1 前言
建筑幕墻單元化的核心思想是盡可能地把所有的幕墻產(chǎn)品放在工廠進(jìn)行生產(chǎn)，工地只是簡(jiǎn)單地安裝，同時(shí)盡可能地使用建筑機(jī)械進(jìn)行施工，從而有效地提高幕墻產(chǎn)品的整體質(zhì)量和安裝效率，盡可能地降低人員傷害事故。所以，概括成三句話，就是“能工廠做的不工地做、能地面做的不高空做、能機(jī)械化的不用人工”。
建筑幕墻單元化貫穿了建筑幕墻設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等整個(gè)環(huán)節(jié)，本文建筑幕墻單元化主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是框架式幕墻單元化;二是異形幕墻單元化。
2 框架式幕墻單元化
傳統(tǒng)的框架式幕墻一般都是在工廠加工好材料后，運(yùn)到工地進(jìn)行骨架、面板等材料的安裝，大量的工作集中在工地完成，對(duì)幕墻的整體質(zhì)量控制要求較高，安裝質(zhì)量完全依賴安裝工人的綜合素質(zhì)，安裝質(zhì)量較難有效地監(jiān)督和控制，且現(xiàn)場(chǎng)安裝工期較長(zhǎng)，進(jìn)度完全依賴安裝工人的人數(shù)，也容易產(chǎn)生安全事故。如何才能解決框架式幕墻的這些弊端呢?對(duì)框架式幕墻進(jìn)行單元化可能是一種非常有效的技術(shù)思路。
2.1 設(shè)計(jì)思路
傳統(tǒng)的幕墻系統(tǒng)主要是框架式幕墻和單元式幕墻，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，而框架式幕墻單元化系統(tǒng)則很好地整合并吸取了兩種傳統(tǒng)幕墻系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：如幕墻板塊在工廠進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，與工地組裝相比，幕墻組裝質(zhì)量更加容易控制和保障，施工效率也顯著提高。同時(shí)，框架式幕墻單元化系統(tǒng)的所有防水采用成熟可靠的硅酮密封膠進(jìn)行密封，維護(hù)更加簡(jiǎn)單、便捷，形成了一種新型的打膠單元式幕墻系統(tǒng)，避免了傳統(tǒng)幕墻系統(tǒng)的缺點(diǎn)，如單元式幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)較復(fù)雜，多層空腔和多道膠條的防水設(shè)計(jì)如果不合理，容易造成系統(tǒng)設(shè)計(jì)失誤。
2.2 框架式幕墻單元化
框架式幕墻單元化就是盡可能地將框架式幕墻進(jìn)行單元化設(shè)計(jì)，使其滿足工廠的單元化生產(chǎn)和工地的單元化安裝�？蚣苁侥粔χ谐Ｒ姷膸追N幕墻形式如玻璃幕墻、鋁板幕墻、石材幕墻等都可以按照這個(gè)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行單元化的設(shè)計(jì)，下面以標(biāo)準(zhǔn)的框架式玻璃幕墻為例進(jìn)行分析、比較。
2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)框架式幕墻與框架式幕墻單元化比較
與標(biāo)準(zhǔn)框架式幕墻相比，框架式幕墻單元化系統(tǒng)吸取了單元式幕墻的優(yōu)點(diǎn)，將每個(gè)分格做成單元板塊，以實(shí)現(xiàn)在工廠的工業(yè)化生產(chǎn)，工地的機(jī)械化施工，極大地提高了幕墻加工質(zhì)量、安裝質(zhì)量和安裝效率，具體詳見圖1和圖2。具體改進(jìn)方案如下：
1) 將立柱和橫梁都拆分設(shè)計(jì)為對(duì)插型材，以實(shí)現(xiàn)板塊單元化;
2) 型材加工同樣只需簡(jiǎn)單切割，無(wú)需廢時(shí)廢工開槽銑槽;
3) 材料成本有所增加，但綜合成本如安裝成本等顯著降低。
圖1 標(biāo)準(zhǔn)框架式幕墻(左)和框架式幕墻單元化水平節(jié)點(diǎn)(右)
圖2 標(biāo)準(zhǔn)框架式玻璃幕墻(左)和框架式玻璃幕墻單元化豎向節(jié)點(diǎn)(右)
2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)單元式幕墻與框架式幕墻單元化比較
