7．7 幕墙构造

现代高层建筑及大型公共建筑外墙面积大约相当于总建筑面积的30％～40％，施工量大，且高空作业，故难度大，建筑速度缓慢；同时出于美观要求，耐久性要求和减轻建筑物自重等因素的考虑，外墙已走上了采取标准化，定型化，预制装配等构造方式，多采用轻质薄壁和高档饰面材料，幕墙就是其中的主要一种。

幕墙是悬挂于骨架结构上的外围护墙，除承受风荷载外，不承受其他外来荷载，并通过连接固定体系将其自重和风荷载传递给骨架结构。 且控制着光线、空气、热量等的内外交流，幕墙按材料区分为轻质幕墙和重质幕墙。 轻质幕墙有金属板材幕墙，纤维水泥板幕墙，复合板材幕墙和玻璃幕墙，轻质混凝土悬挂板墙等。 重质幕墙有钢筋混凝土外挂墙板等。

7．7．1 金属板材幕墙

用于幕墙的金属板有铝合金、不锈钢、搪瓷、涂层钢或铜等薄板。 其中以铝合金和涂层薄钢板使用较为广泛，由于幕墙的大面积金属薄板不易平整挺直，须经过特殊的加工和处理。 目前经过加工后的铝合金板作为面层的幕墙有以下几种：

（1）压型铝板幕墙

采用专用的模具压制，使单层铝合金板成为立体几何形或瓦楞形组装式幕墙单元，安装上玻璃窗，并在窗肚或窗间墙处内部敷设防火材料、保温层和内饰面层（如图7．65）。

（2）复合铝板和纯铝合金板幕墙

复合铝板也称铝塑板，由两层0．5mm厚的铝板内夹以低密度的聚乙烯树脂，表面覆盖氟碳酸树脂涂料，用于幕墙的复合铝板总厚为4～6mm；宽度有1．00m、1．25m和1．50m三种，因厚度而定，长度小于4．5m，再长可定制。 复合铝板的断面两硬一软，既能防止平面的曲折变形，又便于弯成各种立面设计所要求的曲折面。 四周边框折边是提高其强度的主要措施。板的表面光洁、色彩变化多、防污易洗、防火无毒，加工、安装和保养均较方便，是墙面装饰中采用较为广泛的一种。

纯铝合金板厚3mm，构造做法同上，也是目前金属铝板幕墙较常见的形式。

（3）蜂窝复合铝板幕墙和加肋铝板幕墙

蜂窝复合铝板用两张厚为1．2～1．5mm的铝合金板中间夹一层6～15mm高的蜂窝形铝箔用特殊的胶合工艺制成。 能较好地保证外墙面的平整度，适用于外墙大面积实墙面的幕墙。

加肋铝板是由2．5～3mm厚的单层铝合金板背面用焊埋螺钉来连接固定筋肋骨架，使得大面积的铝板增加了刚度并较好地保证了平整度和表面装饰面层，同时还可将铝板弯成所要求的各种形状的幕墙。

7．7．2 石板材幕墙

主要采用天然花岗岩石做面料的幕墙，背后为金属支撑架。 花岗石色彩丰富，质地均匀，强度及抗拒大气污染等各方面性能较佳，因此深受欢迎。 用于高层的石板幕墙，板厚一般为30mm，分格不宜过大，一般不超过900 mm×900 mm。 它的最大允许挠度限定在长度的1／2000～1／1500，所以支撑架设计须经过结构精确计算，以确保石板幕墙质量安全可靠（如图7．66）

7．7．3 轻质混凝土板材悬挂墙

多数采用在工厂预制的单元式轻混凝土墙板，运到工地进行安装。 单元式墙板一般与前述大型板材的外墙板类同，其与楼板的结合方式有上承式和下承式两种；上承式悬挂在上部楼板上，下部只要一般的拉接（如图7．67b、d）；下承式搁置在下部楼板，上部拉接（如图7．67a、c）。

