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不銹鋼板幕墻設(shè)計、施工要點

點擊次數(shù): 發(fā)布時間:2015-10-2

1 序言

本文主要討論不銹鋼板作為面板的幕墻相關(guān)技術(shù)。不銹鋼(詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供)板作為幕墻面板:①能為建筑師立面表達(dá)提供理想選擇。隨著大氣污染的加重,特別是隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn),具有高耐腐蝕性、高強(qiáng)度、低維護(hù)特性的不銹鋼面板材料在建筑幕墻領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視和推廣。因為采用不銹鋼板,建筑立面能長期保持初始質(zhì)感,能降低維護(hù)和更換成本,同時能為建筑師提供特殊質(zhì)感。例如不銹鋼特有的“堅硬”和“純凈”感,為建筑增添高檔質(zhì)感和現(xiàn)代感。 經(jīng)過1930年的美國紐約Chrysler大廈、1968年意大利CSM,Castel Romano大廈(現(xiàn)在板質(zhì)感依如初新)、1992年西班牙巴塞羅那Mapfre Tower(43層,153m)、1996年馬來西亞吉隆坡石油雙塔等項目上80多年的實踐,奧氏體不銹鋼06Cr19Ni10(SUS 304)和06Cr17Ni7Mo2(SUS 316)已經(jīng)得到充分的認(rèn)可,而SUS316的耐腐蝕性更勝一籌。[圖1]為東昌財富的1.5mm軋花不銹鋼板幕墻(詞條“不銹鋼板幕墻”由行業(yè)大百科提供),于2004年完工并使用至今,歷經(jīng)十年多的風(fēng)雨,外觀效果依然亮新依舊;②不銹鋼板的性價比正在提高之中,特別是隨著國內(nèi)專業(yè)制造商工藝水平提高,市場價格處于下降趨勢。③不銹鋼板加工、組裝和安裝涉及不銹鋼材料特有的加工硬化(詞條“硬化”由行業(yè)大百科提供)、應(yīng)力殘余等需要認(rèn)真對待的技術(shù)問題,甚至涉及特殊制作工藝。例如,芝加哥云門(CLOUD GATE)雕塑,花幾年時間采用168塊用Octomill 八面銑刀精準(zhǔn)加工的雙曲面厚不銹板,無縫焊接而成[圖2];上海盛大中心“不銹鋼城堡”,則采用針對性很強(qiáng)的短周期(2.5月)、低成本冷彎施作工藝完成[圖3];所以研究和總結(jié)不銹鋼幕墻有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義和價值。

目前建筑外墻領(lǐng)域,采用大面積不銹鋼板幕墻案例不多,即使大面積采用,也往往不追求其高平整度,只表達(dá)其強(qiáng)烈質(zhì)感[圖4]:如洛杉磯WALT DISNEY 音樂廳和Zollhof 大廈。Zollhof 大廈,做到了以明亮的不銹鋼質(zhì)感,既從周圍“古老”色調(diào)脫穎而出,又以反射周圍建筑而融入環(huán)境。而國內(nèi)大面積使用不銹鋼板的幕墻案例也是不多,[圖5]深圳平安金融中心,采用的是2mm厚316材質(zhì)的布紋不銹鋼板,幕墻面積超過7萬平米,雖正在施工當(dāng)中,但已經(jīng)明顯體現(xiàn)了不銹鋼板所獨有的強(qiáng)烈質(zhì)感和現(xiàn)代氣息。不銹鋼大致可分為平面鋼板和凹凸鋼板。而平面鋼板又分為三類:板面光反射率在90%以上者,為鏡面鋼飯。板面反射率90%--70%者,為有光鋼板,反射率小于50%為亞光鋼板。凹凸鋼板也分為浮雕板、淺浮雕花紋板和網(wǎng)紋板等。平面鋼板通常是經(jīng)研磨、拋光工序而制成的。凹凸鋼板通常是正常的研磨與拋光之后.再經(jīng)輥壓、腐蝕、雕刻(詞條“雕刻”由行業(yè)大百科提供)等加工,更后再經(jīng)特殊研磨而創(chuàng)成的。可見不銹鋼板反射率高,對板面非平整度敏感,隨著不銹鋼板大面積使用于建筑立面,對其平整度提出更高要求,將追求采用更薄、更平整的幕墻。

