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幕墻結構分類

前言:

  幕墻(Curtain Wall)早在150年前(19世紀中葉)就已在建筑工程中使用,由于受當時材料和加工工藝的局限,幕墻達不到絕對水密性氣密性、抵抗各種自然外力的侵襲(如風、地震、氣溫)、熱物理因素(熱輻射結露)以及隔音防火(詞條“防火”由行業大百科提供)等要求,一直得不到很好的發展及推廣。

  正文:

  我國建筑幕墻(詞條“建筑幕墻”由行業大百科提供)行業從1983年開始起步,三十年來建筑材料及加工工藝的迅速發展,各種類型的建筑材料研制成功,如各種密封膠的發明及其它隔聲、防火填充材料的出現,很好地解決了建筑外圍對幕墻的指標要求,并逐漸成為當代外墻建筑裝飾新潮流。

  今天,幕墻不僅廣泛用于各種建筑物的外墻,還應用于各種功能的建筑內墻,如通信機房、電視演播室、航空港(機場)、大車站、體育館、博物館、文化中心、大酒店、大型商場等。

  面對幕墻新工藝層出不窮,新材料琳瑯滿目,為了幫助行業讀者,建立系統的、綜合的“幕墻結構”知識體系,中國幕墻網特別制作“幕墻結構分類及特點”大百科欄目。

  幕墻分類目錄樹

  1.全玻幕墻

  全玻幕墻是一種全透明、全視野的玻璃幕墻,利用玻璃的透明性(詞條“透明性”由行業大百科提供),追求建筑物內外空間的流通和融合,使人們可以透過玻璃清楚地看到玻璃的整個結構系統,使結構系統由單純的支承作用轉向表現其可見性,從而表現出建筑裝飾的藝術感、層次感和立體感。具有重量輕、選材簡單、加工工廠化、施工快捷、維護維修方便、易于清洗等特點。其對于豐富建筑造型立面效果的功效是其他材料無可比擬的,是現代科技在建筑裝飾上的體現

  1.1吊掛式全玻幕墻

吊掛式全玻幕墻

  1.2.點接駁式全玻幕墻

  每一分格玻璃用點接駁鋼件以點連接形式固定,其所承受的各種荷載和作用(風荷載地震作用溫度作用等)通過點接駁鋼件、鋼爪傳遞到受力支撐結構系統,再由中間受力支撐結構體系傳遞給主體結構;點接駁鋼件采用球狀鉸接螺栓(可自由轉動),且球狀鉸接螺栓的轉動中心與玻璃重心是一致的,可以消除由于外力(風荷載、地震作用、溫度作用等)引起的玻璃位移。點接駁鋼爪有“H”形和“X”形等幾種形式。支承玻璃的受力支承結構系統可以是玻璃肋鋼桁架也可以是不銹鋼拉桿(詞條“鋼拉桿”由行業大百科提供)拉索混合結構。因此點接駁全幕墻可分為玻璃肋點接駁全玻幕墻、鋼桁架點接駁全玻幕墻、拉索式點接駁全玻幕墻、混合結構形式點接駁全幕玻墻。

點支承玻璃肋玻璃幕墻

點支撐玻璃幕墻不銹鋼拉桿

點支承玻璃幕墻—不銹鋼拉索式

點支承玻璃幕墻—鋼桁架結構

  點支承玻璃幕墻—自平衡索桁架式

點支承玻璃幕墻—單層索幕墻

點支承玻璃幕墻—不銹鋼拉索式

點支撐玻璃幕墻—不銹鋼拉桿式

  2.座立式全玻幕墻

  “座裝式”全玻璃幕墻的玻璃重量由底部玻璃槽承擔,“座裝式”與“吊掛式”的全玻璃幕墻完成后外觀上沒有區別。

座立式全玻幕墻

  2.框架式(元件式)幕墻 框架式(元件式,構件幕墻的豎框(或橫梁)先安裝在主體結構上,再安裝橫梁(或豎框),豎框和橫梁組成框格,面板材料在工廠內加工成單元組件,再固定在豎框和橫梁組成的框格上。面板材料單元組件所承受的荷載要通過豎框(或橫梁)傳遞給主體結構。該結構較常見的形式是:豎框和橫梁現場安裝形成框格后將面板材料單元組件固定于骨架上,面板材料單元組件豎向接逢在立柱(詞條“立柱”由行業大百科提供)上,橫向接逢在橫梁上,并進行密封膠接逢處理,防雨水滲透、空氣滲透