7．7．4 玻璃幕墙

（1）玻璃幕墙的优点及问题

玻璃幕墙是当代的一种新型墙体，它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯照的变化给人以动态的美。 玻璃幕墙不仅装饰效果好，而且质量轻，安装速度快，是外墙轻型化、装配化较理想的形式。 但由于光反射，在建筑密集区造成光污染，不节能等在诸多方面存在不足，在设计时应充分考虑环境条件。 玻璃幕墙在世界上已有40余年的历史，进入20世纪70年代，随着高层建筑的发展，在世界各大洲的主要城市均建有宏伟华丽的玻璃幕墙建筑。如芝加哥石油大厦、西尔斯大厦都采用了玻璃幕墙，香港中国银行大厦、北京长城饭店和上海联宜大厦也相继采用。

（2）玻璃幕墙类型

玻璃幕墙以其构造方式分为有框和无框两类。 有框玻璃幕墙以金属型材为边框，以玻璃为外复面，轻质块材或板材为内衬墙，中间填以保温隔热材料。 无框玻璃幕墙则不设边框，以高强粘结胶将玻璃连接成整片墙。 无框幕墙不如有框幕墙使用普遍。 近年来又出现了隐框玻璃幕墙，即框隐藏在玻璃背面，室外看不见框。 隐框幕墙又可分为全隐和半隐两种，即只露横框或竖框。

玻璃幕墙以施工方法分为现场组装（分件式幕墙）和预制装配（板块式幕墙）两种。 有框玻璃幕墙可现场组装，也可预制装配，无框玻璃幕墙则只能现场组装。

（3）分件式玻璃幕墙构造

分件式玻璃幕墙是在施工现场将金属边框、玻璃、填充层和内衬墙，以一定顺序进行组装。玻璃幕墙通过边框把自重和风荷载传递到主体结构，有两种方式：通过垂直方向的竖梃或通过水平方向的横档。 采用后一种方式时，需将横档支搁在主体结构立柱上，由于横档跨度不宜过大，要求框架结构立柱间距也不能太大，所以实际工程中并不多见，而多采用前一种方式，如图7．68所示。

分件式组装的玻璃幕墙与预制装配的板块式幕墙在安装精度上要求不高，但施工速度较慢。 这种幕墙目前在国内应用较广。 现就金属边框、玻璃、填充层、内衬墙等构造分别加以介绍。

1）金属框的断面与连接方式

金属边框可用铝合金、铜合金、不锈钢等型材做成。 铝合金型材易加工、外表美观、耐久、质轻、是玻璃幕墙较理想的边框材料。 铝型材有实腹和空腹两种。 空腹节约材料、刚度好、对抗风有利；竖梃和横档的断面形状根据受力、框料连接方式、玻璃安装固定、幕墙凝结水的排除等因素确定。 各个生产厂家的产品系列各不相同，图7．73是国内一些玻璃幕墙所采用的边框型材断面取例。 为了便于安装和更换玻璃，常常由两块甚至三块型材组合成一根竖梃或一根横档，如图7．69（b）、（c）、（d）分别由三块和两块型材咬合，构成所需要的断面形状。

竖梃通过连接件固定在楼板上，连接件的设计与安装，要考虑竖梃能在上下左右前后六个方向均可调节移动，所以连接件上的所有螺栓孔都设计成椭圆形的长孔。 图7．70是几种不同的连接件示例。 连接件可以置于楼板的上表面、侧面和下表面，一般情况是置于楼板上表面，便于操作，故采用得较多。 竖梃和楼板之间的间隙一般为100mm左右。

竖梃和楼板通过角形铝铸件连接。 角铝与竖梃、角铝与横档均用螺钉固定，如图7．71 （a）。 上下竖梃之间通过一个内衬套管连接牢固，上下竖梃之间应留15～20mm的胀缩缝隙，并用密封胶堵严。 图7．71（b）表示出竖梃与竖梃的连接、竖梃与楼板的连接关系。

