CN104594535B - 组合承载结构单元幕墙 - Google Patents

Abstract

一种组合承载结构单元幕墙，解决了现有框支撑结构体系幕墙存在的高刚度面板未分担风荷载造成的工程造价较高，建筑能耗较大等问题，包括单元板块及将单元板块与建筑主体组装在一起的连接组件，其技术要点是：单元板块采用通过芯材和粘接层将内、外侧面板与带接口的框体复合在一起形成具有蒙皮效应的整体结构，连接组件包括板块内埋件、板块连接件、主体结构连接件、密封胶条以及板块插接定位块或板块插接定位框，主体结构连接件的两端分别与板块连接件和建筑主体结构固定连接。其采用组合承载结构设计，幕墙板块受力更合理，材料利用更充分，在保证建筑安全及装饰效果的基础上，进一步节省材料、降低幕墙工程造价和能耗，满足建筑效果多样化需求。

Description

组合承载结构单元幕墙

技术领域

本发明涉及一种单元幕墙，特别是一种既具备幕墙装饰功能，同时又具有较好的保温性能的组合承载结构单元幕墙。

背景技术

现有幕墙从结构形式上分，多为框支撑结构体系，即面板承受风荷载后传递给支撑框架，利用框架较高的强度及刚度来抵抗风荷载。目前幕墙市场上常见的构件式幕墙、单元式幕墙均属于框支撑结构体系幕墙。框支撑结构体系幕墙有一个弊端，就是要求面板、框架都需要具备一定的强度和刚度。因为在风荷载作用下，面板直接受力，为保证安全及装饰效果，面板在不破坏的前提下其挠度变形也不能过大，所以要求面板必须有较高的强度和刚度。而框架作为面板的支撑件，风荷载会通过面板100%的传递到框架上，使面板与框架同步或近似同步变形。为了保证面板变形在一定范围内，需要框架具有较好的强度和刚度。因此，框支撑结构体系幕墙对面板及框架的规格设计及材料在力学性能方面的要求相对较高，这也使得幕墙工程造价较高，同时幕墙工程的建筑能耗也较大。

专利公告号为CN203856111U的“一种建筑幕墙夹芯板”公开了一种幕墙夹芯板，其技术方案包括：内、外侧均为金属板、内、外侧金属板之间设有芯材，在外侧金属板和内侧金属板的两端设有聚氨酯封边和凸凹匹配的子、母企口。尽管该幕墙夹芯板利用了蒙皮效应，使得该幕墙面板的刚度得以提高，并且具有保温性能，但该结构的幕墙夹芯板并非是一个完整的幕墙系统，而仅仅是幕墙系统中刚度高的面板。在实际应用时，还需为它配备具有较好强度和刚度的框架，才能使之具备一定的抗风压性能，而且该面板依然会把风荷载100%的传递给配套的框架结构，在框架结构方面并没有优越性。该专利公开的这种幕墙面板，依然是一种框支撑幕墙体系，并不会带来多大的实际应用效果，在建筑幕墙经济性方面也没有多大优势。

