單元式幕牆

建築幕牆在我國隨著高層/超高層建築物的增多而增多，幾乎哪裡有高層建築哪裡就有各種幕牆。國外發達國家幕牆業經歷百餘年的歷史，而在我國僅用了十多年時間即迎頭趕上。從大的城市直至部分鄉鎮，均可看到各種形式的幕牆。近幾年尤以隱框鋁合金玻璃幕牆發展為最快。

幕牆按其材料可分為鋁合金玻璃幕牆，鋁板幕牆(鋁合金單板或複合鋁板)，鋼板幕牆、石板幕牆、陶瓷板幕牆以及用上述材料組合而成的組合式幕牆。按外形可分為：平直幕牆、折線幕牆、圓弧幕牆、曲面幕牆和異形幕牆等。按結構形式可分為：有框幕牆、隱框幕牆和半隱框幕牆。由於上述各種幕牆使建築物路面建築造型新穎多變，虛實對比強烈，環境色彩鮮艷明快，給人們以喜聞樂見的建築藝術形象，使城市增加了無窮的魅力。

國內近幾年新建造的幕牆從製作安裝上均屬於框架式幕牆，在國際上已有十幾年歷史，這種幕牆的主要特點是：加工製作安裝大部分在工地上完成( 但隱框、半隱框幕牆要先在加工廠粘好玻璃)。國際上最先進的幕牆為"單元式"幕牆，也稱第三代幕牆。這種幕牆的主要特點為：在幕牆加工廠製作好幕牆的單元板塊，設計製作要求很嚴，屬於高科技技術，在我國屬新技術。單元式幕牆近兩年在國內已開始興起，現在國內有兩個廠家能系統完成設計製作安裝任務，國外公司兩年來已在國內建造單元式幕牆約四十萬平米左右，並且要價很高，甚至高出框架式幕牆一倍左右，基本上壟斷了國內"單元式"幕牆市場。

框架式幕牆的優點是：在設計、計算、管理上均較簡單容易，能承受較大的安裝誤差；由於構件小，在工地上容易存放；因設計計算簡單，安裝是不需要很長的準備時間；由於製作簡單，安裝系統有彈性，故較多幕牆的承建商有能力建造該類幕牆。其主要缺點為：框架式幕牆整體安裝要在樓房土建施工完畢后，幕牆要從樓的上端向下端安裝，需較長的安裝時間，並且一定要藉助於腳手架或吊船安裝，幕牆容易產生安裝誤差，構件不直，安裝不平整；防水一般為單層密封，保持雙層密封比較困難；由於工地受各種條件影響，建築幕牆的施工工期比預期計劃要長，很難保證工期。

"單元式幕牆"主要可分為："單元式幕牆"和"半單元式幕牆"又稱堅挺單元式幕牆，半單元式幕牆詳分又可分為：立挺分片單元組合式幕牆，窗間牆單元式幕牆。上述單元式幕牆分類有所不同，但其基本原理完全一致。它和框架式幕牆在製作原理設計施工上有著本質上的差異。現將單元式幕牆的特點介紹如下：

一、單元式解決幕牆漏水問題，採用了"等壓原理"。幕牆產生漏水現象，必須有三個條件，第一是水的存在，如下雨擦洗幕牆用水。第二，水運動途徑；第三，水運動的動力，有六種動力如：重力、動量、表面脹力、毛細現象、氣流和壓力差。壓力差是造成大部分幕牆接縫漏水的主要原因，幕牆外水份，不論是雨水或洗窗水進入室內，除了必須有破口或是裂縫存在，還必須要求室外的壓力比室內壓力大。如果室內的壓力與室外壓力相等，甚至大於室外壓力，即使有破口或是裂縫存在，水份也不會進入牆內。一般傳統防水方式是盡量設法在漫長的接縫處減少可能發生的開口，如用各種密封膠，膠條對接觸縫密封堵塞。新的防水進入室內的方式，則是用對雨水疏導的方式，引水入等壓腔內，再引水流出牆體。為了達到等壓，我們將部分或所有接縫維持開放，但是等壓腔並不是一個通氣的空間，他必須限制在一定範圍的通氣空間，才能有效地產生等壓效應。為了達到完全等壓效應，"等壓腔"內的壓力必須隨時維持大於或等於室外的壓力。但是我們知道建築物表面壓力，因風速隨時的變化，不會永久不變，建築物愈高愈大，壓力差程度也就愈明顯。接近地面的正風壓比高處正風壓小，立面中央正風壓比角落正風壓大，同一根橫料可能一端受正壓，另一端受負壓，再加上其它因素影響使得等壓效應的設計更加複雜困難。因此要求高技術的加以解決。等壓原理是單元式幕牆獨特的核心。