  框架式(元件式)幕墻主要特點

  (1)施工手段靈活,工藝較為成熟,經過較多工程實踐檢驗,是目前采用較多的幕墻結構形式。

  (2)主體結構適應能力強,安裝順序基本不受主體結構的影響。

  (3)采用密封膠接逢處理,水密性、氣密性好,具有較好的保溫、隔聲降噪能力,具有一定的抗層間位移能力

  (4)面板材料單元組件工廠制作,結構膠使用性能有保證。

  (5)大量安裝工序現場進行,要求現場管理工作量大。

  (6)密封膠施工要求嚴格,前期清洗、打膠過程對工人素質要求高;安裝打膠控制點多,工序多,要求工程管理質量高。

明框玻璃幕墻

隱框玻璃幕墻

半隱框 橫明豎隱玻璃幕墻

  3. 單元式幕墻是由許多獨立的單元組合而成,每個獨立單元組件內部所有板塊安裝、板塊間接縫密封均在工廠內加工組裝完成,分類編號按工程安裝順序運往工地吊裝,安裝可與主體結構施工同步進行(相差5-6個樓層即可)。通常每個單元組件為一個樓層高(或二、三個樓層高)、一個分格寬,單元與單元之間采用陰陽鑲嵌的結構形式,即單元組件的左右豎框、上下橫框都是和相鄰單元組件對插,通過對插形成組合桿,從而形成單元組件間接逢。單元組件的豎框直接固定在主體結構上,所承受的荷載是由單元組件的豎框直接傳遞到主體結構。

  其主要特點為:

  (1)幕墻單元工廠內加工制作易實現工業化生產,降低人工費用,控制單元質量;大量的加工制做、準備工作在工廠內完成,從而縮短幕墻現場施工周期和工程施工周期,為業主帶來較大的經濟效益和社會效益。

  (2)單元與單元之間陰陽鑲嵌連接,適應主體結構位移能力強,能有效吸收地震作用、溫度變化、層間位移,單元式幕墻較適用于超高層建筑和純鋼結構高層建筑

  (3)接逢處多使用膠條密封,不使用耐候膠(是目前國內外幕墻技術的發展趨勢),不受天氣對打膠的影響,工期易控制。

  (4)由于單元式幕墻主要在室內施工安裝,主體結構適應能力較差,不適用于有剪力墻窗間墻(詞條“窗間墻”由行業大百科提供)的主體結構。

  (5)要求有嚴格的施工組織管理,施工時有嚴格的施工順序,必須按對插的次序進行安 裝。對主體施工用垂直運輸設備等施工機械的安放位置有嚴格限制,否則將影響整個工程的安裝。

單元式玻璃幕墻

單元式鋁板幕墻(詞條“鋁板幕墻”由行業大百科提供)

  4. 半單元式幕墻 是先在主體結構上安裝豎框或豎框與橫梁組成的框架,豎框和相鄰豎框對插,通過對插形成組合桿。單元組件(裝飾面板)再固定在豎框或橫梁上。一般有兩種結構形式:一種是豎框先安裝在主體結構上,豎料上裝有掛接板塊的裝置,橫梁與面板材料組成單元板(詞條“單元板”由行業大百科提供)塊,板塊掛接豎料上。豎向接縫在豎框上,橫向采用上下單元板塊對插接縫,進行接縫處理,形成整片幕墻。另一種是豎框與橫梁組成框架,固定于主體結構上,面板組成獨立的小板塊,掛接于框架上。豎向接縫在豎框上,橫向接縫在橫梁上,并進行接縫處理,形成整片幕墻。

  其主要特點是:

