大面积玻璃幕墙的设计与施工管理

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　　摘要：为解决大面积固定玻璃墙面的自然通风问题,采用独特的自然通风系统设计。本文分别从图纸设计、材料、施工工艺等方面进行分析，提出了施工过程中的质量控制与安全管理措施。
　　关键词：玻璃幕墙;通风设计;施工工艺；质量控制;
　　0 前 言
　　建筑幕墙技术从20 世纪80 年代初从国外引进，随着我国建筑业的发展和人民生活水平的提高，这一技术随之得以发展。为了进一步规范建筑幕墙的质量和安全管理, 20世纪90年代中期,我国先后颁布了有关玻璃幕墙质量控制和安全管理的规范和标准。
　　1 自然通风设计与理论分析
　　自然通风是指利用建筑物内外空气的密度差引起的热压或风力造成的风压来促使空气流动而进行的通风换气。它是一种比较经济的通风方式, 它不消耗动力, 可以获得巨大的通风换气量, 余热量较大的热车间常用自然通风进行全面换气,降低室内空气温度。同样, 对于民用建筑, 合理地利用自然通风也可以改善夏季室内热环境。
　　
　　
　　圈1 建筑物自然通风示意图
　　在外围护结构的不同高度上设有窗孔1和2，两者高度差为h，即：两窗孔中心距离为h.设窗孔内的静压力分别为P1、P2，窗孔外的静压力分别为P11、P22，室内外的空气温度和密度分别为tn、tw和ρn、ρw。设tn>tw，则：1-1断面和2-2断面的能量方程为：
　　
　　
　　即：
　　
　　
　　式中： ――窗孔1的内外压差，Pa；
　　 ――1-1断面空气流速，m/s；
　　 ――窗孔2的内外压差，Pa；
　　 ――2-2断面空气流速，m/s；
　　 ――空气流经1-1断面处的局部阻力系数。
　　1-1断面为突然扩大损失，因此，局部阻力系数 =1，2-2断面处的空气流速为0，则有：
　　
　　
　　1）
　　再列1-1断面和2-2断面的连接性方程：
　　
　　
　　式中： ――窗孔1的面积，m2；
　　 ――窗孔2的面积，m2；
　　 ――窗孔1的流量系数，通常取0.60-0.62；
　　 ――窗孔2的流量系数，通常取0.60-0.62；
　　由于 = ，所以，上式变为：
　　
　　
　　（2）
　　由式（1）和式（2）可得：
　　
　　
　　自然通风量：
　　
　　
　　由于室外的风速和风向是经常变化的, 因此风压的作用不是一个可靠的稳定因素, 在一般工程设计中均不予考虑。然而, 在理论上对室内热环境所进行的动态分析中, 必须考虑风压的作用。
　　建筑物的进风面应与夏季主导风向成分一卿角, 不宜小于, 而且, 排风窗与进风窗面积比不宜小于, 从而强化风压的作用。
　　2 幕墙设计与控制分析
　　2.1 幕墙设计
　　幕墙设计要给制作、安装、监理等各方面人员在不经任何解释的情况下能完全看懂。因此,图纸应该完整、详尽,表达方式应规范化。施工图说明和施工要求,节点大样图,预埋件锚固节点计算,幕墙龙骨框架在竖向荷载、水平荷载作用下的应力变形等计算,避雷、防火、防排水措施等必须齐全。
　　幕墙设计应采取防雨水渗漏性能的措施,玻璃幕墙立柱与横梁的截面形式宜按等压原理设计,在易发生渗漏的部位应设置流向室外的泄水孔,在易产生冷凝水的部位应设置冷凝水排出管道,构件制作时严格按规定要求钻泄水孔,开启部分的密封材料宜采用氯丁橡胶或硅橡胶制品。不同金属材料接触处应设置绝缘垫片(一般厚度1mm)或采取其它防腐蚀措施,绝缘片的大小不小于接触面积,以保证铝合金立柱与不同钢材连接件直接接触,立柱与横梁接触处应设置柔性垫片。
　　2.2 材料控制
