大面積陶板幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)

    1、工程概況

    北京飯店二期改擴(kuò)建工程，地處東城區(qū)王府井商圈中心地帶，分E3、E4、E5 3個(gè)地塊。該工程陶板幕墻總面積68580m2，占整個(gè)建筑外裝飾幕墻工程總面積的85%。陶板為中空結(jié)構(gòu)，其高度的基本尺寸為500mm、200mm，基本長度為1400mm；材料環(huán)保降噪，顏色歷久彌新，具有色差小、質(zhì)量輕、防火、抗震、抗凍、可獨(dú)立拆裝和易清潔維護(hù)等特點(diǎn)，不僅能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的建筑美學(xué)，而且使整個(gè)建筑達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

    通過大面積陶板幕墻肋頭板優(yōu)化設(shè)計(jì)、三維可調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、防滑減震優(yōu)化設(shè)計(jì)和豎向抗剪切力加強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其達(dá)到預(yù)期的裝飾效果，成功實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，同時(shí)降低工程成本。

    2、肋頭陶板優(yōu)化設(shè)計(jì)

    對(duì)肋頭陶板部位的節(jié)點(diǎn)先后進(jìn)行了幾種方案的設(shè)計(jì)，經(jīng)對(duì)比優(yōu)化后形成如下兩個(gè)設(shè)計(jì)方案。

    方案一：擬對(duì)肋頭部位采用背栓掛接方式，陶板掛裝鋁框與鋼框間采用U形掛件連接，連接點(diǎn)為螺栓（見圖2）。

經(jīng)過分析，此方案存在以下弊端：

    ①陶土板通過背栓和不銹鋼掛件連接，要保證幕墻的平整度有一定的難度。

    ②采用實(shí)心陶板增加了體系的自重。

    ③肋頭陶板部位施工工藝復(fù)雜，不便于具體操作。

    ④陶土板與鋁框掛裝部位間存在直接接觸的可能，如遇地震時(shí)，陶板易碰撞造成破裂、墜落。

    方案二：采用干掛裝配系統(tǒng)組合安裝，裝配系統(tǒng)包括鋁合金型材、不銹鋼掛裝連接件、螺栓及抗剪釘?shù)�，在陶板與鋁合金型材接觸點(diǎn)用EPDM膠條做軟連接，保證兩種材料在振動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生硬性碰撞（見圖3）。

    方案二設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)很好地改進(jìn)了方案一設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的缺點(diǎn)。采用空心陶板極大減少了體系的自重，陶板與鋁框間增加膠條，使陶板不會(huì)因振動(dòng)而滑動(dòng)、碰撞。陶板平板與肋頭部位均采用U形陶板鋼掛鉤，極大地減小了施工難度，加快了施工速度。由于所有陶板鋼掛件內(nèi)側(cè)均在鋁框U形槽內(nèi)，并且內(nèi)側(cè)均在同一水平面上，而陶板加工厚度均相同，因此表面平整度得到了很好地保證。

    U形鋼掛鉤為上壓下掛式，下側(cè)陶板掛鉤采用2個(gè)不銹鋼銷釘固定于鋁框上，上側(cè)鋼掛鉤壓在陶板上側(cè)。陶板與掛鉤間膠條的自然回彈作用，將陶板脹起，通過上下鋼掛鉤及膠條的共同作用將陶板固定（見圖4）。

    3、三維可調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

    龍骨的安裝質(zhì)量將直接影響陶板幕墻的整體施工質(zhì)量。豎向龍骨的垂直度及橫向龍骨的平整度，應(yīng)控制在允許的偏差范圍內(nèi)，且越小越好。為保證整體的安裝質(zhì)量，采用可調(diào)節(jié)的長孔螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使龍骨在三維上能夠自由調(diào)節(jié)。由于龍骨的垂直度及表面平整度受到控制，從而使陶板的安裝質(zhì)量得到保證。

    1）在豎框與主體之間的轉(zhuǎn)接環(huán)節(jié)中，采用了螺栓連接，且轉(zhuǎn)接位置上均開有長條孔，連接螺栓可在孔內(nèi)進(jìn)行橫向滑動(dòng)（見圖5）。

    其與轉(zhuǎn)接件連接后，可以使豎框與轉(zhuǎn)接件的組件進(jìn)行前后調(diào)整，是三維可調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的第一維。

    2）豎框與橫框之間通過角鋼片和螺栓連接起來。調(diào)整橫框的進(jìn)出位置，使橫框外表面與豎框基準(zhǔn)面外表面保持在一個(gè)垂直平面上；調(diào)整橫框的上下位置，確保其符合設(shè)計(jì)圖紙分格尺寸的要求，然后用螺栓將角鋼片、橫豎框連接在一起�？梢詫�(shí)現(xiàn)豎框與橫框之間的左右調(diào)節(jié)，是三維可調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的第二維（見圖6）。

    3）不銹鋼連接件的安裝。在橫龍骨上彈線畫出不銹鋼連接件的安裝位置，將不銹鋼連接件置于橫龍骨上，用螺栓將其連接，不銹鋼轉(zhuǎn)接件上有長條孔，可用來調(diào)整進(jìn)出尺寸（見圖7）。

    4）鋁合金龍骨的安裝。鋁合金龍骨為通槽形式，在其槽內(nèi)穿入螺栓，將螺栓與不銹鋼連接件連接在一起。通長槽可用來調(diào)整鋁合金龍骨的位置，通過調(diào)整符合要求后方可最終固定�？梢詫�(shí)現(xiàn)鋁合金龍骨與橫龍骨之間的上下調(diào)節(jié)，是三維可調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的第三維（見圖8、圖9）。

