洞口式幕墙窗系统在工程中的应用

来源:2020论文集 查看原文  时间:2020-9-27

本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  摘要:幕墙和铝合金窗都具有美观、耐用、性能好的优点,因此,建筑外立面采用幕墙或铝合金窗的工程项目越来越多。幕墙和铝合金窗的形式多种多样,本文结合工程实际案例,对一种介于玻璃幕墙和铝合金窗之间的洞口式幕墙窗系统的优缺点、物理性能、构造节点设计、工程施工特点等进行分析,并介绍其在工程项目中的应用。

  关键词:洞口式幕墙窗系统的概念、构造节点、工程应用

  随着建筑行业的发展,建设方及建筑师对建筑外观的要求越来越高,大部分现代高层建筑为实现美观与功能的完美结合,都采用了玻璃幕墙。对于既有建筑特别是多层高层厂房和大型公寓的改建,为实现外观和性能的升级,一种介于玻璃幕墙和铝合金窗之间的“洞口式幕墙窗系统”无疑是很好的选择。对于住建部建标[2015]38号所限制使用玻璃幕墙的部分建筑,为保证围护结构的安全性、使用功能、外观效果等,采用洞口式幕墙窗是一种有效的办法。本文结合实际工程案例,对洞口式幕墙窗系统进行分析,介绍该系统的设计、物理性能要求、构造节点、施工安装方式,以及洞口式幕墙窗系统在一些工程中的应用情况。

  一、洞口式幕墙窗的概念

  与建筑幕墙的定义不同,洞口式幕墙窗不跨层、安装镶嵌于洞口之中,四周边或上下边与洞口的连接方式类似普通铝合金窗,但其玻璃面板的安装方式、开启窗节点构造形式等与幕墙类似,比普通铝合金窗具有更好的抗风压性能,水密性和气密性也更好。这种安装在洞口内具有幕墙构造体系的窗墙系统,在国外通常称为window wall,意思是“窗墙”,本文称“洞口式幕墙窗系统”。

  二、洞口式幕墙窗系统的几种类型及构造节点

  1、拼樘组合式

  该类型也称为联排式,是由各单元通过中挺拼接而成,如下图所示:

图一拼樘组合式洞口幕墙窗系统立面大样

图二拼樘组合式洞口幕墙窗系统节点图

  2、构件式

  该系统的构造节点与构件式幕墙类似,由铝合金立柱将带形窗洞进行分格,再安装铝合金横梁,形成框格,然后安装玻璃面板,如下图所示:

图三构件式洞口幕墙窗系统立面大样

图四构件式洞口幕墙窗系统节点图

  3、单元式

  该系统是在洞口上下边安装铝合金底座,将工厂加工组装好的单元板块运抵施工现场后,采用吊装的方法,将单元板块插接安装在底座上,如下图所示:

图五单元式洞口幕墙窗系统立面大样

  图六单元式洞口幕墙窗系统节点图

  三、洞口式幕墙窗在改建项目中的应用

  该工程位于强台风地区,是既有建筑改建项目,原为大型公寓和集体宿舍,改建为高级酒店,建筑高度约70米,对外围护结构有较高的性能要求,外立面主要有石材幕墙、铝板幕墙、塔楼洞口式幕墙窗等,由于洞口过高、过大,性能要求高,采用了单元式洞口幕墙窗系统。本工程改建前、后外观效果如下图所示:

图七改造前外立面

图八改造后外立面

  1、洞口式幕墙窗节点设计

  幕墙窗系统不仅仅是一种简单的装饰性维护结构,它也是建筑的一个有机组成部分。本项目洞口宽度普遍在7000mm左右,高度2800mm,由于分格尺寸大,地处强台风地区,性能要求高,采用传统铝合金窗难以满足要求,而且传统铝合金窗外观也不符合建设方和建筑师对高级酒店大气豪华、高品质的要求,经过多方深入分析研究,采用了洞口式幕墙窗系统,很好地融入到了建筑外立面之中。

  该项目固定玻璃横向分格为1975mm,开启扇宽度为1150mm,高度为1300mm,采用单元式幕墙窗系统,与单元式幕墙类似,公母立柱为插接形式,三道胶条形成尘密线、水密线、气密线,有效阻挡来自室外的灰尘与雨水,能够满足防水、气密、节能的要求。玻璃使用硅酮结构胶固定在铝合金框架上,玻璃外侧采用铝合金扣条,保证玻璃的安全性能,开启扇的护边与固定玻璃采用同样的扣条形式,保持外观的一致性。

