单元式幕墙防水系统的细节重塑

来源 :中国建筑金属结构·下半月 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzh19860525anan
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  摘 要:加拿大素里纪念医院的玻璃幕墙项目,是中外方合作的成果,外方对细节的关注和全过程管理,中方对项目系统的整体把握和细部完善,促成了项目的成功,避免了项目在日后使用中可能存在的缺陷和不足。本文通过对这些技术细节和管理过程的展示,借助项目实例探讨了对现有的单元式幕墙乃至各类幕墙所进行细节重塑,通过好的设计管理制度保障重塑的细节,为工程提高使用可靠性提供经验借鉴。
  关键词:加拿大素里纪念医院;单元式玻璃幕墙;防水;抗风压;细节重塑
  中图分类号:TU761.11 文献标识码: A 文章编号:1671-3362(2013)05-0077-04
  1 前言
  单元式幕墙是目前行业内比较普及的构造形式,因其安装方便,施工快捷,抗震性好,被越来越多的业主、施工单位所接受和使用,也被大量的幕墙业内熟悉和掌握。但是由于单元式幕墙的高度工厂加工特性,使得前期的细节工作显得非常重要,对设计人员的素质要求也非常高。但综观行业内的实际情况,不少项目在实践中,就因为设计缺陷、细节不完善、加工指导不到位所产生的偏差、工厂组装粗糙或安装漏项等原因出现了漏水、保温性能不好、结构错位等问题,极大影响了用户的正常使用,给业主带来了一定的经济损失,对幕墙行业也造成了极为不利的负面影响。
  通过参与国际竞争、承揽国际业务的项目实践,我们在与加拿大方面密切合作的过程中,深深体会到了国外业主和顾问对细节完美的追求,重要地方甚至是对细节进行重塑,密切贴合国际标准和项目实际,所有的努力对项目的最终投入运营形成了技术和管理保障,这些国际同行和他们的建筑管理体系,值得国内幕墙界探讨和学习。
  2 项目概况
  加拿大素里纪念医院医护楼位于加拿大的13750 96th Avenue, Surrey,B.C.,是医院类新建项目,整个建筑由主楼(9层)和裙楼(3层)组成,总建筑面积37000m2。主楼玻璃幕墙采用单元式玻璃幕墙和框架石材幕墙系统,其中单元式幕墙面积约9000m2。玻璃幕墙系统为国内设计、采购、加工、单元组装,海运至加拿大工地安装。幕墙采用了先进、成熟的单元式系统,通过对系统内部细部构造精心设计、改进,使幕墙在保证建筑立面要求的前提下,不仅具有优良的气密性、水密性、抗风压能力,而且达到了较高的环保节能要求,充分展示了先进的现代幕墙建筑技术。
  按照与外方的项目合同,整个项目采用的建筑材料按国内方便采购和符合承揽合同的做法,以BS8118英国规范为合同的主要执行标准,在与外方的几轮磋商后,最终双方确认了主要材料:
  (1)铝材:采用6063-T6铝合金型材,表面氟碳喷涂。横梁和立柱均为63.5mm×133mm的截面形式。
  (2)玻璃:6+12A+6中空Low-E钢化玻璃,内充氩气,层间不见光部位增加铝背板遮挡,具有良好的隔音降噪、阳光控制、减少热传递的功能。
  (3)结构胶及密封胶:GE公司硅酮结构胶及硅酮密封胶,胶体粘着力强,延伸率高。
  (4)密封胶条和垫块:密封胶条和垫块采用硅橡胶,抗老化性能更优异。
  项目的不同部位有不同的做法,出于建筑的普遍性和重要性而言,我们选用建筑主楼为例,该位置的幕墙是隐框单元式玻璃幕墙系统,单元宽度1500mm,单元高度4290mm,见光位玻璃高1400mm,非见光位玻璃高度2890mm(见图1)。
  板块重量约350kg。系统为横滑插接形式,混凝土楼板顶面设槽式预埋件,结构施工时同步预埋。单元板块通过连接件挂接在混凝土楼板上,依靠T型螺栓与转接件相连,使得竖龙骨为拉弯构件,整栋楼按带悬臂的多跨梁综合计算,受力形式明确、合理(见图2)。
