空腔式铝框石材幕墙结构原理及其计算方法
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空腔式铝框石材幕墙结构
原理及其计算方法
刘志雄
（天津大学，天津３００００１）
摘要：本文简明阐述了空腔式铝框石材幕墙结构及其分类，提出了单元式及元件式空腔铝框石材幕墙
常用计算方法及相关原理。
关键词：空腔式幕墙压力平衡等压原理气室
随着近年来人们对建筑幕墙的节能和环保要求的 等压，等压不是因为外层表面之间接缝密封不严形成 日益提高，空腔式铝框石材幕墙由于具有良好节能和 的，而是有目的地留一些缝隙来形成的。通过在外层 隔音性能，有利于大厦的节能和环保，具有广阔的发 表面之后形成气室并连通到外侧空气。此后，使阵风 展前景。本文将扼要介绍空腔式铝框石材幕墙结构及 产生的在外层表面上的两侧的气压波动都将相等，从
常用设计计算方法。
而来达到两侧的压力差平衡，这种方法就是所谓的等
１等压平衡原理及等压设计方法研究 压平衡原理。
１．１等压平衡原理的概念
１．２等压设计思路及过程
空气流作用在幕墙体表面时，或者由于墙体凹陷
在进行等压设计必须记住的基本要求是：空腔的
部分间的对流而产生的，当在缝隙的一侧的压力大于 气室内的压力在所有的外部开口处和所有的时间内至 另一侧的压力时会产生风压差，这个压力差甚至可能 少应该和开口处的户外压力一样高。很明显，如果其 是由很温和的风产生的。正是由于压力差的存在，无 压力较低，水密和气密性能将受到影响，如建筑物的
论这个压差多少，幕墙的保温抗渗等物理性能都会受 正面越大或越高这种变化会越小；地面附近的负压要 到影响。控制它的传统方法是试图通过严密的密封来 比中等高度的建筑物的顶部小得多；在建筑物正面的 消除所有的缝隙，但是更有效且更可靠的方法是消除 中心附近的负压通常要比拐角附近的负压大得多，幕 缝隙两侧的压力差使两边的压力相等。最基本的要求 墙组件（
如主梁），包柱甚至水平横料对压力的“微 是在幕墙外层表面的背后形成一个气室，在这个气室 观型态”都有很大的影响。在大多数的风力条件下在
内的空气压力至少应该在所有各点和所有时间内和户 这些空腔组件的一面承受正压，而另一面承受负压。 外相对应的空气压力一样高，在外层表面的两侧形成 因此，在主梁之间的水平横料一端承受压力，另一端
则承受吸力，有必要提供这样一些可变的和未知的因
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素，在很大程度上，这些因素会使幕墙外表面之后的
．
２６． 《石材》２００６年１期 ＳＴＯＮＥ№１ ２００６
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．
圜
口布置在横料的底 部区域是比较合理
的，并且如果必 要，可以用内挡板
屏蔽，但是，如果
仔细地设计一下， ｌ
它们有时可以布
（ｂ）
置在竖料上。这 些开口的最小尺
寸，应该在暴雨或 、
ｌ
暴晒时不会形成热 ｌ
桥效应，引起压力
ｌ＝＝阻
差或者毛细管作 用，通常将竖料和 本边接缝降压气室
横梁的横断面
√
包柱开有气室，那 —
—
—
—
—
—
—
—
（ａ）
么它们应该在高度
图ｌ 等压空腔截面及气体流动过程图
方向上每隔一到二
有效等压空腔的设计更为复杂，如图１。
层便水平地隔开，从而将热桥效应减至最小。有关分 １．２．１空腔气室的分隔
段或隔离的重要性。实践表明：通过分隔气室，作用
气室内的气压是通过向外开口来获得的，作用在 在分隔之后的气室上的压力差将大大减少，在幕墙的 建筑物表面的风压是常变的，气室分隔的意义就将变 每一个外侧拐角处在离拐角大约２０英尺处开始每隔 得相当必要。例如：空腔组件的横料里有一个气室， ４英尺的地方应进行竖向封闭，在幕墙的顶部附近还 在每一端都有一个开口向外，如果在一端的外部风压 应采用水平封闭，此外竖向封闭及水平封闭定位在整
是２０Ｐａ，在这个气室内的压力大约为１５Ｐａ，此时空 个墙体表面中心，通过类似的途径可以解决在幕墙发
气将会进入气室。代替等压结构的外部压力为２０Ｐａ 生突变的部位和凹部处的气室形成等压结构的间题。
的一端将会形成负压，只要有水或温差存在就会从此 １．２．２设置空腔蒸汽挡板 端的开口处进人气室。因此有关气室（在外层之后
除了分隔之外，还必须在内侧通过一个有效的结
的）设计的一个基本要求变得十分明确：为了避免水 构性挡板在等压室内控制空气，这样能够保持气室内 或温差的进人，气室不能是一个大的空间，其上开口 的压力，起到节能抗渗的作用。从理论上讲，幕墙表 不能分得太大，所以，必须限制气室的尺寸，应该将 面上所有的接缝或者雨屏都应该有意地留出开口，在
其分成较小的部分。并且在每一部分只有一个开口向 气室中的空气压力都应该等于或略高于所有开口的外 外，但是有时只开一个开口是不切实际的，通常需要 部压力，并且在气室之后的挡气板应该是致密和连续 有几个开口，但开口不能太多。总的说来，将这些开 密封的，在实际过程中可将理论要求减少到相应值，
《石材》２ｏｏ６年１期
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圜疆固 ．
减少在外表面上接缝之间的压力差，接缝中的一部分 １．３．１．２附垫联接法：幕墙单元空腔间用一组高性能弹
可能留有开口，但气室的开口尽可能设置在其他位 性附垫碰压形成密封而防止渗水、透气。组成多腔利 置，这可使气室内的压力完全与外部压力相等。通向 用等压原理提高幕墙水密性能。 外部开口的总面积要比气室与空腔内部之间所有缝隙
１、高性能弹性附垫有良好气密性和高效水密性，
的合计面积大至少应该为１０：１。因为这样才会使气 但需十分注意在相邻单元转角处采用措施，防止渗 室中的空气压力大大低于作用在向风墙体上压力。设 水。
置直接导向等压室的透气孔，使挡气板“有意的”穿
２、幕墙单元间采用内外干式附垫联接方法，无 透达到空腔内外压力平衡的效用。
须室外作业，避免外部污染，有利于稳定的密封性
（ａ）等压设计公式： 能。
２Ｃ （１＋ｈ／ｂ・Ｃ＃Ｃ ）≥［ ］
３、要特别注意联接接口处施工误差，需要控制
式中：△ 一由层间变位引起的等压平衡空腔体 在５ｍｍ以内，方可确保附垫在压缩状态下的密封性
的变形值（ｍｍ）；
能。
ｂ一等压平衡空腔分格框的宽度 