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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(詞條“熱輻射”由行業(yè)大百科提供)、結露)以及隔音、防火等要求,一直得不到很好的發(fā)展及推廣。
我國建筑幕墻行業(yè)從1983年開始起步,三十年來建筑材料及加工工藝的迅速發(fā)展,各種類型的建筑材料研制成功,如各種密封膠的發(fā)明及其它隔聲(詞條“隔聲”由行業(yè)大百科提供)、防火填充材料的出現(xiàn),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(nèi)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(yè)讀者,建立系統(tǒng)的、綜合的“幕墻結構”知識體系,中國幕墻網(wǎng)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(yè)大百科提供),追求建筑物內(nèi)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(tǒng),使結構系統(tǒng)由單純的支承作用轉向表現(xiàn)其可見性,從而表現(xiàn)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(xiàn)代科技在建筑裝飾上的體現(xiàn)
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(詞條“風荷載”由行業(yè)大百科提供)、地震作用、溫度作用等)通過點接駁鋼件、鋼爪(詞條“鋼爪”由行業(yè)大百科提供)傳遞到受力支撐結構系統(tǒng),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(tǒng)可以是玻璃肋、鋼桁架也可以是不銹鋼拉桿、拉索或混合結構(詞條“混合結構”由行業(yè)大百科提供)。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—不銹鋼拉桿式
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(qū)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(nèi)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(xiàn)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(jīng)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(詞條“保溫”由行業(yè)大百科提供)、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(xiàn)場進行,要求現(xiàn)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
全隱框玻璃幕墻
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(nèi)部所有板塊安裝、板塊間接縫密封均在工廠內(nèi)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(nèi)加工制作易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),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(nèi)完成,從而縮短幕墻現(xiàn)場施工周期和工程施工周期,為業(yè)主帶來較大的經(jīng)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(nèi)外幕墻技術的發(fā)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(nèi)施工安裝,主體結構適應能力較差,不適用于有剪力墻(詞條“剪力墻”由行業(yè)大百科提供)和窗間墻的主體結構。
(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
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(jié)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(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),可減少現(xiàn)場加工、安裝工序,易于控制工程質量。
(4)現(xiàn)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(nèi)外幕墻技術的發(fā)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(yè)施工,施工手段靈活,受主體結構影響小。
(6)維修保養(yǎng)方便,維護、更換板塊時不影響周圍板塊。
5.雙層呼吸式幕墻(詞條“呼吸式幕墻”由行業(yè)大百科提供):
功能要點――智能化、節(jié)能:雙層幕墻的導熱、遮陽特性,可以明顯減少樓宇內(nèi)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(yè)大百科提供)使用正確,還可以保持室內(nèi)溫度低于室外。
通風、防塵(詞條“防塵”由行業(yè)大百科提供):自然通風,即使天氣惡劣,也一樣可以開窗換氣。減少空調綜合癥的發(fā)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(jù)熱壓原理(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(nèi)層幕墻開啟,也可將室內(nèi)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(nèi)層幕墻外表面溫度(詞條“表面溫度”由行業(yè)大百科提供),這樣會大大降低室內(nèi)熱損失。
外通風雙層幕墻(中國奧運射擊館)
內(nèi)通風雙層幕墻
內(nèi)通風雙層幕墻
雙層通風幕墻剖面圖
6.石材幕墻
銷釘(詞條“銷釘”由行業(yè)大百科提供)式結構:此結構屬石材干掛技術第一代產(chǎn)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(chǎn)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(詞條“低層建筑”由行業(yè)大百科提供)。