  3 系统防水构造与结构重塑
  防水的细节都是幕墙设计的重点,出于防水性是针对现有幕墙诟病最多的,项目外方对于防水性的细节也是最为担心的,这和我们的想法一致,双方通过共同的数轮讨论,投标阶段的防水设计几乎完全予以构造,最终得到了一个为双方所能满意的方案。
  3.1 防水细节设计
  系统前期一致选用的是横滑型单元系统,横梁设导向孔,在竖料内壁通过自攻螺钉与立柱形成整体,典型的横剖和纵剖节点形式如图3所示。
  横梁空腔部分由立柱封闭,滑槽凸出立柱板块,在板块拼接部位会形成滑槽缺失,因此设置了专门盖板填补,现场通过密封胶固定和密封,上单元下框可以在槽内自由滑动,安装板块之间封口做法如图4。
  作为功能性设计,单元式幕墙的气密和水密始终是第一位的考量指标,本系统仍然是利用幕墙中最广泛采用的雨幕原理,设置了三道密封防线(如图5)。
  (1)尘密线。固定于一侧单元板块具有弹性和压缩量的胶条,当板块插接就位即搭接于相邻单元板块,为阻挡灰尘设计的一道密封线,起到阻挡灰尘和披水的作用(如图6)。
  (2)水密线。作为单元幕墙的重要防线,通过幕墙表面的少量漏水可以越过这条线,进入单元幕墙的等压腔,通过立柱内部腔体排到底座横梁水槽中,使得进入等压腔的水被有组织的排出,没有继续进入室内的能力,达到阻水的目的。
  (3)气密线。设置单元中最后一道胶条,避免由于等压腔和室外基本上相通,水密线不能阻止空气的渗透而导致幕墙系统气密性降低,从而达不到理想的保温效果。竖料采用较薄的通长蘑菇胶条,在插接后变形压紧,填满公、母料间隙,形成密闭线条,阻断内外空气流动,保证系统的气密性(如图7)。
  所有细节设计都是基于以上理论进行修正或改良,避免大量雨水进入,同时也设置合理通道导出少量雨水。
  3.2 防水结构计算设计
  结构安全性对气密、水密性影响是巨大的,单薄的型材往往导致板块变软,受到风压作用下,变形量很大,密封胶条的配合处于放松状态,从而密封失效,出现漏水、漏气等现象。但是过于笨重的型材立柱又是不经济的,因此,调整型材细部构造,寻找到最合理的受力截面,是设计人员关键的一步。   按照项目的实践经验,即使是满足使用强度和变形需要的幕墙体系,在受到超过密封胶体系的变形后,结构也会产生渗漏造成进水,而且是无法根治的漏水,投标中我们提交的结构体系设计已经考虑了该可能性,并受到业主的青睐。在项目进入施工图阶段,我们也着重完善了结构的计算,并充分考虑到结构变形对防水的影响。
  通过分析单元组成,建筑分格,采用多跨梁形式计算,风荷载按照1.8kN/m2计算,计算简图如图8。
  通过计算,发现8层楼板间的支座部位弯矩最大,超过型材设计范围,因此在局部增加了钢板进行加固。加固范围仅限于8F弯矩较大部位,而铰接点弯矩为零,因而立柱靠近铰接点1000处均未加固。调整后的立柱变形为16.2mm,满足4290/175 =24.5mm的要求,计算结果如图9。
  根据科学计算的结果,组织了对结构体系的重新审核,双方根据建筑模型的比较分析,对结构上的细节进行了重构。
  4 防水构造的加工重塑
  施工图阶段的细节设计是幕墙承包的主要环节,作为设计、加工一体的幕墙行业来说,加工图阶段和生产中的技术指导,也是非常重要的环节。
  优秀的防水构造体系除了施工图阶段的细节构造外,加工图是形成产品的直接依据。防水作为幕墙的细节的体现,对保障防水性的加工重塑,整个设计管理流程上,通过强化重点部位和重点环节,实现了防水构造的加工重塑。
  4.1 材料的界面防水
  密封胶是幕墙防水的主要材料之一,胶体与铝型材表面通过粘接形成的强附着力阻止了水的通过形成防水作用,但是,不少建筑用料不符合国家标准,表面涂层附着力不强或氧化膜过薄、过厚,都有可能导致密封胶粘接失效而产生裂缝。因此,中外方在参与加工图编制和设计管理的过程中,已经充分考虑到这些影响,通过有设计主管参与的技术试验,避免了界面防水不利的可能性。