二、單元式幕牆的單元件高度為樓層高度，寬度一般為1.2米至1.5米左右。故傳力簡捷，可直接掛在樓層預埋件上，安裝方便。

三、單元件在工廠內加工製作，可以把玻璃、鋁板或其它材料在加工廠內組裝在一個單元件上，促進了建築工業化程度。

四、因為單元件在加工廠內整件組裝，易於在工廠內進行檢查，有利於保證多元化整體質量，保證了幕牆的工程質量。

五、單元式幕牆從樓層下方向上方安裝能夠和土建配合同步施工，大大縮短了工程周期。

六、單元式幕牆所有工程均可在樓層內完成，在安裝期間可以省出高大的腳手架和吊船。

七、幕牆單元件安裝聯接介面構造設計能吸收層間變位及單元變形，通常可承受較大幅度建築物移動，對高層建築和鋼結構類型建築特別有利。

八、單元式幕牆可以用設計達到及保持雙層密封系統。

九、安裝后的單元式幕牆，單元件和單元件之間，由於是銷形銜接，可以不注硅酮密封膠( 有的也可以注膠，因安裝方法不同而異)

十、單元式幕牆框件接縫緊密排成直行，容易構成一個優良的外牆形象。

十一、單元式幕牆牆體預埋件位置及安裝需較高的精確度。

十二、單元式幕牆需要利用高科技的設計原理，承建商要求有一定先進設計人才和設備，具有實力的幕牆公司，才有能力建造單元式幕牆。

十三、單元式幕牆要求高技術的成分多，鋁型材的形狀也較複雜，用鋁型材量較多。其造形要略高於框架式幕牆。(決不會成倍高於框架式幕牆)。

十四、單元式幕牆和框架式幕牆優缺點相對比較如下表。這並非絕對，對各種幕牆的比較，要依特定實際案例而定。

單元式幕牆系統設計具有較高的技術含量，直接關係到幕牆的經濟性、安全性、工藝性、功能性、施工及可維護性。然而系統設計非常複雜，它涉及到許多專業方面的知識，在此不一一詳述。

從大多數幕牆測試的過程來看，單元式幕牆在測試過程中存在不同程度這樣或那樣的問題。其中水密性、氣密性是比較突出的問題。說明幕牆在防水系統設計上存在一定缺陷。

單元式幕牆單元板塊是在廠房裡製作、組裝完成的，能在現場直接安裝到建築主體結構上。無論是插接還是對接，單元板塊在上下左右以及單元板塊“十字”介面處均需要密封處理。如何從系統設計中處理好這些自由縫是解決單元式幕牆水密性的關鍵。由於縫隙腔內外的氣壓差是雨水滲漏的主要動力，因此要求縫隙空腔內的氣壓與室外氣壓相等，以防止內外空氣壓力差將雨水壓入腔內。下面從三個方面進行闡述：

在單元式幕牆的系統設計中，型材斷面的設計非常重要。它不僅決定單元式幕牆的安全性，工藝性。同時還決定了單元式幕牆的其他物理性能。然而幕牆設計師們大多往往只通過力學計算重點考慮了型材斷面的設計安全性，而忽視了型材斷面對其他性能的貢獻。因此單元幕牆的雨水滲漏現象非常突出，單元板塊間的自由縫現場堵膠就成了幕牆廠家在現場工程排故過程中所用的主要手段。型材斷面雖然不是固定不變的，但是其斷面的設計是有規律的。它必須將其安全性、工藝性和結構防水同步考慮。由於工程上所用的幕牆節點形式很多，因此本文不可能詳細論述，現就如下的典型圖例進行分析：