2）玻璃的选择与镶嵌

玻璃幕墙应选择热工性能好，抗冲击能力强的玻璃，通常有钢化玻璃、吸热玻璃、镜面反射玻璃、中空玻璃等。

吸热玻璃是在透明玻璃生产时，在原料中加入极微量的金属氧化物，便成了带颜色的吸热玻璃，它的特点是能使可见光透过而限制带热量的红外线通过，由于其价格适中，热工效果好，故采用较多。

镜面玻璃是在透明玻璃、钢化玻璃、吸热玻璃一侧涂上反射膜，通过反射太阳光的热辐射而达到隔热目的。 镜面玻璃能映照附近景物，随景色变化而产生不同的立面效果。

中空玻璃系将两片以上的平板透明玻璃、钢化玻璃、吸热玻璃等与边框焊接、胶结或溶接密封而成。 玻璃之间有一定距离，常为6～12mm，形成干燥空气间层，以取得隔热和保温效果。 热工性能、隔声效果较吸热玻璃、镜面玻璃更佳，如在玻璃空隙中充以各种漫射光材料或电介质，则可获得更好的声控、光控、隔热效果。 同样为6mm的平板玻璃、蓝色吸热玻璃、蓝色镜面玻璃，其反射热量分别为16．1％、31．1％和49．8％。

玻璃镶嵌在金属框上必须保证接缝处的防水，根据对已建成的玻璃幕墙的调查，其渗水的关键部位是玻璃与金属结合缝处。 暴露在大气的幕墙结构，由于受热、风和其他应力的影响，容易变形，同时，嵌固玻璃的金属框和玻璃，在热作用下因膨胀系数不同产生剪切应力，使接头错动以及密封层受拉超过弹性限度而失去密封作用，因此，接缝构造设计必须综合考虑各种因素，以适应不同情况的要求。

接缝构造目前国内外采用的方式有三层构造层，即密封层、密封衬垫层、空腔，如图7．72所示。

密封层是接缝防水的重要屏障，它应具有很好的防渗性、防老化性、无腐蚀性，并具有保持弹性的能力，以适应结构变形和温度伸缩引起的移动。 密封层有现注式和成型式两种，现注式接缝严密，密封性好，采用较广，上海联谊大厦、深圳国贸大厦均采用现注式。 成型式密封层是将密封材料在工厂挤压成一定形状后嵌入缝中，施工简便，如长城饭店采用氯丁橡胶成型条作密封层。 目前密封材料主要有硅酮橡胶封缝料和聚硫橡胶密封料。

密封衬垫，它具有隔离层作用，使密封层与金属框底部脱开，减少由于金属框变形引起密封层变形。 密封衬垫常为成型式。 根据它的作用，要求密封衬垫应以合成橡胶等粘合性不大而延伸性好的材料为佳。

玻璃是由垫块支撑在金属框内，玻璃与金属框之间形成空腔。 空腔可防止挤入缝内的雨水因毛细现象进入室内。 图7．73为玻璃镶嵌在金属框中的节点详图。

3）立面划分

玻璃幕墙的立面划分系指竖梃和横档组成的框格形状和大小的确定。 立面划分与幕墙使用的材料规格、风荷载大小、室内装修要求、建筑立面造型等因素密切相关。 图7．74是分件式玻璃幕墙立面划分的几种分格方式。

幕墙框格的大小必须考虑玻璃的规格，太大的框格容易造成玻璃破碎。 竖梃是分件式玻璃幕墙的主要受力杆件，竖梃间距应根据其断面大小和风荷载确定。

风荷载是玻璃幕墙的主要荷载，一般不仅做正风向力计算，对高层建筑还应该作负风向力（吸力）计算。 后者易被忽略但却是最危险的，刮台风时，许多玻璃是被吹离建筑物而不是吹进建筑物。

风荷载的选取视地区、气候和建筑物的高度而定。 我国一般地区100m以下的高层建筑承受1．97k Pa的风压，沿海地区为2．60k Pa，而台湾、海南地区则可达4．90k Pa。 通常竖梃间距不宜超过1．5m。