  (1)豎框采用對插形式,變位適應能力強,具有較強的層間位移調節能力,抗震性能好。

  (2)豎框通過對插形成接逢,對地震作用、溫度變化等引起的變形適應能力好,且位移時噪聲小。

  (3)易實現工業化生產,可減少現場加工、安裝工序,易于控制工程質量。

  (4)現場施工周期短,接逢處多使用膠條密封,一般不使用耐候膠(是目前國內外幕墻技術的發展趨勢),不受天氣對打膠的影響,易縮短施工周期。

  (5)可交叉作業施工,施工手段靈活,受主體結構影響小。

  (6)維修保養方便,維護、更換板塊時不影響周圍板塊。

  5.雙層呼吸式幕墻

  功能要點――智能化、節能:雙層幕墻導熱遮陽特性,可以明顯減少樓宇內的能量消耗。通過被動使用光能,冬季通過雙層幕墻的熱量損失可減少30%,夏季通過夜間散熱,可使用戶減少使用空調,從而減少能量的損耗。如果夜間散熱和遮陽板(詞條“遮陽板”由行業大百科提供)使用正確,還可以保持室內溫度低于室外。

  通風、防塵:自然通風,即使天氣惡劣,也一樣可以開換氣。減少空調綜合癥的發生,提高人們的生活質素和工作效率。

  隔音:研究檢測,對隔音效果影響最大的是通風口的開口位置。即使窗戶開放,雙層幕墻仍可達到單層幕墻窗戶關閉時的隔音效果。不僅隔斷室外噪音,而且也隔斷房間之間和樓層之間的噪音。

  換氣過程―――夏季,出風口開啟,依據熱壓(詞條“熱壓”由行業大百科提供)原理(煙囪效應),冷氣會從進風口進入雙層幕墻的空氣緩沖層;進行熱交換后,熱空氣從出風口排出。若內層幕墻開啟,也可將室內頂部的熱空氣同時排出。冬季,出風口關閉,空氣緩沖層在溫室層的作用下,緩沖層溫度會高于室外,從而也提高內層幕墻外表面溫度,這樣會大大降低室內熱損失(詞條“熱損失”由行業大百科提供)

外通風雙層幕墻(中國奧運射擊館)

內通風雙層幕墻

內通風雙層幕墻

雙層通風幕墻剖面圖

  6.石材幕墻

  銷釘式結構:此結構屬石材干掛技術第一代產品,是在石板的上下端面鉆孔,采用托板與銷釘固定。此結構簡便,但板面為局部受力,易產生擠壓應力,板塊抗變形能力不好,且板塊破損后不宜更換,適用于低層建筑

  半圓槽結構:此結構屬石材干掛技術第二代產品,是指在石板的上下端面銑成半圓槽口,采用托板及半圓勾板固定,此結構受力較銷釘合理,較易吸收變形,考慮到強度問題,一般多用不銹鋼勾板,但板塊破損后不宜更換,適用于低層建筑。

  通長槽固定方式:此結構是在石板上下端面開設通長槽口,采用鋁合金通長勾板固定,其特點是受力合理,可靠性高,板塊抗變形能力強,且板塊破損后可實現更換要求,適用于高層建筑。

  背栓式結構:此結構屬石材干掛技術第三代產品,是目前世界上較先進技術,在國內,只有我公司有此技術、加工和施工技術及進口專用加工設備,是國內石材幕墻技術發展的方向,其特點是實現石材的無應力加工,石材背面采用不銹鋼脹栓連接,連接強度高,節省強度值約30%左右,板塊抗變形能力強,且板塊破損后可實現更換要求,適用于高層建筑,我公司在上海浦東國際金融大廈首次采用此種技術。

