.5防雷、层间防火的施工均可在楼内施工，并应达到验收要求。
    4.3.6其他收口部位如变形缝、檐口及与圆弧幕墙（框架幕墙）交接处采用吊篮施工，石材板块室内面及楼层处等部位均由室内精装修单位进行装饰，在此不作过多介绍。