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    鋁板幕墻的板塊變形問題的分析及解決方案

    發布日期:2021-2-25 9:22:50 ?瀏覽次數:

           幕墻是由金屬構架與面板板材組成,不承擔建筑主體結構荷載的外圍護結構,具有美觀、節能、容易維護等優點,是現代高層建筑和大型場館的首選方案。


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    南京科學園


      近年來,出于對幕墻面板材料環保性與安全性的需求,同時金屬鋁板先天具有色澤豐富、持久、外觀形狀多樣化等優點,在建筑幕墻領域大行其道,得到設計界、業主方的廣泛選用,因而涌現出了大量的全鋁板幕墻工程項目。

      隨著鋁板幕墻的大面積使用,但是外立面平整度(波浪面)現象層出不窮,中國幕墻網分享由杭州幕墻設計院楊旦院長,根據幾個項目樣板為案例,做出的相關分析。

    鋁板幕墻的板塊為什么會變形呢?

    1.板塊沒有邊肋和中肋,風壓和空氣漲力下造成變形。

      這種變形現象多出現在采用鋁塑復合板為面板的幕墻上,業主為了省錢,選用不正規的生產廠家。廠家為獲較高利潤,什么邊肋、中肋一律不用。將鋁塑板折成盒狀,直接用螺釘擰在框架上,板塊縫隙抹上膠就算完工。這樣幕墻的板塊強度根本就不夠,板塊在正負風壓作用下產生向里向外的疲勞性撓度變形,使板面尺寸增長。反映比較突出的向陽面的幕墻,由于施工工藝是采用保溫暖墻的形式,將板塊縫隙全部用膠密封嚴實,板面與結構墻間隔里的空氣在陽光效應下升溫,板塊在空氣漲力作用下造成向外變形。

    2.板塊與幕墻結構框架固定,熱應力無法釋放產生變形。

      鋁板幕墻在季節溫差較大地區,在春初秋末氣溫較低的季節,這時的陽光照射熱效很強,特別是顏色較深的鋁板升溫較大,鋁板在不同溫度下,每米長度上的熱膨脹值較大。幕墻框架在里面,陽光影響較弱,鋁板與框架最大時可產生80℃以上的溫差,在鋁板尺寸較大時便會出現較大的線性膨脹差。如果幕墻板塊結構采用折邊,將鋁板用螺釘固定在框架上的結構,將造成鋁板板面的熱應力無法釋放,迫使板面屈服,在空氣作用下向外出現變形現象。

      這種變形現象是相當大的,尤其是鋁板里面的幕墻框架采用鋼型材時,因鋁的熱膨脹系數一般為鋼的2倍,所以同尺寸板產生的撓度將為表中數值的2倍。

    3.面板與邊肋裝配時產生應力變形

      有的生產廠家為解決鋁板板塊板面的熱應力變形,特別是面板采用鋁塑復合板時,在單元板塊的周邊加了一圈邊肋框,從生產工藝上是面板在刨槽機上按板塊折邊尺寸刨槽折邊成盒狀。另一條線是將邊肋型材按板塊需要尺寸截斷組裝成邊肋框,然后邊肋框裝入盒狀面板,用抽芯鉚釘將兩體固定。在工作現場經常發現因面板刨槽折邊有偏差,邊肋型材組裝成框有偏差,兩體相配合時常出現不是框小就是板折邊尺寸過大。

    為保工期、不費料,往往強行裝配,造成板面產生裝配應力,不是邊肋變形就是板面受壓變形,這種板塊在溫度和空氣膨脹力作下產生向外的變形現象。

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    外幕墻鋁板變形案例

      造成鋁板幕墻表面不平整的原因有很多,如設計不合理、密封膠選擇不當、粘結不良、施工操作不當等。筆者通過幾個項目的走訪,其中一位項目經理的話道出了精要:鋁板不平整問題,材料占40%,施工占60%,其實每個環節都不可或缺。

      主要原因:

      1、深化設計

      2、鋁板材質

      3、鋁板加工與運輸

      4、龍骨體系

      深化設計:

      1、折邊尺度:鋁板廠加工折邊常規為20mm,但項目設計中,因為立面效果如深凹槽造型,設計師通常會直接加寬折邊尺度,甚至多道折邊。這樣就會加大板面變形量的累積,也會加大運輸及堆放過程中變形的隱患。

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      如上圖示:鋁板A(紅線示意)上部雙折邊,與角鋼橫梁螺釘固定連接,屬于線接觸,安裝精度要求相對點接觸(角鋁掛耳)高;若骨架面、鋁板連接面平整度不夠,容易產生誤差積累;

      鋁板B下部折邊+角鋁掛耳,疊加于鋁板A折邊的上方,該種連接方式要求上、下進出相差一個鋁板厚度(2.5mm),而其余部分鋁板上、下進出平(都是掛耳連接),容易增加施工人員開料出錯、鋁板加工出錯的概率,從而影響鋁板的平整度。

      2、鋁板板塊的規格及厚度。結合建筑師對外立面的效果要求,進行合理的劃分。常規板材尺寸短邊為1220mm,工藝的改進,現在也可以生產加工超寬板。板塊越大,板厚就需要相應提高,平整度也是更大的挑戰。

