建筑幕墻豎向外裝飾線的應(yīng)用與分析

高樹鵬

(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬腫瘤醫(yī)院，廣東汕頭 515031)

幕墻行業(yè)在建筑領(lǐng)域發(fā)揮的功能已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了建筑外圍護(hù)的范疇，隨著大眾審美品質(zhì)的提高，建筑外立面漸漸地向裝飾性發(fā)展。越來越多的業(yè)主和建筑師傾向于選用帶裝飾條的建筑外幕墻，有的豎向裝飾線的截面尺寸甚至超過了承受荷載的立柱。

1 建筑幕墻豎向外裝飾線形式

建筑幕墻通過裝飾條體現(xiàn)建筑挺拔的立面效果，同時(shí)對室內(nèi)起到很好的遮陽作用。建筑幕墻裝飾線通常有整體、分段連接兩種形式與鋁合金型材裝飾條和鋁單板或其他面材裝飾線等做法。

1.1 鋁合金型材裝飾線

鋁合金型材裝飾線是建筑幕墻最常用的形式，由一種或多種型材組合而成，構(gòu)造簡單，安裝方便，通常直接扣接于連接在立柱上的壓板，如圖1所示。隨著鋁合金裝飾線尺寸的加大，型材擠壓要求壁厚不斷加大，其自身重量也越來越大，當(dāng)鋁合金裝飾線與鋁合金壓板之間扣接的摩擦力小于鋁合金裝飾線所承受的風(fēng)荷載和自身重量時(shí)，會(huì)造成鋁合金裝飾線脫落。因此當(dāng)鋁合金裝飾線達(dá)到一定尺寸時(shí)，應(yīng)采用其他構(gòu)造設(shè)計(jì)，以確保安全［1］。

圖1 直接扣接單點(diǎn)連接的裝飾線

當(dāng)鋁合金裝飾線寬度尺寸較大時(shí)，鋁合金壓板懸臂越長，在負(fù)風(fēng)壓的作用下，扣接處離螺釘距離越遠(yuǎn)，變形越大，此時(shí)應(yīng)采取其他構(gòu)造措施，改善扣接處受力條件。通?？赏ㄟ^加大位于室內(nèi)的鋁合金立柱型材的寬度，并在鋁合金壓板與立柱之間采用雙連接，減小鋁合金壓板懸臂長度來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。在某些情況下，建筑幕墻外裝飾線應(yīng)用如圖3所示分段組合形式。在分段裝飾線中，為防止上下分段連接之間出現(xiàn)錯(cuò)位，需在裝飾線上設(shè)置限位孔，通過采用不銹鋼限位銷將上下裝飾線位置安裝得更準(zhǔn)確，最大限度減小安裝偏差。分段設(shè)計(jì)的建筑幕墻裝飾線最大的優(yōu)點(diǎn)是分段擠出型材具有可實(shí)現(xiàn)性，型材壁厚相對較薄，經(jīng)濟(jì)性好;缺點(diǎn)是安裝精度要求高，保證各段裝飾條連接的整體性有一定困難，而且分段連接安裝后，會(huì)出現(xiàn)多條“線”(各段裝飾條之間及裝飾線與裝飾扣蓋之間的縫隙)，影響側(cè)向外視美觀性。分段裝飾線安裝時(shí)豎向接縫應(yīng)考慮與幕墻板塊膠縫對齊，杜絕接縫雜亂無規(guī)則，錯(cuò)位、不平直等現(xiàn)象，接頭縫隙打膠應(yīng)貼美紋紙。通常將接縫留在膠縫處，裝飾線長度一致，接頭位置整齊有規(guī)律;接口部位加設(shè)芯套，底座安裝垂直或水平成一直線，兩接頭處共設(shè)同一底座板;接縫部位預(yù)留5 mm左右的縫隙，用裝飾線顏色接近的耐候膠修飾，縫隙打膠須貼美紋紙，縫寬控制在5 mm左右，膠縫刮平并修整整齊［2］。