（1）合理設計型材端面及型材咬合位置，盡量將水密線與氣密線分離，保證等壓腔發揮作用。

（2）斷面上儘可能避免在製作過程中開工藝孔，氣密線腔壁上禁止開工藝孔。

（3）斷面設計時應考慮在豎向（或橫向）構件上設置傳遞荷載與作用的專用裝置，儘可能避免氣密線膠條參與傳力，圖中插芯端面3為傳遞力和板塊吊裝的專用裝置。

（4）插接式單元幕牆在斷面設計時應考慮板塊安裝后插接件之間有不小於15毫米的搭接長度。以便有能力適應層間變位和吸收現場安裝產生的誤差。

（5）斷面設計時應考慮預留安裝軟披水膠條的槽口，以便板塊安裝后在縫隙處形成阻水屏障，圖中膠條3和膠條8的槽口就起到這樣的作用。

（6）斷面設計時應儘可能考慮減少零件數量，降低構件的加工量和加工難度，以便保證板塊的組裝質量。

（7）幕牆板塊的型材斷面種類應考慮儘可能的少，同時應考慮到儘可能減少零件的組合量，以便減少板塊組裝所形成的縫隙。

（8）單元幕牆的氣密線應形成閉合。在結構上必須防止十字介面處存在漏氣的通道，圖2的構造中幕牆板塊在十字介面處可用膠板10實現密封。

在單元式幕牆的系統設計中，膠條的設計也是非常重要的一個環節。它決定了單元式幕牆的水密性、氣密性以及幕牆防水性能的耐久性。目前工程上所用的膠條都存在一些問題。究其原因是對膠條的產品性能缺乏了解，膠條的斷面設計存在不合理現象。事實上膠條的材質、延伸率、壓縮量以及斷面形式都很關鍵。單元式幕牆密封性膠條主要是三元乙丙（EPDM）膠條，這種材料具有卓越的耐臭氧老化性、耐氣候老化性、耐熱老化性、耐水性，還具有較好的耐化學藥品性，可以長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環境中使用。EPDM橡膠有很多種牌號，不同的牌號各有不同的特點，因此可以說三元乙丙橡膠的化學成分及配方決定了膠條的使用環境和工作性能。

幕牆用三元乙丙膠條的基本成分為三元乙丙膠，炭黑，活性劑，增塑劑，硫化促進劑等。其中膠條的含膠率控制在35%左右，含膠率過低，材料的力學性能特別是拉伸強度、回彈性、耐老化性等變差，使用壽命大為縮短。但含膠率過高，成本會提高，同時材料的性能也同樣變差。其中補強劑，硫化劑，增塑劑並不僅僅起到降低成本的作用，只要加入適量，比例得當，能夠改善材料的性能。

根據不同的氣候特點，應選用不同的EPDM牌號。總結近些年的應用經驗，膠條的設計可遵循以下原則：

（1）在北方地區，溫差大，冬天溫度很低，最好選用部分充油牌號，在配方設計中充分考慮材料的低溫脆性，這樣硬度對溫度的依賴性小，便於安裝和使用。

（2）膠條在設計時必須確定合理的斷面形式，選擇合適的EPDM橡膠牌號，膠條的位置和作用不同，其斷面形式也應該不同。

（3）在膠條設計時，必須合理確定壓縮比和硬度。如圖所示，膠條1和膠條7的硬度要求高，膠條3和膠條5的硬度要求低。膠條1、膠條3、膠條8屬於水密線膠條，膠條2、膠條4、膠條5、膠條6屬於氣密線膠條。

（4）對有特殊環境要求的膠條，有必要與膠條供應商進行聯合設計，彌補設計人員知識面的不足，充分利用膠條材料的優良性能。

（5）對接型單元幕牆的氣密線膠條豎橫應相同，確保膠條在板塊四角周圈形成閉合。

綜上所述，只是極簡單的介紹了什麼是單元式幕牆。所謂高技術含量，就說明了對技術設計要求複雜性強，絕非上述這麼簡單。要想了解它，必須認真學習它，學習要點以後，自己再加以創新發揮，以便適用於我國建築幕牆業的發展。

單元式幕牆和框架式幕牆各有優缺點。不論哪種幕牆都必須滿足一般的設計和功能準則，以滿足建築物美感的要求。任何一類型的幕牆都可能較適合某個特定的案例來滿足建築的需要。