半圓槽結構:此結構屬石材干掛技術第二代產(chǎn)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(詞條“強度”由行業(yè)大百科提供)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(詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供)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(xiàn)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(chǎn)品,是目前世界上較先進技術,在國內(nèi),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(nèi)石材幕墻技術發(fā)展的方向,其特點是實現(xiàn)石材的無應力(詞條“應力”由行業(yè)大百科提供)加工,石材背面采用不銹鋼脹栓連接,連接強度高,節(jié)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(xiàn)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
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T型不銹鋼掛件掛法 |
小單元鋁掛件干掛法 |
慧魚背栓式掛法 |
1. 節(jié)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(jié)的長圓孔,安裝簡單 |
掛件前后不可調節(jié),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(jié),對龍骨(詞條“龍骨”由行業(yè)大百科提供)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和鋼材共用的體系 |
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(shù)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(shù)量比T掛件增加約一倍 |
6. 施工工期 |
鋼件可調節(jié)性好,施工簡便,工期短 |
掛件調節(jié)要求高,施工有一定難度,工期較長 |
掛件調節(jié)要求高,施工有一定難度,工期較長 |
7. 外觀效果 |
掛件可調節(jié)性高,容易保證外立面的平整度,裝飾效果好 |
合理的調節(jié)構造設計,可保證外立面的平整度及裝飾效果 |
合理的調節(jié)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(xiàn)場加工,若有現(xiàn)場尺寸誤差可相應調整 |
板材工廠或現(xiàn)場加工,尺寸可以以調整 |
板材鉆孔工廠加工,現(xiàn)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(yōu)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(tài)為H24。其構造主要由面板、加強筋和角碼組成。角碼可直接由面板折彎(詞條“折彎”由行業(yè)大百科提供)、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(詞條“螺釘”由行業(yè)大百科提供)(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(nèi)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(fā)廣場)
蜂窩鋁板幕墻
鋁單板幕墻
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(詞條“陶土板”由行業(yè)大百科提供)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(jù)陶瓦的掛接方式,發(fā)明了用于外墻的干掛體系和幕墻陶土板。為了把這套系統(tǒng)推向市場,Von Mueller在格爾利茨(Goerlitz)成立了一個專門(詞條“門”由行業(yè)大百科提供)生產(chǎn)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(xiàn)在的兩大鋁結構幕墻系統(tǒng)(有橫龍骨系統(tǒng)和無橫龍骨系統(tǒng),見后面的介紹)。2005年Von Mueller公司和Wienerberger Gruppe結成了戰(zhàn)略聯(lián)盟,成為全球最大的陶土磚生產(chǎn)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木纖維板,其是由普通型或阻燃(詞條“阻燃”由行業(yè)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(nèi)用建材。具有眾多優(yōu)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(huán)境創(chuàng)造了溫和的生活空間。
千思板幕墻
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。
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(jīng)成形、經(jīng)1200度高溫煅燒等生產(chǎn)工藝制成的板狀陶瓷(詞條“陶瓷”由行業(yè)大百科提供)制品,幕墻面板應用陶瓷板。
陶瓷板幕墻
陶瓷板幕墻節(jié)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(chǎn)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(tǒng)、空調系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)。其技術核心是一種有別于傳統(tǒng)幕墻的特殊幕墻一一熱通道幕墻(詞條“熱通道幕墻”由行業(yè)大百科提供)。
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米上的超高層幕墻建筑共有144座,總量再創(chuàng)新高!而中國占據(jù)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(jù)可靠統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,今年全球的超高層幕墻建筑竣工數(shù)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(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展和城市化進程的加快,我國建筑幕墻行業(yè)實現(xiàn)了從無到有、從外資一統(tǒng)天下到國內(nèi)企業(yè)主導、從模仿引進到自主創(chuàng)新的跨越式發(fā)展,到 21世紀初我國已經(jīng)發(fā)展成為幕墻行業(yè)世界第一生產(chǎn)大國和使用大國。
在中國建筑金屬結構協(xié)會鋁門窗幕墻委員會開展的建筑門窗(詞條“建筑門窗”由行業(yè)大百科提供)幕墻行業(yè)數(shù)據(jù)大調查中收集、整理的行業(yè)數(shù)據(jù)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(jīng)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(chǎn)品(智能幕墻、生態(tài)幕墻、膜結構幕墻等)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(jié)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。