图九立面大样

图十幕墙窗标准竖剖节点

  上端采用通长底座预先固定在主体结构上,幕墙窗单元安装就位后,再用螺钉锁紧扣条,形成C型固定槽口将幕墙窗单元扣住,铝合金上横之间有插芯连接。下端的铝合金底座承托整个幕墙窗的重力,同时与上端的铝合金上横料共同承受风荷载,下横梁与起底横梁之间采用插接形式,也有三道密封线,有效保证幕墙窗系统的密封性能。

图十一

  起底横梁上部水槽接缝处设置板铝板或胶皮,通过密封胶粘贴在型材表面上,使起底横梁形成一道完整的密封,起底横梁前端位置与胶条交错开排水孔,从而使公母立柱等压腔内的雨水落入水槽后,通过排水孔排到室外。

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图十二

  2、洞口式幕墙窗优缺点分析

  洞口式幕墙窗系统优点主要是:将大洞口分割成数个单元,所有单元在加工厂组装完成,与传统构件式相比,将绝大部分的工序留在了加工厂,避免了现场施工质量控制难、安装成本高的难题,有助于提高施工质量、缩短施工工期;板块间采用对插接缝,更能适应外力变形,提高抗震性能;幕墙窗板块间采用密封胶条防水,减少了施工现场施打密封胶的工序。

  幕墙窗系统有一些缺点:普通铝合金窗型在各家型材厂一般都有现成模具,可随时加工生产,幕墙窗系统使用的型材种类较多,需要开模,增加费用且周期较长;幕墙窗系统一般都需要根据各个工程进行设计,性能需要通过试验去验证,对设计及施工技术有较高的要求;另外,幕墙窗系统的型材截面一般都比传统铝合金窗型大,成本较高。

  3、洞口式幕墙窗物理性能分析

  由于本项目窗墙系统采用了单元式幕墙构造系统,单元之间以及与主体结构四周都采用插接的方式,防水体系采用密封+疏导+排水结合的方式,且型材截面尺寸较大、壁厚较厚,物理性能较好。

  抗风压性能达到3级,如图所示:

图十三建筑幕墙抗风压性能分级表

  气密性能达到建筑幕墙要求的3级,比外窗气密性能6级高,

图十四建筑幕墙气密性能分级表

图十五外窗气密性能分级表

  幕墙窗系统平面内变形性能优于传统的外窗,传统铝合金外窗四周采用金属固定件固定在主体结构上,而幕墙窗系统四周采用插接式构造,使幕墙窗与主体结构之间有更好的变形能力,以适应主体结构的各种变形,即使本项目采用了大尺寸的板块,但其平面内变形性能完全能够满足主体结构的变形要求。

图十六幕墙窗与主体结构连接构造 图十七传统窗与主体结构连接构造

  本项目的水密设计采用多道密封,合理的排水的方式,有着较好的水密性能,达到建筑幕墙要求的3级。

  图十八幕墙窗水密性能分级表

  四、洞口式幕墙窗系统在医院建筑中的应用

  1、某医院住院楼的初步设计方案:

图十九某医院住院楼效果图

图二十某医院住院楼节点图

  2、某医院住院楼的初步设计方案:

图二十一某医院住院楼效果图

图二十二某医院住院楼节点图

  由于医院建筑一般层高较高,洞口尺寸较大,分格尺寸也较大,项目地处沿海强台风多发区,对幕墙窗系统的性能要求很高,用普通的铝合金窗难以达到要求,建标[2015]38号又限制使用玻璃幕墙,因此采用了洞口式幕墙窗系统。

  五、结语

  洞口式幕墙窗系统有着普通铝合金窗型不具备的优越性能,在建筑外围护结构中已经得到了越来越多的应用,特别是既有大型公寓和高层厂房等改建项目,以及建标[2015]38号限制使用玻璃幕墙的部分建筑,为保证结构的安全性、使用功能、外观效果,采用截面尺寸更大、连接更可靠、玻璃面板安装更牢固、开启窗更安全、有更好的水密性和气密性、更加节能的洞口式幕墙窗系统,显然是更好的选择。只要在项目的设计及施工中,抓住技术要点,把握设计源头,控制关键工序,充分发挥幕墙窗系统的优势,为建筑提供更多更好的选择,这种外形美观、性能优良的窗墙系统将广泛地应用于更多形式的建筑中。

  参考文献

  [1] 《幕墙工程防雨水渗漏措施》闭思廉著

  [2] 《建筑幕墙抗震构造设计》王宝闭思廉著


专家介绍

闭思廉
铝门窗幕墙委员会专家组
工作单位:海控南海发展股份有限公司
技术职称:教授级高工
专业:建筑幕墙产品设计、开发、建筑幕墙工程设计、施工。
专长:建筑幕墙门窗产品开发、工程设计及施工



  作者:朱江 闭思廉
来源:2020论文集
 
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