据专利文献报导，还公开了一些类似结构的幕墙板，如本申请人在先申请的专利公告号为CN102392506B的“一种金属板幕墙结构”，其公开的技术方案包括：竖龙骨、横梁和金属板、弹簧卡夹等。盒盖形状的金属板周边安装弹簧卡夹，此弹簧卡夹与竖龙骨、横梁上的弹簧卡夹相互配合，能实现金属板与竖龙骨及横梁的快速安装。该技术解决了传统金属板幕墙安装费时、费力，板面易污染影响外观等问题，是一种安装简便、外观清洁幕墙板的技术方案。但该幕墙板结构仍存在有待克服的问题，如在保证金属板、竖龙骨及横梁的刚度前提下，如何有效降低成本、提高幕墙的保温性能的问题等。该结构由于金属板与竖龙骨、横梁通过弹簧卡夹连接在一起，在风荷载作用下，金属板会将所受的风荷载100%的传递给竖龙骨、横梁。此刚度良好的金属板并未替竖龙骨、横梁分担任何风荷载，所以在经济性上略有不足。另外，由于金属是热的良导体，所以该幕墙板在保温性能上也有欠缺。专利公告号为CN203878830U的“一种保温装饰围护一体化外用幕墙板”，其公开的技术要点是：包括四周设置卡槽的金属边框，带有内饰板的装饰面板及注入内饰板间的轻质高强的保温芯材等。该幕墙板虽然解决了保温装饰围护一体化的问题，但也存在一些工程技术上的应用问题。首先，该边框上设有吊装螺母，安装时，边框需要具有较高强度和刚度来克服板块自重，使该金属边框在成本上就不具备经济性。其次，该芯材选用的是强度不低于0.7Mpa、密度小于350kg/m³的材料。根据其实施方式披露的信息，该芯材可以是发泡水泥、聚苯胶粉颗粒发泡水泥等，而这些能满足其强度要求的保温材料，在建筑保温材料中就算不上轻质材料了。由于该幕墙板中芯材的体量是最大的，这就使得该幕墙板自重过大，对边框的强度、刚度要求更高，所以其经济性也更差。再次，幕墙板并非独立的建筑结构构件，幕墙不能分担建筑主体的载荷，就必须与建筑主体进行可靠连接，并且相对建筑主体应具有一定平面内的变形能力。因其并未披露相关信息，故此技术存在工程应用上的不足。专利公告号为CN203867020U的“一种保温装饰金属幕墙板”，公开的幕墙板包括内、外金属装饰板，设置两板间的筋板和填充保温材料，在内、外金属装饰板的两端有固定筋板的连接板，连接板上设置预埋件。这种金属幕墙板存在的缺陷是：该幕墙是传统框支撑幕墙的一个变种，幕墙承受的风荷载会通过金属面板100%的作用在筋板上。该结构需要面板及筋板都要有较好的强度及刚度，而具有较好强度刚度的面板仅仅起到装饰及荷载传递作用，并未分担主受力构件——筋板所受荷载，面板存在性能浪费现象。另外，从其披露的技术信息来看，该幕墙板的主受力构件为筋板，而在工程应用时该金属幕墙板是上下两端支撑，其筋板上固定的波纹板是横向而非竖向布置的，这样并不会提高筋板的抗弯性能。况且幕墙在工程实际中竖向跨度一般较大，所以对筋板的竖向抗弯性能要求较高，若想满足实际应用的需求，其规格一定会较大，不符合建筑经济性要求。最后，作为幕墙来说，是一定要具备相对主体结构有一定位移能力的，可在该专利披露的信息中并没有相关记载，所以该技术存在实际应用上的缺陷。公开号为CN103410244A的“保温装饰一体化集成墙体及制造方法”，记载的墙体包括主饰面复合板和次饰面复合板，主饰面复合板和次饰面复合板分别固定在承载龙骨的两侧，相邻主饰面复合板之间通过连接件固定，连接件固定在承载龙骨上，而承载龙骨固定在建筑主体结构上。此技术方案在原理上与本申请人在先专利“一种金属板幕墙结构”相类似，都是框支撑幕墙的一种形式，其弊端依然是墙体未替承载龙骨分担任何风荷载的问题。上述技术方案的主、次饰面复合板仅仅起装饰作用，其主受力构件为承载龙骨。由于主次饰面复合板并不为承载龙骨分担荷载，所以要求承载龙骨具有较好的刚度。此结论从其要求承载龙骨间距为600 mm ～1000mm也可以证实。而我们知道一般建筑幕墙的竖龙骨间距一般都在1000mm～1200mm之间。由于其龙骨数量增多，不但导致龙骨成本增加，同时使得龙骨与建筑主体结构连接的组件数量也增加，所以其技术方案的经济性并不好。另外该技术使用复合板作为内外装饰面板，虽然其具备了保温性能，但经济性就丧失了。尽管复合板的强度和刚度性能都较好，但在此技术方案中并未发挥出分担任何风荷载的优势出来。

综上所述，现有的框支撑结构体系幕墙中，面板是具有较好的强度和刚度的，但面板并没有为框架分担风荷载，在该体系幕墙中，风载荷会通过面板100%的作用在框架上，而框架通过连接件将该荷载传递到建筑主体结构上。这就极大的浪费了面板良好的强度和刚度。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合承载结构单元幕墙，解决了现有框支撑结构体系幕墙存在的高刚度面板未分担风荷载造成的工程造价较高，建筑能耗较大等问题，其采用组合承载结构设计，幕墙板块受力更合理，材料利用更充分，在保证建筑安全及装饰效果的基础上，进一步节省材料、降低幕墙工程造价和能耗，满足建筑效果多样化需求。