圖2 多點(diǎn)連接的裝飾線

圖3 分段組合的裝飾線

1.2 鋁單板或其他面材裝飾線

當(dāng)鋁合金型材生產(chǎn)很難達(dá)到裝飾線尺寸要求時(shí)，常采用鋁單板裝飾線或其他面材裝飾線。鋁單板裝飾線或其他面材裝飾線通常采用自設(shè)熱鍍鋅角鋼龍骨(尺寸小時(shí)可以不自設(shè)龍骨)，與建筑幕墻立柱可靠連接，如圖4所示陶土板飾面裝飾線。此種構(gòu)造設(shè)計(jì)，在裝飾條兩側(cè)通常設(shè)置兩根立柱，室內(nèi)無混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，可采用室內(nèi)裝飾板(如鋁單板、鋁塑板、硅酸鈣板等)進(jìn)行封修，保證內(nèi)飾效果。在建筑幕墻“等溫線”位置設(shè)置保溫巖棉，避免建筑幕墻在裝飾線處出現(xiàn)冷橋現(xiàn)象，確保外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體節(jié)能效果。建筑幕墻采用鋁單板裝飾線或其他面材裝飾線，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡單直接，鋁單板或其他面材可以與龍骨可靠連接，安全性高，平整度好;接縫處采用硅酮耐候膠密封，水密性好。

圖4 陶土板飾面裝飾線

在高層建筑中，當(dāng)裝飾條尺寸很大時(shí)，建議采用裝飾線的龍骨不與建筑幕墻立柱連接，而是直接與主體結(jié)構(gòu)連接，確保安全。當(dāng)裝飾線尺寸大于立柱尺寸時(shí)，也可以通過構(gòu)造設(shè)計(jì)讓裝飾條作為受力構(gòu)件，節(jié)約材料。另外從防水方面考慮，裝飾線的固定壓塊建議采用通長設(shè)置，使打膠能有效控制，避免密封膠開裂。

2 建筑幕墻豎向外裝飾線在造型幕墻中的應(yīng)用

造型幕墻通常會(huì)采用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)方式解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變的難題。建筑幕墻的支撐結(jié)構(gòu)或立柱、橫梁采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過轉(zhuǎn)接件或轉(zhuǎn)接鋼板來實(shí)現(xiàn)建筑造型，由于建筑分格通常會(huì)造成面板四點(diǎn)不共面。在造型建筑幕墻中，裝飾線除體現(xiàn)建筑挺拔的立面效果，對室內(nèi)起到遮陽作用外，還可以緩解漸變的曲度，同時(shí)達(dá)到理想的裝飾效果［3］，如圖5所示造型幕墻節(jié)點(diǎn)。

圖5 造型幕墻節(jié)點(diǎn)

3 建筑幕墻裝飾線的受力分析

大規(guī)格的裝飾線在建筑幕墻中的運(yùn)用越來越多，由于大規(guī)格裝飾線會(huì)承受較大的側(cè)向風(fēng)荷載，使建筑幕墻的立柱承受一個(gè)較大的彎矩和扭矩，進(jìn)而給支座帶來較復(fù)雜的作用力。正確分析荷載的傳遞路線以及各個(gè)構(gòu)件的受力狀態(tài)，確定合理的結(jié)構(gòu)方案，做到安全、合理、經(jīng)濟(jì)是大規(guī)格的裝飾線設(shè)計(jì)必須面對的問題。對于單元式玻璃幕墻，在風(fēng)荷載作用下，裝飾線對單元式立柱產(chǎn)生彎矩、剪力、拉壓力，同時(shí)還會(huì)對單元式立柱產(chǎn)生扭矩。下面以武漢浙商大廈單元式玻璃幕墻構(gòu)造如圖6所示寬幅、窄幅的外裝飾線進(jìn)行分析。武漢浙商大廈單元式玻璃幕墻豎向外裝飾線挑出玻璃面700 mm，在正向風(fēng)荷載的作用下，單元立柱的X軸受彎，同時(shí)承受軸向力;在側(cè)向風(fēng)荷載的作用下，單元立柱的Y軸受彎，寬幅豎向裝飾線由于加了斜桿，因此裝飾線龍骨傳到單元立柱的力是X和Y方向的水平力所受到的扭轉(zhuǎn)力矩很小，窄幅豎向裝飾線龍骨傳到單元立柱的力除了X和Y方向的水平力外還附加一個(gè)扭轉(zhuǎn)力矩。帶有大規(guī)格裝飾線的單元幕墻立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮截面強(qiáng)軸抗彎外，還要考慮弱軸抗彎，截面抗扭，單元板塊的面內(nèi)水平限位。