與標(biāo)準(zhǔn)單元式幕墻相比，框架式幕墻單元化系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單，型材之間的插接僅是用于保證玻璃面板（詞條“玻璃面板”由行業(yè)大百科提供）表面的平整度，沒(méi)有水密、氣密的要求，但安裝方案、措施基本相同，具體改進(jìn)方案如下：
1) 取消多道水密、氣密腔，將膠條防水、防氣改為成熟的耐候膠防水、防氣;
2) 對(duì)插橫梁截面高度可大大減小，材料成本明顯降低;
3) 圓弧半徑較小的單元板塊完全適用;
4) 型材加工只需簡(jiǎn)單切割，無(wú)需廢時(shí)廢工開槽銑槽，極大地提高了加工效率等。
同樣，框架式鋁板（詞條“鋁板”由行業(yè)大百科提供）幕墻和石材幕墻單元化只需將面板材料由玻璃改為鋁板或石材，固定面板的方式也進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整即可。
2.3 框架式幕墻單元化工程實(shí)例
下面以深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓登機(jī)廊橋幕墻工程實(shí)例來(lái)進(jìn)一步闡述框架式幕墻如何單元化。
深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓共有58個(gè)登機(jī)廊橋，總幕墻面積約8.7萬(wàn)平方米，其中玻璃幕墻約1.8萬(wàn)平方米，鋁板幕墻約6.9萬(wàn)平方米，具體詳見圖3。每個(gè)登機(jī)廊橋只有1500多平方米，頂部標(biāo)高約8米，底部標(biāo)高約4米，且位置非常分散，如果采用傳統(tǒng)的框架式幕墻進(jìn)行大面積現(xiàn)場(chǎng)施工，58個(gè)登機(jī)廊橋每個(gè)都要搭滿堂腳手架，施工效率不高，工期難以保證。
圖3 深圳機(jī)場(chǎng)T3航站樓登機(jī)廊橋?qū)嵕?/STRONG>
對(duì)此，在本幕墻工程中，對(duì)登機(jī)廊橋部分的原框架式幕墻進(jìn)行了單元化設(shè)計(jì)、施工，將原招標(biāo)圖紙中的框架式幕墻系統(tǒng)改進(jìn)為單元化的幕墻系統(tǒng)，將立柱一分為二，形成單元板塊，兩個(gè)幕墻系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)比較參見圖4和圖5，通過(guò)框架式幕墻單元化改進(jìn)，將玻璃或者鋁板面板與骨架組裝成單元板塊，使所有板塊盡可能地在工廠進(jìn)行大批量生產(chǎn)，整體運(yùn)往工地后，用單元式幕墻板塊安裝方式在工地進(jìn)行機(jī)械化吊裝（詞條“吊裝”由行業(yè)大百科提供），板塊間不插接，依靠外側(cè)打膠進(jìn)行密封。
通過(guò)最終測(cè)算，綜合成本明顯降低，施工效率大幅提升，采用汽車吊進(jìn)行吊裝施工，一個(gè)登機(jī)廊橋一周時(shí)間即可大面積完工，為保證深圳機(jī)場(chǎng)總體施工工期奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
圖4 原玻璃幕墻招標(biāo)節(jié)點(diǎn)(左)和單元化后的幕墻節(jié)點(diǎn)(右)
圖5 原鋁板幕墻招標(biāo)節(jié)點(diǎn)(左)和單元化后的幕墻節(jié)點(diǎn)(右)
3 異形幕墻單元化
近十年，國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了很多外觀設(shè)計(jì)新穎且造型奇異的建筑，盡管建筑高度不高，但由于其造型特殊，通常無(wú)法界定哪些屬于幕墻，哪些屬于屋面，這里統(tǒng)稱為異形幕墻工程。異形幕墻一般都是三維空間造型，外形復(fù)雜，所有骨架和面板需要三維定位和三維安裝，如果還是按傳統(tǒng)框架式幕墻在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維定位和安裝，將會(huì)給設(shè)計(jì)、加工、安裝等環(huán)節(jié)帶來(lái)極大的困難，同時(shí)加大了對(duì)技術(shù)、質(zhì)量和工期的要求，有沒(méi)有辦法可以解決呢?通過(guò)近年來(lái)對(duì)具體的異形幕墻工程的研究和探討，筆者認(rèn)為異形幕墻單元化可能是最好的解決辦法。
3.1 設(shè)計(jì)思路
一般來(lái)說(shuō)，異形幕墻雖然造型奇異，但通常還是有規(guī)律可尋。首先將異形幕墻外立面進(jìn)行單元板塊劃分，劃分單元板塊大小的原則是應(yīng)滿足可單元化生產(chǎn)和可單元化吊裝兩個(gè)條件，然后將劃分出來(lái)的單元板塊進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，整體組裝和整體吊裝，既可保證工程質(zhì)量，又可極大的提高施工效率。