2 不銹鋼板應(yīng)用于幕墻及相關(guān)技術(shù)

2.1不銹鋼板品種及特性

幕墻常用不銹鋼板按構(gòu)造分,一般有三大類:單板(盒型、扣接型和切板)、復(fù)合板和蜂窩板。表1中對這三類不銹鋼板性能的優(yōu)缺點進(jìn)行對比說明:

不銹鋼復(fù)合板在保留了不銹鋼材料良好的裝飾效果和經(jīng)久耐用的特性基礎(chǔ)上,克服了不銹鋼金屬板加工難、加工平整度差的缺點,具有良好的隔聲、隔熱效果,可方便的進(jìn)行剪切、彎弧、刨槽折邊、鉆孔等加工。使用不銹鋼復(fù)合板另外還要考慮幾個因素:不銹鋼的耐蝕性、強(qiáng)度、耐性和物理功能、加工成形功能等。[圖6]為越南VTB大廈(工商銀行)不銹鋼復(fù)合板幕墻,不銹鋼為兩層0.3mm厚316材質(zhì)。[圖7]為上海某工程不銹鋼復(fù)合板墻體,從外觀上可以感受到很強(qiáng)的機(jī)理性和金屬質(zhì)感。

另外,由于不銹鋼復(fù)合板是兩種材料的復(fù)合材料,使用時要考慮其熱脹冷縮時產(chǎn)生的溫度應(yīng)力,可能會出現(xiàn)應(yīng)力收縮(詞條“收縮”由行業(yè)大百科提供),裂紋,界面復(fù)合破壞等問題,以確保溫度應(yīng)力產(chǎn)生彎曲時的材料完整性,不會導(dǎo)致開裂。不銹鋼316的線膨脹系數(shù):當(dāng)溫度0~100℃時為1.73×10-5/℃,約為碳素鋼(詞條“碳素鋼”由行業(yè)大百科提供)的1.5倍,略小于鋁合金。而聚乙烯芯板的膨脹系數(shù):當(dāng)溫度為0~100℃時,約為1.50×10-4/℃。

不銹鋼蜂窩板,表板采用拉絲不銹鋼板或者鏡面不銹鋼板等,背板采用鍍鋅鋼板,芯材采用鋁蜂窩芯,經(jīng)過專用粘合劑復(fù)合而成。不銹鋼蜂窩板的主要特點:輕便、安裝負(fù)荷低;每塊面積大,平整度極高、不易變形,安全系數(shù)高;具有很好的隔音,保溫性能。成本低,質(zhì)量好,比2毫米不銹鋼單板價格低,但是平整度與3毫米不銹鋼單板接近。不銹鋼蜂窩板具有很強(qiáng)的耐蝕性。圖8顯示為不銹鋼蜂窩板幕墻,分格較大,表面平整度高,且兼顧保溫性能。

不銹鋼單板由于本身強(qiáng)度高,可用于高層超高層建筑;韌性(詞條“韌性”由行業(yè)大百科提供)大,可做折彎或彎弧加工,可實現(xiàn)較多建筑外觀效果;耐腐蝕性強(qiáng),后期維護(hù)方便成本低。鑒于諸多的性能優(yōu)勢,深受建筑師的青睞。[圖9]顯示了不銹鋼單板幕墻外觀金屬質(zhì)感強(qiáng),使用廣泛。[圖10]展示了上海東昌財富樓不銹鋼面板彎弧處理效果。韌性大,易于彎弧加工,這是不銹鋼復(fù)合板和不銹鋼蜂窩板不容易實現(xiàn)的。另外不銹鋼單板幕墻一般采用開縫加背襯板的防水(詞條“防水”由行業(yè)大百科提供)方式,這是因為不銹鋼板表面有一層油膜,施打密封膠之前,必須先對不銹鋼板表面清除油污處理,然后涂專用底漆,否則難于保證耐候密封膠與不銹鋼的黏接性能。