石材干掛工藝的比較


T型不銹鋼掛件掛法

小單元掛件干掛法

慧魚背栓式掛法

1. 節點構造s及特點

板材側面開短槽,T片固定,掛件板片與板材接觸為面接觸

板材側面開槽,鉤掛件固定,掛件與板材接觸為面接觸

板材背部鉆孔,德國慧魚后切錨栓固定,錨栓與板材為立體嵌入式固定

2. 受力方式

T板受剪,石材局部受剪,大面受彎,板材邊部固定

掛件受剪,石材局部受剪,大面受彎,板材邊部固定

錨栓受拉壓,石材局部受剪壓,大面受彎,板材中部固定

3. 板材的安裝

掛件上開有前后調節的長圓孔,安裝簡單

掛件前后不可調節,對龍骨及附件安裝精度要求高,安裝有一定難度

掛件前后不可調節,對龍骨及附件安裝精度要求高,安裝有一定難度

4. 適用的龍骨體系

鋼龍骨螺栓連接體系

鋁合金龍骨體系或鋁合金鋼材共用的體系

鋁合金龍骨體系或鋁合金和鋼材共用的體系

5. 成本

鋼材及不銹鋼含量較低,綜合成本低,一個掛點的8元

鋁合金含量較高,成本居中,一個掛點元,但掛件數量比T掛件增加一倍

因鉆孔需要特殊設備,并且必須購買配套設備和錨栓,設備和背栓均為進口,成本很高,一個掛點25元,掛點數量比T掛件增加約一倍

6. 施工工期

鋼件可調節性好,施工簡便,工期短

掛件調節要求高,施工有一定難度,工期較長

掛件調節要求高,施工有一定難度,工期較長

7. 外觀效果

掛件可調節性高,容易保證外立面的平整度,裝飾效果好

合理的調節構造設計,可保證外立面的平整度及裝飾效果

合理的調節構造設計可合格證外立面的平整度及裝飾效果,可通過膠縫不打膠凸顯石材幕墻的質感和立體感

8. 板材掛件位置的加工

板材現場加工,若有現場尺寸誤差可相應調整

板材工廠或現場加工,尺寸可以以調整

板材鉆孔工廠加工,現場尺寸不易調整

9. 板材的維修和更換

維修和更換方便,更換時彩一托一的掛件固定

板材更換可以

板材更換可以,但是需要先拆除上部一塊板材

10. 掛件防腐蝕 性

材質為不銹鋼,防腐蝕性能好

材質為鋁合金,防腐蝕性能好

材質為不銹鋼,防腐蝕性能好

11. 其它

適用于打密封膠的石材幕墻體系,但可以通過退縫打膠來保證石材的立體感

可用于開縫式體系和打膠的石材幕墻體系

適用于不打膠的開縫式石材幕墻體系

蜂窩石材幕墻

花崗巖石材幕墻——不銹鋼掛件式

花崗巖石材幕墻—鋁合金掛件式

花崗巖石材幕墻—抗震背栓式

花崗巖石材幕墻(中國美術館)

  7.鋁板幕墻

  鋁單板幕墻采用優質高強度鋁合金板材,其常用厚度為1.5、2.0、2.5、3.0MM,型號為3003,狀態為H24。其構造主要由面板、加強筋角碼組成。角碼可直接由面板折彎沖壓成型,也可在面板的小邊上鉚裝角碼成型。加強筋與板面后的電焊螺釘(螺釘是直接焊在板面背面的)連接,使之成為一個牢固的整體,極大增強了鋁單板幕墻的強度與剛性,保證了長期使用中的平整度及抗風抗震能力。如果需要隔音保溫,可在鋁板內側安裝高效的隔音保溫材料

單層鋁板幕墻

鋁塑復合板幕墻 (登發廣場)

蜂窩鋁板幕墻(詞條“蜂窩鋁板幕墻”由行業大百科提供)

單板幕墻(長遠天地)

  8.陶土板幕墻

  通過陶的不可變特性鑄就永恒的幕墻視覺效果。(Eine zeitlos moderne Fassadenoptik mit dem unverwechselbaren Charakter von Keramik. )

  陶土板幕墻最初起源于德國著名的屋頂瓦制造商Von Mueller Dachprodukte GmbH & Co. KG,這里我們簡稱Von Mueller,他們的工程師Thomas Herzog教授于1980年代設想將屋頂瓦應用到墻面,最終根據陶瓦的掛接方式,發明了用于外墻的干掛體系和幕墻陶土板。為了把這套系統推向市場,Von Mueller在格爾利茨(Goerlitz)成立了一個專生產陶土板的工廠---阿格通(ArGeTon)。1985年第一個陶土板項目在德國慕尼黑落成。在隨后的幾年中,阿格通公司逐漸完善陶土板掛接方式,由最初的木結構最終完善到現在的兩大鋁結構幕墻系統(有橫龍骨系統和無橫龍骨系統,見后面的介紹)。2005年Von Mueller公司和Wienerberger Gruppe結成了戰略聯盟,成為全球最大的陶土磚生產商。