横档的间距除了考虑玻璃的规格外，更重要的是如何与开启窗位置、室内吊顶棚位置相协调。 一般情况下，窗台处和吊顶棚标高处均宜设一根横档，这样可使窗台与幕墙、吊顶棚与幕墙的连接更方便。 在一个楼层高度（H）范围内平均出现两根横档，它们之间的间距视室内开窗面积大小、窗台高低、顶棚位置、立面造型等因素而定。 横档间距一般不宜超过2～3m。

4）玻璃幕墙的内衬墙和细部构造

由于建筑造型需要，玻璃幕墙建筑常常设计成面积很大的整片玻璃墙面，这给建筑功能带来一系列问题。 大多数情况下，室内不希望用这么大的玻璃面来采光通风，加之玻璃的热工性能差，大片玻璃墙面难以达到保温隔热要求。 幕墙与楼板和柱子之间均有缝隙，这对防火、隔声均不利，这些缝隙成为左右相邻房间、上下楼层之间噪声传播的通路和火灾蔓延的突破口。因此，在玻璃幕墙背面一般要另设一道内衬墙，以改善玻璃幕墙的热工性能和隔声性能。 内衬墙也是内墙面装修不可缺少的组成部分。

内衬墙可按隔墙构造方式设置，通常用轻质块材做成砌块墙，或在金属骨架外装钉饰面板材做成轻骨架板材墙。 内衬墙一般支搁在楼板上，并与玻璃幕墙之间形成一道空气间层。

为解决幕墙的保温隔热问题，可用玻璃棉、矿棉一类轻质保温材料填充在内衬墙与幕墙之间，如果再加铺一层铝箔则隔热效果更加。 为了防火和隔声必须用耐火极限不低于1h的绝缘材料将幕墙与楼板、幕墙与立柱之间的间隙堵严，如图7．75（a）。 当建筑设计不考虑设衬墙时，可在每层楼板外沿设置耐火极限≥1h，高度≥0．8m的实体墙裙。

由于玻璃幕墙的保温性能差，在玻璃、铝框、内衬墙和楼板外侧等处，在寒冷天气会出现凝结水。因此，要设法将这些凝结水及时排走，可将幕墙的横档做成排水沟槽，并设滴水孔，如图7．75 （b）。此外，还应在楼板侧壁设一道铝制披水板，把凝结水引导至横档中排走，如图7．75（a）。

（4）板块式玻璃幕墙构造

这是一种工厂预制组合系统，铝型材加工、墙框组合、镶装玻璃、嵌条密封等工序都在工厂进行，使玻璃幕墙的产品标准化、生产自动化，最重要的是容易严格控制质量。 预制组合好的幕墙板，运到现场直接与建筑结构连接而成。 为便于安装，板的规格应与结构相一致。 当幕墙板悬挂在楼板或梁上时，板的高度为层高。 若与柱连接，板的宽度为一个柱距。 图7．76为板块式玻璃幕墙。

1）幕墙定型单元

板块式玻璃幕墙在工厂将玻璃、铝框、保温隔热材料组装成一块块的幕墙定型单元，每一单元一般由3～8块玻璃组成，每块玻璃宽不宜超过1．5m，高不宜超过3m。 图7．77为幕墙定型单元示例，由于高层建筑大多用空调来调节室内气候，故定型单元的大多数是固定的，只有少数玻璃扇开启。 开启方式多用上悬窗或推拉窗，开启扇的大小和位置根据室内布置要求确定。

2）幕墙立面划分

幕墙定型单元在建筑立面上的布置方式称为立面划分。 分件式幕墙的立面常以竖梃拉通为特征，而板块式幕墙在大多数情况下采用竖缝和横缝各自拉通形成方格形立面，有时也可采取将竖缝错开而横缝拉通的布置形式。 通常每块定型单元的高度等于楼层高度，每块定型单元的宽度视运输安装条件确定，一般为3～4m。 进行立面划分时，上下墙板的接缝（横缝）略高于楼面标高（200～300mm），以便安装时进行墙板固定和板缝密封操作，左右两块幕墙板之间的垂直缝宜与框架柱错开。 所以幕墙板的竖缝和横缝应分别与结构骨架的柱中心线和楼板梁错开，如图7．78所示。