      3、鋁板表面處理工藝及色系。綜合多個項目,淺色系(銀灰色、白色、香檳色)平整度表現較好,而深色系(深咖色、黑色)的立面容易顯現不平整現象。仿石材特有工藝,光澤度降低至30%左右,適當毛面處理,形成漫反射,減少直面反射。

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      鋁板材質:

      基材:3003H24系列鋁合金。

      厚度:2.5mm(無負公差),加厚至3mm、4mm,助于提升平整度。

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      鋁板加工與運輸:

      1、要求鋁板生產廠家具備一定的設備投入及生產加工能力。

      2、鋁板的加工,建議鋁板的加勁肋與鋁板折邊脫開(不連接),且預留空隙:

      1 )鋁板是四邊無序熱脹冷縮,屬于面變形;

      2 )加勁肋是沿長邊單向熱脹冷縮,屬于線變形;

      3 )雖然材質基本相同,但變形的方向及性質不一,造成伸縮的尺寸不同,兩者的尺寸差容易影響板面的平整度和植釘的脫落;

      4 )基于上述理由,建議取消加勁肋與折邊的連接角鋁和拉鉚釘,且加勁肋的長度小于板的凈空3-5mm。

      3、運輸過程也是一個值得重視的環節,板塊無序疊放,在運輸過程中均會加重金屬鋁板的自身變形。

      龍骨體系:

      目前市場上的普遍現象是效果與成本的矛盾,嚴控成本是每一個項目不可或缺的最重要素。在早些年,鋁板幕墻采用的龍骨體系是鋁合金龍骨,而后來鋼龍骨成為約定俗成的主要支承體系。鋼質立柱與橫梁,自身變形量大,盡管采用螺栓與焊接結合的連接方式,仍不能較好的提升骨架體系的平整度。

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      建議在條件允許的情況下,優先考慮鋁合金龍骨體系。如下圖示:

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      擴展閱讀:鋁板幕墻變形的整治辦法


      幕墻產品設計的最基本原則:除保證強度外,無論是結構框架,還是飾面,應采用嵌入體的結構設計,決不允許產生熱應力。

    如果產生熱應力將造成構件變形和破壞。

    要實現不產生熱應力,各配合部位就要留出一定的空隙,設計者必須有恰到好處的結構或密封材料,來保證產品的氣密性和水密性,這是鋁板幕墻設計成功的關鍵所在。

      1.鋁板幕墻的風荷載和抗震設計

      中國自從改革開放以來,各方面都在產生日新月異的變化,尤其建筑業,更是蓬蓬勃勃的先前發展,各地新式大樓如雨后春筍般不斷涌現,而且越建越高。要滿足超高層使用的幕墻,從結構上:一是不能產生熱應力;二是要滿足超高層建筑,因自振和在風荷載作用下振幅加大,造成的幕墻平面內變形的要求,而且在防震設計時,要按不同建筑結構類型彈性計算的位移控制值的3倍進行設計。

      2.鋁板幕墻板塊消除裝配應力

      鋁板幕墻的板塊如果不加邊肋,采用焊接、鉚接或直接在板上沖壓成型的角碼,就是角碼的固定螺釘孔開成長孔,也解決不了熱應力造成的變形問題。解決鋁板變形,板塊與框架結構必須為浮動連接;要想將熱應力傳遞到板的折邊邊緣,必須要在板塊的折邊處增設邊肋進行補強,就是采用3mm厚的單鋁板在季節溫差較大的地區也要設置邊肋補強。

      3.鋁板幕墻板塊的補強中肋應為浮動連接

      鋁板幕墻板塊的補強中肋與面板的連接大約有三種方式:結構膠粘接、超強膠帶粘接、栽焊螺釘固定,其共同的特點都是將中肋與面板固定死,中肋兩端多數與邊肋框固定。

      面板直接受陽光照射,補強肋在板的里面,尤其是有一層粘接膠隔離后,與面板因溫差出現熱應力,限制了面板沿補強肋軸向方向的膨脹。如果補強肋兩端與邊框肋固定,又限制了面板沿補強肋徑向方向的膨脹,易造成粘接劑和連接件受剪破壞而降低耐久年限。

      鋁板幕墻板塊的補強中肋與板,安裝順序是先將補強中肋兩端的角碼用抽芯鉚釘或自功螺釘與邊肋框固定,然后將補強中肋由上向下卡入固定角碼,再用高強粘接膠沿補強中肋長度各三分之一處各粘一個壓板,將補強中肋壓住。注意補強中肋上部與壓板要留出2mm間隙,補強中肋端頭與角碼間也必須留出2mm間隙,這種浮動連接結構面板與中肋不會產生熱應力,即達到了補強作用又保證了面板的平整。

    綜述:

      我們要用辯證發展的觀念,去看待鋁板幕墻的發展,注重技術研究,提高幕墻技藝與工法,努力與國際先進水平接軌,實現更好的裝飾效果。

    圖片

      鋁板幕墻的表現目前在行業內引起了較高的重視,無論是不平整現象,抑或是易污染問題。良好的建筑外立面呈現是城市的外衣,好的建筑離不開每一個環節建設者的熱忱投入,在矛盾中行進!

    (作者:楊旦)


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