浅谈旧楼改造幕墙项目的设计要点

陈志刚 张超

【摘要】随着经济的发展和幕墙技术的不断进步，既有幕墙改造项目越来越多，通过改造使建筑焕然一新，更加安全可靠和节能环保。既有幕墙改造项目的重点是幕墙系统与主体结构的连接方式，务必确保幕墙系统的安全性，同时在保障水密性、气密性、位移能力、保温性能等功能的前提下，应积极探索使用幕墙新技术、新材料、新工艺，不断吸纳前沿科技对幕墙系统的改革成果，最终达到安全性、功能性、经济性和装饰效果的统一。

【关键词】幕墙改造;结构连接;防火构造;节能设计;利旧

1、前言

随着时代的进步和发展，有计划、有步骤的进行老旧建筑的改造和提升，更加绿色环保的实现节地、节能、节水、节材的目标，既有幕墙改造项目越来越多，对既有幕墙进行改造的重点主要有：

（1）提升幕墙的安全性能，随着使用年限的增加，幕墙构件老化锈蚀，存在不同程度的安全隐患，而建筑的安全要求越来越高，按照旧规范设计施工的幕墙已经不能适应社会发展的要求。

（2）适应严格的节能环保要求，既有幕墙中很大一部分节能效果差，随着新颁布的技术规范对建筑的节能要求越来越高，作为外围护结构，幕墙亟需进行节能改造。

（3）符合时代发展的潮流，通过改造让建筑外观符合时代的审美要求，并与周围环境相协调，而新技术、新材料、新工艺的选用，大幅度提升幕墙的各项性能指标。

（4）幕墙的利旧处理，幕墙改造的投资较大，如何安全可靠、经济合理的利用原有资源，是幕墙改造的一个重要课题，幕墙的利旧处理，一方面延续了历史，另一方面又开创了未来。

2、幕墙与结构的连接形式

既有幕墙改造与新建幕墙最大的不同在于主体结构已经使用多年，在改造中可能需要进行主体结构的局部拆改、结构加固或者新增结构，因此结构的连接形式比较多样，需要逐个区域进行处理，最大限度提高幕墙结构的安全性。在深化设计和施工中，幕墙构件应优先与新增结构进行连接，能够最大程度减少结构安全的不确定性，宜采用预埋方式，确实无法使用预埋件的，需采用后扩底锚栓或化学锚栓等方式实现埋件的固定。后置埋件时除考虑各类型螺栓本身性能差异外，还要考虑基材性状、锚固连接的受力性质、被连接结构的类型、抗震设防要求等因素。

幕墙系统与新增钢结构的连接，需预先在钢结构上开孔或者焊接连接件，要考虑到后增钢结构的偏差，留够纠偏空间，转接件宜加大调节范围以消除结构偏差对幕墙外观的影响。如未能在钢结构上预先设置连接构造，现场增补的难度将很大，一般来说，钢材在200℃以下其强度变化不大，当温度超过300℃时其强度下降，塑性增加，同时屈服平台消失，到550℃时，其强度下降90%，在550℃以上时基本丧失强度，一般焊接时，焊点的局部温度在1350℃以上 ，因此钢构件在负荷状态下焊接需极为谨慎，《建筑钢结构焊接技术规程》规定负荷状态下进行补强与加固时，应根据加固时实际荷载（包括必要的施工荷载），对构件和连接进行承载力验算。

由于旧楼的主体结构年代久远，改造以后使用功能的调整，结构强度可能无法满足承载要求，因此需要对结构进行加固，主体结构的加固会对幕墙的连接方式产生影响，幕墙设计应加强与结构加固专业的沟通。根据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013及《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013的要求，在抗震设防区承重结构中使用锚栓时应采用后扩底锚栓或特殊倒锥形胶粘型锚栓。锚栓孔定位作业时可能会遇到原结构钢筋阻碍，如果加固主体内部配有钢筋，应该探测其对钻孔有无影响。锚栓定位时可采用剔凿原结构混凝土保护层，露出原结构钢筋，从而精确确定锚栓孔位，以保证锚栓强度和加固主体质量。例如，在粘钢加固的部位，粘接用的钢板强度和尺寸应满足幕墙使用的要求，方便幕墙在其上预制转接件，从而避免幕墙焊接对加固造成影响。进行碳纤维加固的部位，幕墙连接方式需要和结构专业沟通可行性，既要满足幕墙受力要求，又不对加固主体产生影响。

3、防火构造

根据现行建筑规范要求：幕墙与各层楼板、隔墙外沿间的缝隙，应采用不燃材料或难燃材料封堵，填充材料可采用岩棉或矿棉，其厚度不应小于100mm，并应满足设计的耐火极限要求，在楼层间和房间之间形成防火烟带。防火层应采用厚度不小于1. 5mm的镀锌钢板承托，不得采用铝板。承托板与主体结构、幕墙结构及承托板之间的缝隙应采用防火密封胶密封;防火密封胶应有法定检测机构的防火检验报告。无窗槛墙的幕墙，应在每层楼板的外沿设置耐火极限不低于1.0h、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙或防火玻璃墙。在计算裙墙高度时可计入钢筋混凝土楼板厚度或边梁高度。防火层不应与幕墙玻璃直接接触，防火材料朝玻璃面处宜采用装饰材料覆盖。幕墙的改造需要根据现有结构来设计防火封堵，防火封堵有以下要点：