陶土板幕墻

陶土板幕墻

  9.千思板幕墻

  千思板牌板材是一種建筑幕墻用高壓熱固化纖維板,其是由普通型或阻燃(詞條“阻燃”由行業大百科提供)型高壓熱固化木纖維(HPL)芯板與一或兩個裝飾面層在高溫高壓條(詞條“壓條”由行業大百科提供)件下固化粘結形成的板材。“千思板”是這種板材的一個國際知名品牌。千思板牌板材是一種漂亮的、多功能的室外、室內用建材。具有眾多優異特點的千思板牌板材品質高、無公害、清潔、安全、舒適,為人類環境創造了溫和的生活空間。

千思板幕墻(天亞花園)

千思板幕墻

千思板幕墻

  10.GRC板幕墻

  GRC幕墻板,或稱:GRC外墻掛板(詞條“外墻掛板”由行業大百科提供)

GRC板幕墻

GRC板幕墻

GRC板幕墻

  11.陶瓷板幕墻

  陶瓷板是一種由高嶺土黏土和其它無機非金屬材料,經成形、經1200度高溫煅燒等生產工藝制成的板狀陶瓷制品,幕墻面板應用陶瓷板

陶瓷板幕墻

陶瓷板幕墻節點圖

  12.光電幕墻

  光電幕墻,即粘貼在玻璃上,鑲嵌于兩片玻璃之間,通過電池可將光能轉化成電能。這就是--太陽能(詞條“太陽能”由行業大百科提供)光電幕墻。它是用光電池、光電板技術,把太陽光轉化為電能,它關鍵的技術是太陽能光電池技術。太陽能光電池是利用太陽光的光子能量,使得被照射的電解液或者半導體材料的電子移動,從而產生電壓,這稱為光電效應。

光電幕墻

光電幕墻

光電幕墻

  13.智能幕墻

  智能玻璃幕墻廣義上包括玻璃幕墻、通風系統、空調系統、環境監測系統、樓宇自動控制系統。其技術核心是一種有別于傳統幕墻的特殊幕墻一一熱通道幕墻

智能幕墻

智能熱通道幕墻

智能幕墻

  結語:

  去年,全球竣工的200米上的超高層(詞條“超高層”由行業大百科提供)幕墻建筑共有144座,總量再創新高!而中國占據了53%,超過一半,僅深圳一個城市,就超過美國全國的竣工量!同時,據可靠統計數據顯示,今年全球的超高層幕墻建筑竣工數量還會大幅提升,仍然是中國占比最多。

  30余年來,伴隨著我國國民經濟的持續快速發展和城市化進程的加快,我國建筑幕墻行業實現了從無到有、從外資一統天下到國內企業主導、從模仿引進到自主創新的跨越式發展,到 21世紀初我國已經發展成為幕墻行業世界第一生產大國和使用大國。

  在中國建筑金屬結構協會門窗幕墻委員會開展的建筑門窗幕墻行業數據大調查中收集、整理的行業數據顯示,2017年我國建筑門窗幕墻的市場總值達到6000億元,不論是從市場體量及竣工面積來看,目前我國已經成為全球最大的幕墻門窗市場,建筑幕墻門窗的需求量占全球需求總量2/3以上,其中玻璃幕墻占到全部幕墻的60%以上。其他高科技含量類幕墻產品(智能幕墻、生態幕墻膜結構(詞條“膜結構”由行業大百科提供)幕墻等)占比較小,尚不足4%。

  在未來,幕墻類型和工藝與科技的結合,全力響應全球節能減排的號召,智能型幕墻,如太陽能光伏幕墻、通風道呼吸幕墻、感應風雨智能幕墻等,將展示出建筑的獨特魅力。



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