本发明所采用的技术方案是：该组合承载结构单元幕墙包括单元板块及将单元板块与建筑主体组装在一起的连接组件，其技术要点是：所述单元板块采用通过芯材和粘接层将内、外侧面板与带接口的框体复合在一起形成具有蒙皮效应的整体结构，连接组件包括板块内埋件、板块连接件、主体结构连接件、密封胶条以及板块插接定位块或板块插接定位框，板块内埋件由芯材埋件和框转接件两部分组成，框转接件与框体固定连接在一起，预埋在板块芯材中的芯材埋件与框转接件固定连接在一起，芯材埋件通过紧固件与内侧面板及板块连接件固定连接在一起，固定在单元板块室内侧的板块连接件与主体结构连接件的一端固定连接，主体结构连接件的另一端与建筑主体结构固定连接。

相邻单元板块间利用所述板块插接定位块拼接在一起，或利用板块插接定位框拼接在一起，或利用对接连接型拼接在一起。

所述板块连接件通过紧固件和板块内埋件固定在单元板块的上部，构成挂接式单元板块或板块连接件通过紧固件和板块内埋件固定在单元板块的下部，构成座接式单元板块。

与所述挂接式单元板块的板块连接件固定连接的主体结构连接件，固定连接在建筑主体结构反梁的前侧面。

与所述挂接式单元板块的板块连接件固定连接的主体结构连接件，固定连接在建筑主体结构楼板的底面。

与所述座接式单元板块的板块连接件固定连接的主体结构连接件，固定连接在建筑主体结构反梁的顶面。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明的单元板块是采用通过芯材和粘接层将内、外侧面板与带接口的框体复合在一起形成具有蒙皮效应的整体结构，在芯材内部预埋的板块内埋件，框转接件与框体固定连接在一起，预埋在板块芯材中的芯材埋件与框转接件固定连接在一起，芯材埋件通过紧固件与内侧面板及板块连接件固定连接在一起，所以板块内埋件不仅与芯材进行柔性连接，而且与框体进行刚性连接，起到分别承担荷载的作用。因此，荷载传递如图11所示被分配到两条路径：其一是内、外面板-芯材-框体-板内埋件-板块连接件-主体结构连接件-建筑主体；其二是内、外面板-芯材-板内埋件-板块连接件-主体结构连接件-建筑主体。这样就使构成的组合承载结构单元幕墙受力体系发生了实质性的变化，即荷载沿两条路径传递，每条传递路径实际传递到的荷载都小于外部施加的荷载，实现了荷载的分别承担，使幕墙板块的受力分布更合理，可以充分利用材料的力学性能，材料得到更充分的利用。因其已经不再属于框支撑结构体系幕墙，而是一种全新的组合承载结构的单元幕墙，故不但具备幕墙的装饰功能，同时具有较好的保温性能，可取消常规幕墙应用时主体结构外侧的保温工程。与同类产品相比，在同等荷载条件下，对内、外侧面板、框体的承载要求更低，在保证建筑安全及装饰效果的基础上，既进一步节省了材料，极大的降低了幕墙工程造价和建筑能耗，又能实现各种装饰效果，满足建筑效果多样化的需求。

本发明与传统框支撑结构体系幕墙相比，利用芯材和粘接层将内、外侧面板与带接口的框体复合在一起形成的具有蒙皮效应整体结构的单元板块，分别承担了荷载，在一定程度上降低了框体所受的荷载，明显降低了幕墙对面板及框体的力学性能要求，充分发挥了面板的作用，形成面板、框体共同分担风荷载的组合承载结构的单元幕墙。因此，本发明从根本上解决了现有框支撑结构体系幕墙存在的高刚度面板未分担风荷载，材料性能浪费和由此造成的工程造价较高，建筑能耗较大等问题，这也是本发明所解决的最主要问题。