圖6 豎向裝飾線

3.1 在側(cè)風(fēng)作用下的強(qiáng)度驗(yàn)算

側(cè)向荷載作用在裝飾線面板上，通過鋼架傳遞到單元立柱上。下面以寬幅裝飾線模型在側(cè)風(fēng)作用下的強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算:

立柱承受的側(cè)向水平線荷載:標(biāo)準(zhǔn)值:W=qK×B=1.85×0.7/2=0.65 kN/m;設(shè)計(jì)值:Wc=q × B=2.67 ×0.7/2=0.94 kN/m。立柱承受的水平向水平線荷載:標(biāo)準(zhǔn)值:S=qK×B=0.56 kN/m;設(shè)計(jì)值:Sc=q×B=0.80 kN/m。荷載設(shè)計(jì)值組合表達(dá)式:COMB1=Wc+Sc。I=43.532+13.538+9.257 ×2.06/0.7=84.31 cm4。通過軟件計(jì)算得到立柱跨中最大彎矩為Mc=1.338 kN·m(側(cè)向);M=0.556 kN·m(正向)。

對較弱截面母料進(jìn)行計(jì)算，截面母料計(jì)算圖見圖7。

圖7 截面母料計(jì)算圖

按剛度分配在各自立柱上的水平彎矩大小為:

按剛度分配在各自立柱上的側(cè)向彎矩大小為:

作用在母料上的最大彎曲應(yīng)力:

結(jié)論:鋼材最大強(qiáng)度應(yīng)力比為0.613＜1，因此鋼材滿足要求，鋁立柱在側(cè)線荷載作用下最大撓度大小為6.4 mm＜3 970/180=22 mm，立柱最大強(qiáng)度109.1 MPa，結(jié)構(gòu)均滿足要求。

3.2 立柱抗扭驗(yàn)算

寬幅模型在荷載COMB1=Wc+Sc作用下，Tmax=43 069 N·mm。

扭矩按剛度分配到立柱與角鋼上:

立柱扭轉(zhuǎn)抵抗矩大小如下:

扭矩作用在鋁立柱下剪切應(yīng)力大小為:

扭矩作用在角鋼下剪切應(yīng)力大小為:

滿足要求。

窄幅模型的Tmax=92 621 N·mm。

扭矩按剛度分配到立柱與角鋼上:

扭矩作用在鋁立柱下剪切應(yīng)力大小為:

扭矩作用在角鋼下剪切應(yīng)力大小為:

滿足要求。

通過對單元式幕墻裝飾線在側(cè)向荷載作用下，單元立柱的強(qiáng)度及抗扭驗(yàn)算，提高我們對側(cè)風(fēng)作用下單元式幕墻立柱受力狀態(tài)的認(rèn)識，由于單元幕墻橫梁和立柱都有明顯的強(qiáng)弱軸，并且由于開口料抗扭轉(zhuǎn)能力較差，當(dāng)外荷載作用在單元構(gòu)件的弱向時(shí)，必須充分考慮構(gòu)件的抵抗能力，并通過合理的結(jié)構(gòu)布置，寬幅裝飾線通過加斜桿，減弱了偏心荷載對立柱產(chǎn)生的扭矩，使立柱受力更合理，可大幅度降低扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)變形，使幕墻結(jié)構(gòu)受力更合理、安全。

4 結(jié)語

建筑幕墻裝飾線可以采用多種形式，具體選用何種形式來實(shí)現(xiàn)外立面效果，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況確定。但無論采用何種構(gòu)造設(shè)計(jì)，尤其是在承受荷載較大的高層建筑上使用時(shí)，更應(yīng)采取相應(yīng)的構(gòu)造措施，在保證安裝方便的前提下，設(shè)法消除可能潛在的各種安全隱患，確保裝飾線的安全使用。

［1］李永波.玻璃幕墻明框裝飾條的構(gòu)造設(shè)計(jì)［J］.門窗，2011(12):95-97.

［2］高樹鵬.構(gòu)件式玻璃幕墻質(zhì)量通病及防治措施［J］.建筑工人，2013(6):112-113.

［3］高樹鵬.福州海峽國際會(huì)展中心展廳外裝飾工程設(shè)計(jì)與施工［J］.福建建筑，2013(3):15-17.