由于異形幕墻工程差異較大，只能具體工程具體分析，下面分別列出幾個(gè)具體的異形幕墻工程實(shí)例來(lái)進(jìn)行探討。
3.2 南昌萬(wàn)達(dá)茂幕墻工程
南昌萬(wàn)達(dá)茂幕墻工程采用了江西特色的青花瓷圖案，幕墻最大標(biāo)高25.9米，建筑立面由29個(gè)雙曲面青花瓷造型組成，是目前世界上最大的青花瓷建筑。主要幕墻類型為13mm厚瓷板幕墻（詞條“瓷板幕墻”由行業(yè)大百科提供）和3mm厚鋁板幕墻，幕墻面積約7.9萬(wàn)平方米，實(shí)景照片見圖6。
圖6 南昌萬(wàn)達(dá)茂青花瓷幕墻工程實(shí)景
南昌萬(wàn)達(dá)茂青花瓷幕墻工程是一個(gè)典型的異形幕墻工程，主要存在以下的重難點(diǎn)：
1) 外立面造型奇異，多為雙曲面，各面板尺寸大小不一，差異變化較大;
2) 面板上有青花瓷圖案，各面板編號(hào)不同，種類較多，在工地查找材料非常困難;
3) 原招標(biāo)圖為框架式幕墻，大部分幕墻骨架和面板都是空間三維造型，需在工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行三維空間定位，放線困難;
4) 大部分是高空斜曲面施工作業(yè)，絕大部分無(wú)法搭設(shè)腳手架進(jìn)行施工，危險(xiǎn)性較大;
5) 青花瓷罐體間相貫線收口位置工藝復(fù)雜，安裝質(zhì)量要求高;
6) 項(xiàng)目施工工期緊等。
如何解決以上存在的問(wèn)題呢?采用異形幕墻單元化可以很好地解決這些難題。首先將所有立面中的800x600mm分格的單塊瓷板合并成為3x3分格的小單元，形成一個(gè)2400x1800mm的單元板塊，共6142個(gè)單元，每個(gè)單元由9塊瓷板與支承鋼架組成，在工廠根據(jù)三維設(shè)計(jì)放線進(jìn)行大批量工業(yè)化生產(chǎn)，單元板塊運(yùn)到工地后采用汽車吊進(jìn)行吊裝。
圖7 青花瓷異形幕墻單元?jiǎng)澐?/STRONG>
通過(guò)異形幕墻的單元化，大幅減少了單位面板的數(shù)量，減少工地異形材料組織、堆放等難度，所有單元板塊只需按設(shè)計(jì)提供的三維坐標(biāo)控制兩個(gè)固定點(diǎn)坐標(biāo)，極大地減少了滿堂腳手架的使用量，青花瓷罐體間相貫線收口仍采用框架式安裝方式，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，避免工廠加工板塊誤差造成的影響，更有利于控制相貫線間的板塊安裝質(zhì)量。雖然材料成本有所增加，但綜合成本顯著下降，施工效率顯著提高。單元板塊間固定節(jié)點(diǎn)見圖8。
圖8 青花瓷異形幕墻單元化水平節(jié)點(diǎn)
3.3 武漢萬(wàn)達(dá)K5不銹鋼球幕墻工程
武漢萬(wàn)達(dá)K5幕墻工程最大標(biāo)高40.6米，主要幕墻類型為鋁板幕墻和直徑為600mm的帶LED（詞條“LED”由行業(yè)大百科提供）的不銹鋼金屬球，幕墻面積約3.5萬(wàn)平方米，實(shí)景照片見圖9。
圖9武漢萬(wàn)達(dá)K5不銹鋼球幕墻工程實(shí)景
武漢萬(wàn)達(dá)K5不銹鋼球幕墻工程最大的特點(diǎn)是在鋁板幕墻上打孔，外側(cè)安裝直徑為φ600mm不銹鋼球，不銹鋼球總數(shù)為4.3萬(wàn)多個(gè)，而每個(gè)不銹鋼球正立面又安裝了大小不一的LED照明。由于原招標(biāo)圖設(shè)計(jì)為框架式幕墻，所有鋁板和不銹鋼球需在現(xiàn)場(chǎng)安裝，容易造成在鋁板幕墻上打孔后再安裝不銹鋼球時(shí)的防水問(wèn)題以及4.3萬(wàn)多個(gè)不銹鋼球如何保質(zhì)保量地安裝。
本工程鋁板幕墻中鋁板分格均為45度斜線放置的菱形，菱形對(duì)角線長(zhǎng)度為900mm,每個(gè)菱形鋁板中間位置打孔后安裝不銹鋼球，具體節(jié)點(diǎn)詳見圖10。如何進(jìn)行異形幕墻單元化呢?首先將9塊菱形鋁板合并成一個(gè)大的菱形單元板塊，整個(gè)菱形單元板塊包括鋼骨架、9塊菱形鋁板和9個(gè)不銹鋼球均在地面組裝成一個(gè)單元體，再用汽車吊進(jìn)行整體吊裝。由于單元板塊在地面組裝，從而解決了鋁板與不銹鋼連接處的防水和單獨(dú)安裝不銹鋼球比較困難的問(wèn)題，安裝質(zhì)量和安裝效率大大提高，吊裝措施詳見圖11。