　　幕墙用型材应符合现行国家标准《铝合金建筑型材》GB /T523722000中规定的高精级要求,阳极氧化膜厚度不应低于《铝及铝合金阳极氧化膜的总规范》GB8013287中规定的AA15 级,其指标为:最小平均膜厚15μm,最小局部膜厚12μm。经过阳极处理的铝合金型材表面颜色基本均匀,不允许有腐蚀斑点、电焊伤、黑斑、氧化膜脱落等缺陷。
　　结构胶要有很好的抗拉强度、剥离强度、撕裂强度和弹性模量,它同时也起到避震的作用。结构硅酮密封胶和耐候硅酮密封胶必须由材料供应方提供的产品质量保证年限的质量证明以及结构硅酮密封胶与接触材料的相容性和粘结性试验报告,且应注意同一批次的结构胶质量是否稳定,不得使用超过有效期的结构硅酮胶,耐候胶与结构胶不得相互代用,尤其不得将结构胶作为耐候胶使用。
　　五金件应符合设计要求,不得使用易生锈的不锈钢材料,电焊时应对不锈钢采取遮挡措施,防止电焊火花溅到不锈钢上引起生锈。玻璃运输过程必须注意做好保护,由于玻璃单件面积、质量均较大,在从厂家到加工场、从加工场到施工现场的运输过程中很容易因为碰撞、对磨等原因造成玻璃破碎、磨花等损坏。
　　2.3施工控制
　　（1)测量放线应与主体结构相结合,对主体结构的外立面进行测量,检查实际尺寸是否符合图纸要求,若实际尺寸有偏差,应对偏差进行消化,必要时调整幕墙的制作尺寸,避免安装不闭合。用激光经纬仪把各区域的垂直控制线标定,用水准仪把各楼层水平控制线标定,然后弹出各细部的分格线,在测量中各种控制线均闭合。
　　（2)铝合金龙骨安装
　　①立柱通过连接件与主体埋件连接,并进行固定。立柱的垂直度以垂直控制线为基础,用吊锤复测。立柱可按一层或两层楼高为一根,接头采用套管连接,接头要留置10～20mm的间隙,消除建筑物挠度变形及温度变形对幕墙的影响;
　　 ②横梁一般是水平构件,由上而下分层安装。横梁分段嵌入立柱中,需经过检查、调整、校准后才可以与立柱固定。其安装允许误差为:相邻两根横梁的水平标高偏差不大于1mm,同层标高偏差不大于5mm,与立柱外表面偏差不大于1mm。
　　（3)玻璃安装安装时,应注意玻璃板块的垂直和平整,竖缝相邻两侧玻璃表面的平面度,用3m靠尺检查,允许偏差控制在2mm以内,并保证整幅隐框幕墙各玻璃拼缝的整齐、美观。
　　（4)耐候胶密封
　　①双组分结构胶在注胶前须搅拌均匀,试验反映无气泡后用机械注胶,以保证注胶密实;
　　②在胶使用前,必须对幕墙工程选用的铝合金型材、玻璃、双面胶带、硅酮耐候密封胶、塑料泡沫棒等与硅酮结构密封胶接触的材料做相容性试验和粘结剥离性试验,试验合格后才能进行注胶;
　　③打胶前必须对玻璃及支撑物表面进行清洁处理,为防止二次污染,每一次擦抹要求更换一块干净布。注胶前,与结构密封胶接触的表面必须按操作要求进行净化,净化后的构件应在1h内进行注胶,超过时间或再污染时,应重新净化。在组装时,净化过的构件不能随意移动,以免再次污染影响粘结;
　　3 玻璃幕墙渗漏分析
　　（1)现象：幕墙四周与主体结构间渗漏; 幕墙开启门窗处渗漏; 幕墙接缝处渗漏;室内冷凝水无法排出。
　　（2)控制方法：①幕墙四周与主体结构间的缝隙,应用防水保温材料堵实,内外表面用密封胶连续封闭,保证接缝严密不漏水; ②在开启部位和幕墙压顶及周边等构造复杂、易渗漏部位施工时,应加强检查,发现密封不良、材料性能达不到要求时,及时整改或更换;③幕墙在安装前应做抗风压、抗空气渗透、抗雨水渗漏性能试验,试验结果达到设计规定方能进行安装,安装过程中,应分层进行抗雨水渗漏性能的淋水试验,及时发现、调整、解决渗漏; ④组装时应注意各连接处连接严密,防止有阻水现象,以保持内排水系统畅通; ⑤冷凝水排出管及附件与水平构件预留孔连接应严密,与内衬板出水孔连接处应设橡胶密封条。
　　4 建筑幕墙施工质量与安全管理
　　4. 1 设计图纸和相关设计资料