实验结果表明：在建筑幕墙厚度同为140mm、挠度变形在许用变形范围内（2.8m的跨度条件下，其允许最大挠度变形约为12mm），上述组合承载结构单元幕墙可承受的最大风荷载可达到7000Pa，而普通框支撑幕墙可承受的最大风荷载约为1500Pa。因此，本发明的承载能力大大提高，效果极为明显。而在同等荷载条件下（如7000Pa的风荷载条件），在同等许用变形范围内，这种组合承载结构单元幕墙的厚度仅需140mm，而普通框支撑幕墙的厚度需要达到210mm。由此可见，在实际工程应用时，本发明的组合承载结构单元幕墙可以设计的更轻薄、更经济，能进一步降低工程造价、减少建筑能耗。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种挂接式单元板块结构示意图；

图2是图1沿A－A线的剖视图；

图3是图1沿B－B线的剖视图；

图4是本发明的一种座接式单元板块结构示意图；

图5是一种相邻单元板块间的插接定位块拼接结构示意图；

图6是一种相邻单元板块间的插接定位框拼接结构示意图；

图7是一种相邻单元板块间的对接连接框拼接结构示意图；

图8是一种挂接式单元板块与建筑主体结构反梁侧接的结构示意图；

图9是一种挂接式单元板块与建筑主体结构楼板底接的结构示意图；

图10是一种座接式单元板块与建筑主体结构反梁顶接的结构示意图；

图11是本发明的一种荷载传递路径示意图。

图中序号说明：1框体、2外侧面板、3粘接层、4芯材、5内侧面板、6板块连接件、7芯材埋件、8框转接件、9主体结构连接件、10密封胶条、11板块插接定位块、12板块插接定位框、13封边型材、14对接连接型材。

具体实施方式

根据图1～11详细说明本发明的具体结构。该组合承载结构单元幕墙包括单元板块及将单元板块与建筑主体组装在一起的连接组件等。其中单元板块采用通过芯材4和粘接层3将内侧面板5、外侧面板2与带接口的框体1复合在一起形成具有蒙皮效应的整体结构。连接组件包括板块内埋件、板块连接件6、主体结构连接件9、密封胶条10以及板块插接定位块11或板块插接定位框12等件。并可根据密封性要求增加特殊断面的封边型材13，来实现板块拼接缝的密封（如图6所示）。各种形状的密封胶条10主要用于单元板块和连接组件中各件连接的密封。这种组合承载结构单元幕墙的安装方式与现有单元式幕墙相类似，既可以采用挂接式单元板块的结构形式安装（如图1所示），也可以采用座接式单元板块的结构形式安装（如图4所示）。其中板块连接件6可以根据实际使用要求，通过紧固件和板块内埋件固定在单元板块的上部，即构成挂接式单元板块。板块连接件6还可以通过紧固件和板块内埋件固定在单元板块的下部，即构成座接式单元板块。

单元板块可根据幕墙工程需要，决定其具体的规格尺寸。单元板块中的内侧面板5、外侧面板2可以采用水泥纤维板、玻璃、钢板、铝板、玻镁板等各种板材，并可以根据建筑装饰的需要进行各种表面装饰处理。

单元板块中的芯材4可采用具有一定强度的轻质材料制成，如岩棉、硬泡聚氨酯、发泡水泥、泡沫混凝土、EPS苯板、XPS挤塑板等。芯材可为单一材料，也可为几种芯材材质的组合。芯材4的厚度将直接决定单元板块的厚度，进而决定着单元板块的保温性能及力学性能，在工程应用中应根据保温要求及结构安全性要求合理选择。

单元板块中的框体1可以采用具有一定强度和刚度的框式金属型材或无机型材，如冷弯薄壁型钢、铝型材、挤出混凝土型材、玻镁板型材等。对于空心型材，还可根据结构计算需要，视情况在空心型材空腔内填充芯材，以提高框体1的刚度及稳定性。

单元板块中的板块内埋件由两部分组成，分别为芯材埋件7、框转接件8，这两部分可由高强度的金属制成，采用钢材、铝材或其它材质。框转接件8与框体1通过紧固件或其它连接方式可靠的固定连接在一起，而芯材埋件7预埋在板块芯材4中。芯材埋件7与框转接件8通过紧固件或其它连接方式固定连接在一起，芯材埋件7通过紧固件与内侧面板5及板块连接件6固定连接在一起，为幕墙单元板块安装提供安装固定点。