圖10 不銹鋼球幕墻單元?jiǎng)澐?左)及不銹鋼球連接鋁板剖面節(jié)點(diǎn)(右)
圖11 鋁板與不銹鋼球幕墻單元板塊吊裝
3.4 深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館外圍護(hù)工程
深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館外圍護(hù)工程為多折面的水晶體造型，包括幕墻和屋面兩大部分，是比較典型的異形幕墻工程，整個(gè)建筑由16等分的相同折面造型結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)等分體內(nèi)又包括15個(gè)大三角面，共計(jì)240個(gè)晶體造型的大三角多面體。屋面采用單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，跨度約150米，最大建筑標(biāo)高約36米，幕墻面積約4.6萬(wàn)平方米，屋面面板主要采用聚碳酸脂板材料，立面主要是XIR膜玻璃幕墻，整體建筑效果見圖12。
圖12 深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館實(shí)景
如此復(fù)雜的外立面造型，如果采用結(jié)構(gòu)材料、幕墻材料和屋面材料均在工地進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼裝，施工安裝難度可想而知。在總共240個(gè)多晶體造型的多面體中，最大三角形面的尺寸為32×31×18米，面積約226平方米，僅鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）骨架重約7噸，加上幕墻次龍骨，完全可以整體吊裝。所以，在進(jìn)行本工程異形幕墻單元化時(shí)，總體單元化思路如下：
1) 選取所有的240個(gè)多面體作為整體吊裝的大單元板塊;
2) 為方便公路運(yùn)輸，每個(gè)大單元板塊又劃分為9個(gè)小榀單元構(gòu)成，具體見圖13;
3) 9個(gè)小榀單元在工廠進(jìn)行批量加工后運(yùn)到工地，在地面進(jìn)行整體焊接（詞條“焊接”由行業(yè)大百科提供）、組裝后，形成一個(gè)大單元板塊;
4) 在大單元板塊上安裝幕墻骨架，但整體吊裝前不安裝面板材料，以避破損;
5) 采用重型汽車吊整體吊裝大單元板塊，固定后再安裝面板材料。
圖13大單元板塊劃分成9個(gè)小榀單元示意圖
深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)體育館外圍護(hù)工程通過(guò)異形幕墻的單元化，將大量的鋼檁條的加工和組裝工作放在加工廠進(jìn)行，大大減少鋼檁條現(xiàn)場(chǎng)的加工和安裝量，且提高了鋼檁條加工制作的效率和精度;工地施工時(shí)直接將大單元板塊進(jìn)行吊裝安裝，即保證了質(zhì)量，又大大縮短了工期，極大地簡(jiǎn)化了原本需要在高空作業(yè)的施工措施，同時(shí)，提高了施工過(guò)程的安全性，吊裝見圖14。
圖14 大單元板塊整體吊裝圖
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)工程實(shí)踐可以看到，與傳統(tǒng)幕墻工藝相比較，幕墻單元化工藝十分有效地降低了加工成本和安裝成本，極大限度地減少了施工現(xiàn)場(chǎng)存在的人工安裝安全隱患，提高了施工效率，同時(shí)改進(jìn)并提高了幕墻工程的整體生產(chǎn)、安裝質(zhì)量,解決了異形建筑幕墻的施工難點(diǎn)。
框架式幕墻單元化和異形幕墻單元化從表面上看材料成本和運(yùn)輸成本增加了5~6%,但隨著人工成本和安全成本的不斷提高，材料成本所占工程總價(jià)的比重逐漸降低，綜合成本顯著降低，特別是單元化后可采用了機(jī)械化生產(chǎn)和安裝，有效地降低了加工成本和安裝成本，有效地降低了可能存在的人工安裝安全隱患，但卻有效地提高了施工效率和施工安全，同時(shí)也有效地提高了幕墻工程的整體生產(chǎn)、安裝質(zhì)量。
綜上所述，從幕墻設(shè)計(jì)、加工、組裝到工地安裝等整個(gè)流程如果能夠盡可能地以建筑幕墻單元化為主體思路，探討各種不同幕墻類型實(shí)現(xiàn)單元化的可能性(如傳統(tǒng)石材幕墻的單元化等)并加以廣泛應(yīng)用，那么建筑幕墻的單元化或?qū)⑹悄粔π袠I(yè)未來(lái)發(fā)展的方向。
本文摘錄自《2016-2017年度中國(guó)門窗幕墻行業(yè)主流技術(shù)與市場(chǎng)熱點(diǎn)分析報(bào)告》