　　在施工准备阶段,工程施工的组织者和施工管理班子必须熟悉工程的设计图纸和相关设计资料,了解和掌握建筑幕墙施工图纸的设计意图、幕墙结构类型、构造特点、技术要求、技术关键和难点,分析设计对工程施工安全管理工作的影响。如发现设计中对幕墙施工安全有不利影响,要与设计者商量解决。
　　4. 2 建立和完善各级安全生产责任制和安全管理制度
　　建立和完善各级安全生产责任制是安全管理的首要工作。根据“管生产必须管安全”和“谁主管、谁负责”的安全管理原则, 施工现场要成立以项目经理为首的安全生产管理机构, 建立工程施工的安全管理目标,明确各成员的安全管理职责,并用制度固定下来,以此把与安全直接有关的领导、技术人员、工人联系起来,形成一个严密的安全管理工作系统。
　　4. 3 对现场进行勘查，编制现场施工组织设计
　　施工前和施工过程中都必须对施工现场进行认真的勘查,掌握现场的第一手资料。例如对工程所在地区的自然条件、气象因素、现场环境和其他与建筑幕墙施工有接口或相关工程施工的进度情况的调查,了解材料和劳动力的供应以及现场各相关方配合的情况等,为现场的安全管理和编制合理的、切合工程实际的施工组织设计和各类安全技术措施提供依据。
　　施工组织设计是指导建筑幕墙施工现场全部生产活动的重要技术文件。必须根据拟建工程规模、结构特点和建设单位的要求,在对原始资料调查分析的基础上,编制出一份能切实指导该工程全部施工活动的施工组织设计,安全管理必须作为一个重要组成部分编入该施工组织设计内,其中应包括施工的安全技术措施、动火作业与防火管理措施等。
　　4. 4 安全生产培训教育及安全技术交底工作
　　首先是进场的安全教育。重点是要提高每一个员工的安全意识,牢固树立“安全第一”的思想,并让他们明白建筑幕墙施工的特点和安全生产的关系,如做好高处作业、临边、洞口和脚手架上的防护,物料提升机的使用和安全防护,各类伤亡事故的预防以及突发事件的应急处理等。其次是进行各工种的安全教育,对工人要进行安全操作规程和操作技能教育,使其明白该工种怎样做才安全,明白为防止事故发生所必须执行的操作规则,即必须让工人明白在施工过程中哪些是该做的,哪些是不能做的。再就是开展班组的安全学习。班组长应根据工程施工进度的变化和施工环境的改变及班组内的安全动态,组织班组内的人员学习安全知识和安全操作规程,进一步提高每一个组员的安全意识。班组的安全学习宜定期进行,如每周一次。
　　安全技术交底是一项技术性很强的工作,对保证施工安全至关重要。安全技术交底要根据现场的具体情况,强调容易发生安全事故的工程部位,以及防止事故发生的措施。安全技术交底的时间可以分为施工前对整个工程的一次性交底和按施工进度根据现场情况分阶段交底。总之,安全技术交底要及时、细致,要切合现场的情况,切忌无的放矢。
　　4. 5 日常安全检查与监督
　　安全检查是安全生产日常管理的一项重要工作。根据建筑幕墙施工作业点比较分散的特点,工程项目部的负责人和管理人员要经常深入作业现场,对既定的安全技术措施、现场的安全管理制度的执行情况以及对照《建筑施工安全检查标准》JGJ59299 对施工现场人的不安全行为和物的不安全状态进行检查,发现事故隐患,要弄清原因和责任人,并限时整改。还要发动群众进行自检查和互检,以利尽早发现事故隐患,消灭或降低损失。
　　5 结束语
　　综上所述，玻璃墙面（幕墙）采用自然通风设计,不仅可以改善室内环境质量,同时也可以节省能耗。笔者认为,只要严格执行国家有关玻璃幕墙质量控制和安全管理的规范和标准,就能够保证其施工质量。
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　　陈红霞湖南六建装饰设计工程有限责任公司

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