单元板块中的粘接层3可以由具有一定耐候性的有机粘接剂或无机粘接剂构成。粘接层3主要用于粘接芯材4与内、外侧面板5、2，粘接芯材4与框体1，如图2、3、5所示。当框体1与内、外侧面板5、2接触时，则粘接层3用于粘接内、外侧面板5、2与框体1。当芯材4自身有粘接性能时（如硬泡聚氨酯），芯材4与内、外侧面板5、2及框体1的粘接可利用芯材4自身粘接，而不再用粘接层3。

连接组件中的板块连接件6可由高强度的金属制成，采用钢材或铝材。该板块连接件6牢固的安装在单元板块上，并通过紧固件与板块内埋件固定连接在一起。板块连接件6通过紧固件固定在单元板块的室内侧。

连接组件中的主体结构连接件9可由高强度的金属制成，采用钢材或铝材。该件牢固的安装在建筑主体结构上，为单元板块提供安装固定点。主体结构连接件9的一端与板块连接件6固定连接，主体结构连接件9的另一端可根据建筑主体结构的楼板下是否有反梁，选择固定连接在楼板上或者反梁上。

板块连接件6与主体结构连接件9相互配合，并通过紧固件可靠固定在一起，以满足幕墙单元板块安装时对强度、平面内位移能力等性能的要求。

该组合承载结构单元幕墙的相邻单元板块间可以利用板块插接定位块11和密封胶条10拼接在一起（如图5所示），可以利用插接定位框12和密封胶条10以及封边型材13拼接在一起（如图6所示），也可以利用对接连接型材14和密封胶条10拼接在一起（如图7所示），以满足单元幕墙对气密性、水密性要求及结构安全性要求。当然，还可采用更多组件的合理组合，比如采用耐候密封胶替代密封胶条10等。

安装组合承载结构单元幕墙时，先将单元板块按设计要求制成挂接式结构或座接式结构，再把相邻单元板块拼接，最后通过紧固件，将固定连接在挂接式单元板块上的板块连接件6与固定连接在建筑主体结构反梁前侧面上的主体结构连接件9紧固在一起，如图8所示。按同样的安装方式，将固定连接在挂接式单元板块上的板块连接件6与固定连接在建筑主体结构楼板底面的主体结构连接件9紧固在一起，如图9所示。将固定连接在座接式单元板块上的板块连接件6与固定连接在建筑主体结构反梁顶面的主体结构连接件9紧固在一起，如图10所示。

Claims (6)

1.一种组合承载结构单元幕墙，包括单元板块及将单元板块与建筑主体组装在一起的连接组件，其特征在于：所述单元板块采用通过芯材和粘接层将内、外侧面板与带接口的框体复合在一起形成具有蒙皮效应的整体结构；连接组件包括板块内埋件、板块连接件、主体结构连接件、密封胶条以及板块插接定位块或板块插接定位框；板块内埋件由芯材埋件和框转接件两部分组成，框转接件与框体固定连接在一起，预埋在板块芯材中的芯材埋件与框转接件固定连接在一起，芯材埋件通过紧固件与内侧面板及板块连接件固定连接在一起，固定在单元板块室内侧的板块连接件与主体结构连接件的一端固定连接，主体结构连接件的另一端与建筑主体结构固定连接。

2.根据权利要求1所述的组合承载结构单元幕墙，其特征在于：相邻单元板块间利用所述板块插接定位块拼接在一起，或利用板块插接定位框拼接在一起，或利用对接连接型材拼接在一起。

3.根据权利要求1所述的组合承载结构单元幕墙，其特征在于：所述板块连接件通过紧固件和板块内埋件固定在单元板块的上部，构成挂接式单元板块或板块连接件通过紧固件和板块内埋件固定在单元板块的下部，构成座接式单元板块。

4.根据权利要求3所述的组合承载结构单元幕墙，其特征在于：与所述挂接式单元板块的板块连接件固定连接的主体结构连接件，固定连接在建筑主体结构反梁的前侧面。

5.根据权利要求3所述的组合承载结构单元幕墙，其特征在于：与所述挂接式单元板块的板块连接件固定连接的主体结构连接件，固定连接在建筑主体结构楼板的底面。

6.根据权利要求3所述的组合承载结构单元幕墙，其特征在于：与所述座接式单元板块的板块连接件固定连接的主体结构连接件，固定连接在建筑主体结构反梁的顶面。