不銹鋼單板作為金屬構(gòu)件除了能夠適應(yīng)切割、刨槽、折彎等加工處理,而焊接加工使不銹鋼板能夠?qū)崿F(xiàn)更多的造型成為現(xiàn)實。而一般焊接變形的控制主要有減少焊縫數(shù)量和間斷焊接、采用逆向回焊法施焊、剛性固定焊接、反變形技術(shù)、合理安排焊接順序、采用熱處理(詞條“熱處理”由行業(yè)大百科提供)去除焊后收縮力、減少焊接時間以及冷卻法等等。而對于薄板失穩(wěn)變形的控制是控制工藝參數(shù)、反變形法和控制溫度場等措施。而在生產(chǎn)實踐中,反變形法是更常用的方法之一,其具體方法是預(yù)先在焊接變形的相反方向,人為地施加一定的變形量,以此與焊接變形相抵消,使焊接結(jié)構(gòu)達(dá)到技術(shù)要求。通過完全剛性約束和反變形法可以實現(xiàn)采用1.5mm厚不銹鋼板激光焊接更大彎曲撓度(詞條“撓度”由行業(yè)大百科提供)的控制小于0.16mm。

圖11、圖12是東財財富不銹鋼筒體幕墻及節(jié)點,外觀平整。依靠專用模具,不銹鋼板切板彎弧成錐體,并與平板焊接,先均勻點焊控制整體尺寸及外形,再采用反變形法進(jìn)行焊接變形控制,實施剛性固定焊接,保證平板與彎弧板周邊焊后的平整度和緊密貼合,形成自然過渡,然后經(jīng)過打磨亮化處理,形成棱角分明的錐筒造型。

2.2不銹鋼板表面平整度的保證和提高

由于不銹鋼板材(特別是單板)韌性大,因此通過采用合理的安裝構(gòu)造及加工組裝工藝來消除內(nèi)部不均勻的殘余應(yīng)力,是應(yīng)對不銹鋼材料固有的對光的反射率高、對表面不平整的敏感度高的關(guān)鍵措施。

[圖13]所示為厚度1mm表面鏡光處理的316不銹鋼單板(反射率高于90%)做成的裝飾條,影像變形扭曲嚴(yán)重。[圖14]所示為厚度2mm表面亞光處理的316不銹鋼單板做成的金屬板幕墻。板分格寬度超過1.2米,表面波浪凹凸感強(qiáng)烈。單板厚度過薄、橫向分格過大,且由于鏡面不銹鋼的反射率大于90%,亞光不銹鋼其反射率也達(dá)到50%,受其對光反射率高的特點影響,不銹鋼板對表面不平整度的靈敏度很高,板自身變形(0.1%以內(nèi))和外力力的作用下和輕微的撓度變形,特別是溫度梯度的變化都會對外觀效果產(chǎn)生較大影響。因此不銹鋼板的安裝構(gòu)造和面板的強(qiáng)度和撓度控制成為不銹鋼板幕墻設(shè)計的重要考量因素。

2.2.1不銹鋼板支撐體系的設(shè)計

不銹鋼面板附著的支撐體系必須是穩(wěn)固的、平整的,且為了保證不銹鋼面板的易于更換和安裝,設(shè)計成小單元形式的掛板結(jié)構(gòu)體系或者通過扣接的形式,通過型材(詞條“型材”由行業(yè)大百科提供)咬合或者不銹鋼板材直接扣接的方式來實現(xiàn)與整體框架的連接與固定。

幕墻用不銹鋼單板的常用的支撐體系分為:切板結(jié)構(gòu)、扣接結(jié)構(gòu)以及盒型結(jié)構(gòu)。切板結(jié)構(gòu)外觀上突出了板材的棱角,但不銹鋼板材柔韌性大,適用于低層建筑或低風(fēng)壓區(qū)域;扣接結(jié)構(gòu)適合于薄型不銹鋼單板,平整度要求不高,對質(zhì)感和肌理感建筑效果要求強(qiáng)烈時采用。盒型結(jié)構(gòu)突出板框支撐體系的穩(wěn)固性,適用于高層建筑,抵抗風(fēng)壓能力強(qiáng),另外還能體現(xiàn)不銹鋼獨特的建筑效果,因此被廣泛采用。


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