目錄
第一部分 行業(yè)政策解讀
1-1 新型建筑工業(yè)化與門窗幕墻行業(yè)的發(fā)展機(jī)遇——郝際平
1-2 供給側(cè)改革與門窗幕墻行業(yè)的關(guān)系-黃圻
1-3中國(guó)門窗幕墻行業(yè)回顧與展望(工作報(bào)告)-董紅
第二部分 主流技術(shù)介紹
2-1玻璃采光頂下的溫室效應(yīng)及解決方法-劉忠偉
2-2門窗幕墻檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展、現(xiàn)狀與機(jī)遇 ——張仁瑜
2-3建筑幕墻的單元化技術(shù)概覽——曾曉武
2-4先進(jìn)國(guó)家的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督體制介紹-顧泰昌
2-5濱海城市機(jī)場(chǎng)航站樓幕墻設(shè)計(jì)特點(diǎn)與技術(shù)介紹——花定興
2-6新型雙層幕墻（詞條“雙層幕墻”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計(jì)及應(yīng)用--孟根寶力高
2-7BIM技術(shù)在幕墻生產(chǎn)中的應(yīng)用 -閉思廉
2-8異型外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析——王德勤
2-9日本建筑密封㬵施工流程與工法分享-朱德明
2-10單元體幕墻開口立柱穩(wěn)定性能試驗(yàn)和計(jì)算方法研究-陶偉
2-11建筑光伏系統(tǒng)的技術(shù)壁壘-羅多
2-12幕墻設(shè)計(jì)與建筑節(jié)能-金紹凱
2-13沿海地區(qū)建筑幕墻的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)——閉思廉
2-14有限元分析技術(shù)在門窗幕墻行業(yè)的應(yīng)用——閻春平
2-15硅烷改性聚醚在建筑應(yīng)用中的探討——?jiǎng)⒀恿指]錦兵
第三部分 市場(chǎng)熱點(diǎn)分析
3-1超高摩天大樓玻璃幕墻的最新動(dòng)態(tài)-趙西安
3-2門窗幕墻企業(yè)文化與企業(yè)發(fā)展-潘元元
3-3建筑節(jié)能市場(chǎng)對(duì)“在線Low-e”產(chǎn)品的應(yīng)用與技術(shù)要求——?jiǎng)⒅覀?/P>
3-4國(guó)內(nèi)既有建筑幕墻的安全狀況及應(yīng)對(duì)辦法分析——杜繼予（詞條“杜繼予”由行業(yè)大百科提供）
3-5西南地區(qū)門窗幕墻行業(yè)現(xiàn)狀和趨勢(shì)——吳智勇
3-6多元化商業(yè)模式分析——班廣生
3-7海外幕墻工程項(xiàng)目管理風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策探析 -萬(wàn)樹春
3-8宗教建筑立面統(tǒng)工藝創(chuàng)新與傳承-陳峻
3-10系統(tǒng)門窗需求和發(fā)展分析——陳勇
3-11新型材料在建筑門窗幕墻中的應(yīng)用-劉玉琦
3-12“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)對(duì)廈門幕墻工程的影響分析——楊清
3-13淺析未來(lái)門窗系統(tǒng)封閉式槽口的發(fā)展方向——米建軍
3-14門窗、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的制勝法寶——李和峰
3-15門窗幕墻企業(yè)信息化管理體系的構(gòu)建與應(yīng)用——?jiǎng)⒁?/P>
第四部分 行業(yè)調(diào)查報(bào)告
4-1 2016-2017年度中國(guó)門窗幕墻行業(yè)市場(chǎng)研究報(bào)告——雷鳴、曾毅
4-2 2016-2017年度建筑幕墻顧問(wèn)行業(yè)現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告——蘭燕
4-3回顧：中國(guó)門窗幕墻行業(yè)2016大事記 ——黃玲 楊伶
目前，該書已經(jīng)由中國(guó)建筑工業(yè)出版社出版，您如果對(duì)書中內(nèi)容感興趣，可以通過(guò)本編輯部進(jìn)行購(gòu)買，發(fā)行原價(jià)118元，讀者優(yōu)惠價(jià)：88元，郵費(fèi)到付!
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