  另外,挡水胶条、披水板等主要防水构件,项目执行中也提出了设计参与审核和验收,一起参与并由设计全程主控,充分保证实现幕墙的设计目的。
  4.2 加工图中的接缝防水
  除了插接部位系统设计上考虑多重防水,单元加工组装时拼接缝的防水密封也是至关重要的,根据渗水可能的路径,在相应横、竖料拼接处所不得不产生的缝隙逐一进行抹胶密封,确保接缝位置的整体。
  这些接缝受加工精度的影响,在正偏差接触的位置接缝偏小,而负偏差的位置,接缝较大,大小不一的接缝,需要在加工图中予以预先考虑。水在进入缝隙的过程,会形成冲刷和腐蚀,因此,需要形成一个连续可靠的处理方案,以减少加工组装过程的。
  为了保证这些接缝的可靠性,克服施工中存在的偶然性,设计在端部涂抹胶,实现整体性防水,而整个防水用的抹胶,不得阻碍排水口位置。端部抹胶防水相较于表面的简单抹胶,可以承受自然降水和暴雨影响下水的冲刷,即使表面抹胶层受到紫外线、水和风的显著破坏,或整个端部高度内的有效胶体仍可以有效阻水,并可保证一定寿命的使用期限(如图10、图11)。
  组装过程中,不少细节的连接也是依靠密封胶来实现防水的,加工图设计中对这些连接部件的先后顺序有一个充分的预估和演示,并全程跟踪样板制作,中外方对安装流程的探讨和研究,在加工图设计中,预先考虑到了防水设计中的组装顺序后,可以有效保证这些接缝的防水(如图12)。
  防水的发生除了在结构体系的分析构造上实现,设计要求对每个开孔位置的紧固件实现全部防水。
  玻璃与主体幕墙框架之间的紧固连接也是防水的重要环节,加工图中也要规定这些防水的处理(如图13、图14)。
  总之,优秀的加工图设计、加工审核和设计全程参与复审,是保证整个项目防水结构顺利实施的有效手段,这些,都促成了项目的顺利投入使用。
  5 幕墙防水构造的设计控制
  设计控制是整个幕墙承包商管理制度的基础,所有环节进入加工图后,虽然算是正式实现产出了,但是全程、全员的再审查,可以保证细节的不疏忽。根据设计控制计划,实现全流程的设计保障也是幕墙防水构造得以顺利实施的必不可少的措施。
  设计控制需要对整体进行把关,而大型项目的设计分工合作是基本的管理手段,如何实现技术要点的充分应用,对不同设计小组图纸的细分和汇总,尤其是核心问题的整体把握和事后再审视,是必不可少的提高产品质量的手段。
  再审视分成两个阶段:
  第一是主体结构分解后的再审视,资深的设计主管人员要对整个细节重新组合。项目在整个建筑立面图中,对于不同加工分区结合位置进行了着重管理,这些也是外方控制的重点。
  第二是加工图阶段后期的再审视,设计主管和安装队伍需要对整个设计和安装流程予以全程演示评估,寻找遗漏的环节。外方对整个加工图参与的不多,但是对于安装的全流程予以了明确,既便于施工承包商内部的管理,也促进了与现场的沟通。
  加强设计控制和再审核管理,成为了项目顺利实现的一个有力武器。
  6 结论和启示
  不同类型的幕墙施工方法对于行业内的资深人员来说,都是比较常见的。主体构造设计完成后,一个完整的幕墙随即展现在了设计师们的眼前。但是,幕墙的施工质量和幕墙的使用寿命,则是这些设计师们所无法看到,也无法预测到的。优秀的资深的项目管理和设计团队,通过对细节的重塑,却能对未来的项目进行预期,这些细节的谨慎处理,可以重塑项目的生命。
  细节的缺失,是当今中国幕墙行业高产出环境下的一个致命的而又无法避免的缺陷。本项目中外方执行过程中对细节的把握和全流程的管理,给了我们一些启示,做起来不难,但是真正全流程执行下来,对于提高行业威望、抬高企业声誉是百利无一害的。
  参考文献
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  (编辑:蒋东旭)
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