（1）防火构造与结构连接需严密，尽量避免在凸凹不平面表面上设置防火构造。旧楼的主体结构在拆除过程中不可避免的会造成墙体表面凹凸不平，如果在这种表面上设置防火构造，其密封性难度大，增大防火胶的用量，从而增加施工成本。因此防火隔离带应尽量设置在平整的结构上，也可以通过后期处理使结构表面尽量平整，如切割或砂浆抹平。

（2）避免防火高度不足，防火封修不交圈。当原建筑防火高度无法满足现行规范要求时，需要增加防火封修的高度，本项目就采用1.5mm镀锌钢板夹持200mm防火岩棉来满足防火高度要求。同层防火隔离带要连续无缝隙，如果遇到构件需要断开，则需要对该构件做防火处理，使其满足防火时限要求。

早期的外装饰项目大量使用瓷砖，在拆除中结构表面凸凹不平，防火构造设置在层间部位时往往无法和墙面贴合，如果要使用砂浆找平，费时费力，为应对凹凸不平的结构，我们设计出有调节余量的防火组件：由Z型底座、硅酸钙板垫塊和防火U槽及防火棉组成，其中Z型底座采用1.5mm镀锌钢板折制，最小高度为200mm，翼缘宽度根据立柱与结构的间距确定，一般不小于20mm;定制50X100的硅酸钙板垫板，厚度为5mm或10mm，钻直径10mm的孔;防火U槽用1.5mm镀锌钢板折制，根据现场返尺加工，内侧填充200mm厚防火岩棉，所有构件均在工厂加工完成。

安装时，用M6膨胀螺栓将Z型底座固定到主体结构上，螺栓间距500mm，用2-3个硅酸钙板垫块控制空隙，固定牢固后，Z型底座与结构间隙，采用砂浆填充并捣实。采用该方案将大幅度提高砂浆找平的效率，而且缝隙严密，另外Z型底座可以消除结构偏差，这样防火U槽可以制作成标准件，方便安装，也容易保证质量，然后再打防火胶进行密封（如下图所示）。

4、节能安装

幕墙和门窗的透光部分应符合现行节能规范的要求，需要调整采光和通风面积。透光部分的节能效果一般取决于传热系数（K值）。K值表示材料的热绝缘性能的大小，K值越大，传递的热量越多，热绝缘性能越差，反之，K值越小传递的热量越少，热绝缘性能越好。本项目采用6Low-E（双银）+12Ar+6+12Ar+6三玻两腔钢化中空超白玻璃，充填惰性气体、暖边密封技术及热隔断等技术。

非透光部位需要设置保温，在旧楼拆改后，凹凸不平的结构表面给保温材料的固定增加了难度，首先应剔除原结构易松动的瓷砖、砂浆等，对于凸凹不平的剔凿面，可以直接铺设岩棉，但要保证岩棉固定钉的有效长度，必要时在保温板内侧涂抹粘接剂，提高其附着力，或者在外侧用钢带支撑，便于固定，部分墙面有较大孔洞坑的，可以用硅酸钙板填补，附着在轻质墙体上的保温材料，应使用打结型胀栓固定，或者固定在幕墙龙骨上。

5、利旧处理

旧楼改造的初衷之一就是节省材料，因此在改造规划时应尽量利用之前固有结构、部件。经过多年使用，幕墙的面材已经老化、褪色或者强度降低，危险性加大，再次利用的价值不大，主要进行再生处理;铝型材装饰面磨损较大、幕墙钢龙骨锈蚀严重，也将回收处理;而雨棚等较大的钢结构件、不锈钢结构和预埋件等，通过除锈、加固等，具备再利用的价值，这样既可节省材料和人工，又能减少建筑废弃物，符合可持續发展的环保理念。

总结：

综上所述，既有幕墙的改造就是将废弃的、破旧的建筑改造换新，不仅能够提高建筑的利用率，还能成就新潮、前卫的地标建筑。在进行旧楼改造前，需对被改造的旧楼进行检测和测绘，以保证旧楼改造方案可行。结合旧建筑的特点针对性的制定改造计划和方案。幕墙系统的选择要与主体结构相适应，最大程度的减少主体的改动。通过不同构造、不同材料的幕墙组合使用，使幕墙性能得到优化，使建筑更加节能环保，使外观更加符合时代潮流，使建筑的生命得到延续，实现新建筑和老结构的完美结合。

参考文献：

[1]《建筑幕墙》GB/T21086-2007

[2]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

[3]《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

[4]《混凝土结构设计规范》GB50010