    鋼框、鋁框在溫度不同的自然條件下，會(huì)有熱脹冷縮現(xiàn)象，同時(shí)在施工中為校正、調(diào)整累計(jì)誤差，引進(jìn)三維可調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)幕墻工程具有重要意義。保證了幕墻龍骨的立面平整度，為安裝陶板創(chuàng)造了良好的條件。

    鋼龍骨的安裝，豎向必須留伸縮縫，每個(gè)樓層間留設(shè) 1 處，豎向伸縮縫留20mm間隙，采用鋼插芯連接。留伸縮縫的目的是鋼龍骨在自重較大的情況下能夠伸縮；在有振動(dòng)的情況下，能夠調(diào)節(jié)受力，如圖10所示。

    在強(qiáng)震下部分陶板在幕墻面內(nèi)產(chǎn)生側(cè)向滑移，使板縫寬窄不一，甚至陶板之間相互碰撞。雖然陶土板不至于碰壞，但影響美觀。工程中考慮采取適當(dāng)?shù)膫?cè)向限位措施，尤其是在幕墻的邊角部位，防止在強(qiáng)震下陶土板面內(nèi)平動(dòng)滑移過大或脫落。在鋁型材開模過程中，預(yù)留豎向槽口，用于插入EPDM膠條，起到減振作用。同時(shí)在肋頭陶板間增加與陶板同顏色的EPDM膠條，既能增強(qiáng)減振作用，又能起到美觀、披水、阻水的作用（見圖11）。

    5、豎向抗剪切力加強(qiáng)設(shè)計(jì)與施工

    在原陶板掛裝節(jié)點(diǎn)方案中，鋼龍骨與鋁龍骨之間采用 L 形及U形不銹鋼件作為轉(zhuǎn)接件，采用螺栓固定，相隔距離為1000mm。這樣可以滿足幕墻體系豎向剪切力的要求。設(shè)計(jì)理念為通過螺栓連接起到豎向伸縮作用，但給安裝測(cè)控帶來了不便。經(jīng)過深化設(shè)計(jì)后，通過鋼龍骨豎向及橫向長條孔轉(zhuǎn)接件及鋁龍骨長條孔掛件的共同作用，可以很好的滿足三維可調(diào)節(jié)要求。為簡化施工操作難度，每個(gè)連接件部位增設(shè)抗剪力固定釘，將鋼龍骨與鋁龍骨緊密固定。這樣既可以簡化施工測(cè)控難度，使定位更加準(zhǔn)確，又可以增加豎向抗剪切力，使陶板幕墻工程更能抵抗不可預(yù)見性外力作用，安全性能顯著提高，外飾面效果更容易得到保證（見圖12、圖13）。

    1）經(jīng)濟(jì)比較：采用本陶板、陶管幕墻施工工法，可以達(dá)到加快施工進(jìn)度、降低施工成本的目的。同等面積陶板重量只相當(dāng)于石材重量的二分之一，施工快捷，工期明顯縮短（見表1）。

    2）更換簡單：陶板安裝過程中不使用石材膠，對(duì)飾面無污染，更換簡單方便。

    3）節(jié)約能源：陶板為中空結(jié)構(gòu)，可以有效阻隔熱傳導(dǎo)，降低建筑空調(diào)能耗，節(jié)約能源。陶板特有的橫縫搭接所形成的開放式安裝方式，使得面材與墻體之間的空氣層能夠“自由呼吸”，比密閉式安裝方式能夠更大程度地降低能耗。

    4）減少清洗和維護(hù)費(fèi)用：陶板幕墻表面防靜電，不易吸附灰塵；若陶板表面有灰塵，經(jīng)過雨水沖刷后則很容易保持干凈。這種自潔功能可以降低陶板幕墻的清洗和維護(hù)費(fèi)用，尤其對(duì)于高層建筑來說更是不容小覷。

    5）不產(chǎn)生固體垃圾：陶土板采用純天然陶土材料，生產(chǎn)過程中對(duì)環(huán)境污染小。破損的陶板可以通過研磨、重新擠壓成型后再利用。

    1）通過對(duì)大面積開放式陶板幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有效地解決了施工中的各項(xiàng)技術(shù)難題，成功地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖。

    2）大面積開放式幕墻施工操作復(fù)雜，利用抗剪錨栓簡化了施工程序，提高了施工進(jìn)度，且施工質(zhì)量得到了保證。

    3）陶板幕墻對(duì)環(huán)境無任何污染，不會(huì)造成固體垃圾，破損的陶板能夠回收再加工，且清理方便；單塊板破壞容易更換，具有很好的社會(huì)效益。

    4）幕墻陶板在國內(nèi)市場(chǎng)推行尚不廣泛，在陶板生產(chǎn)及安裝過程中，對(duì)操作者技術(shù)水平的要求較高。能否成功地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，受多方面因素的影響。

    5）北京飯店二期改擴(kuò)建工程大面積開放式陶板、陶管幕墻施工技術(shù)的成功應(yīng)用，為陶土板在幕墻領(lǐng)域的應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。它為陶土板這種集現(xiàn)代感與典雅于一體的新型材料大規(guī)模應(yīng)用于幕墻領(lǐng)域提供了可能，豐富了建筑師的設(shè)計(jì)視野。