3）幕墙板的安装与固定

幕墙板与主体结构的梁或板的连接应达到完全柔性连接的要求，以起到防震作用和适应结构变形。 图7．79表示幕墙板与框架梁的连接详图，先在幕墙板背面装上一根镀锌方钢管（俗称铁扁担，图7．79中立面图虚线所示），幕墙板通过这根铁扁担支搁在角形钢牛腿上。 为了防止振动，幕墙板与牛腿接触处均垫上防振橡胶垫。 当幕墙板就位找正后，随即用螺栓将铁扁担固定在牛腿上，而牛腿是通过预埋槽铁与框架梁相连的。

4）幕墙板之间的接缝构造

幕墙板之间都留有一定空隙（20～30mm），这个空隙，用V形和W形胶条封闭。 胶条两侧有嵌槽，将其塞入槽内。 遇有垂直和水平接口时，用一种专用电加热焊胶条，将胶条焊成一整体。 塞圆形胶棍时，为润滑，可用喷壶在胶条上喷硅油（冬期）或洗衣粉水（夏季）作为润滑剂。 全部塞胶条和焊接口的工作基本上是在室内进行的，如图7．80所示。

（5）无框式玻璃幕墙构造

这种玻璃幕墙在视线范围不出现铝合金框料，对玻璃幕墙观赏提供了无遮挡的透明墙面，为增强玻璃刚度，每隔一定距离用条形玻璃板作为加强肋板，玻璃板加强肋垂直于玻璃幕墙表面设置。 因其设置的位置如板的肋一样，又称为肋玻璃，玻璃幕墙称为面玻璃，如图7．81所示。 图7．81（a）是肋玻璃布置在面玻璃的两侧；（b）是肋玻璃布置在面玻璃的单侧；（c）是肋玻璃穿过面玻璃，肋玻璃呈一整块而设在两侧。

此种类型的玻璃幕墙所使用的玻璃多为钢化玻璃和夹层钢化玻璃。 单块面积的玻璃幕墙，由于使用要求，往往面积较大，否则就失去了这种玻璃幕墙的特点。 如何确定玻璃的厚度、单块面积的大小、肋玻璃的宽度及厚度，这些均应经过计算，在强度及刚度方面，应满足最大风压情况下的使用要求。 表7．18是日本东京“ASAHI”玻璃公司的玻璃厚度选择表。 现摘抄如下，以供参考。

玻璃的固定有三种方式，如图7．82所示。

①用悬吊的吊钩，将肋玻璃及面玻璃固定。 这种方式多用于高度较大的单块玻璃，如图7．82（a）所示。

②用特殊型材，在玻璃的上部将玻璃固定。 室内的玻璃隔断多用这种方式，如图7．82（b）所示。

③不用肋玻璃，而是用金属竖框来加强面玻璃的刚度，如图7．82（c）所示。

图7．82（a）中固定的构造节点如图7．83所示；吊钩悬吊的如图7．84所示。

面玻璃与肋玻璃相交部位宜留出一定的间隙。 间隙用硅酮系列密封胶注满。 间隙尺寸可根据玻璃的厚度而略有不同，具体详细的尺寸如图7．85。

近年来为了使建筑物外观更加流畅，避免“冷桥”，减少铝型材的温度应力，而出现了隐框式玻璃幕墙，即采用结构硅胶镶嵌玻璃法，这样就不用铝型材箍住玻璃，而是用结构硅胶将玻璃粘贴到型材上，型材完全不外露，这种硅胶可承受9．8k Pa的负风压力而不使玻璃脱离型材。 此粘结强度已远远超过设计风压的要求。