鋁板幕墻“變形”的產(chǎn)生原因及設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

　　目前，幕墻的設(shè)計(jì)和施工在行業(yè)中形成了一個誤區(qū)，無論是鋁板或石材幕墻，凡是幕墻外露表面的單元板塊之間的縫隙，都用耐候硅酮密封膠涂敷，而且越嚴(yán)密越好。如果你不涂膠(詞條“涂膠”由行業(yè)大百科提供)，他說你偷工減料，這個概念在中國幕墻發(fā)展到今天，在有些業(yè)主甚至很多幕墻技術(shù)工作者的頭腦里已經(jīng)形成。導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范質(zhì)量不高，產(chǎn)品水平低下，生產(chǎn)廠家粗制濫造，安裝的鋁板幕墻向外變形。雖然也有建筑師和顧問要求幕墻采用開縫體系，但因施工廠家施工技術(shù)，施工成本等原因，往往很難落實(shí)或者落實(shí)后效果不理想，當(dāng)然也有的業(yè)主發(fā)現(xiàn)開縫后如北方天氣污染較嚴(yán)重，縫間有大量積灰，還有的縫間防水措施設(shè)計(jì)與施工不太合理，造成滲露嚴(yán)重，后期還得整改。所以開縫體系一直也沒有真正的大范圍運(yùn)用。

　　在發(fā)達(dá)國家如德國，對幕墻產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分嚴(yán)謹(jǐn)，他們經(jīng)過多年的技術(shù)探討和實(shí)踐總結(jié)，將幕墻產(chǎn)品分為兩大類，一類是保溫暖墻體系，另一類是裝飾冷墻體系。特介紹如下：

　　保溫暖墻體系：

　　顧名思義這種墻體主要功能是保溫，也就是對室內(nèi)外的熱交換有一定的阻滯作用的墻體，如內(nèi)外兩側(cè)都由鋁板或其它金屬板組成，中間采用聚氨脂、聚苯乙烯或巖棉等保溫材料復(fù)合的保溫墻體;再如建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用的隱框玻璃幕墻、全玻璃幕墻、點(diǎn)式駁接玻璃幕墻。這些墻體就像澆筑的混凝土和磚砌制的墻體一樣，隔斷室內(nèi)外的屏蔽只有一道屏蔽帶，不允許室內(nèi)外的空氣在這道屏蔽帶上產(chǎn)生對流，所以從工藝上必須密封幕墻上可能造成空氣滲透的一切縫隙，并保證使用年限內(nèi)的永久密封

　　裝飾冷墻體系：

　　這種冷墻體對建筑兩個作用，一是烘托建筑效果，二是防雨水對建筑表面的沖刷腐蝕，提高建筑的耐久年限。從材料上多數(shù)用鋁板、石材、玻璃等材料，使用部位多數(shù)是建筑不采光有結(jié)構(gòu)的外表面;從構(gòu)造上要求與建筑結(jié)構(gòu)保持一定的間隔，防雨水滲漏采用等壓原理設(shè)計(jì)，板塊間留有空氣交換的通道，保持幕墻與建筑結(jié)構(gòu)間隔內(nèi)的干燥，結(jié)露水易于排出。比較現(xiàn)代的開放式熱通道幕墻，實(shí)際從原理上就是在原有保溫暖墻體幕墻的外面又增加一道裝飾冷墻系統(tǒng)。

　　如果將裝飾冷墻體系按保溫暖墻施工，也就是將圖二裝飾冷墻上所有的通道全部用密封膠封死，會給居室?guī)�來如下隱患：

　　1.無論外層采用鋁板或是石材，有一層阻隔層必然因溫差而產(chǎn)生結(jié)露，幕墻的連接件會產(chǎn)生銹蝕，尤其兩種不同金屬連接件間因電位差不同，會在結(jié)露水的媒介下增強(qiáng)電化腐蝕，造成幕墻結(jié)構(gòu)松弛而降低使用壽命。

　　2.尤其外層采用鋁板或石板背面涂防腐(詞條“防腐”由行業(yè)大百科提供)漆后，板面本身不透氣，板面所有的縫隙再堵死，如果板面與墻體間隔大于40mm時，將產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，使間隔部位地基潮氣蒸騰加快，促使間隔里的潮氣濃度增加，這時如果保溫層的防潮層封閉不嚴(yán)，會造成保溫材料含濕量飽和而失去保溫作用。

　　3.有些工程因經(jīng)濟(jì)因素，既要有好的外表面花的錢又不能多，在土建結(jié)構(gòu)的外側(cè)不設(shè)保溫層和防水層，幕墻與結(jié)構(gòu)墻間隔中的潮氣因鋁板或者涂防腐劑的石材面層非常密實(shí)(縫間打膠處理)，不能向室外揮發(fā)，只能通過砼體或磚墻向室內(nèi)滲透。經(jīng)過高檔裝修住宅的墻壁在室內(nèi)側(cè)普遍都增加一層膠合板(詞條“膠合板”由行業(yè)大百科提供)，滲透室內(nèi)的潮氣得不到揮發(fā)，尤其濕度較大的廚房和不經(jīng)常開門的庫房，當(dāng)節(jié)氣過立春陽氣上升后，將產(chǎn)生難以入鼻的霉氣，嚴(yán)重地破壞了居室的衛(wèi)生環(huán)境。

　　4結(jié)露水大量地沉積在一樓地基外表并向墻里滲透，會造成墻體熱阻減小，墻基過早粉化，降低使用年限。

　　我國現(xiàn)在在建筑上采用的鋁板幕墻多數(shù)是以烘托建筑效果為主，與玻璃合理的搭配，顯示出清秀挺拔或莊重雄偉的現(xiàn)代建筑造型藝術(shù)效果，這類鋁板幕墻產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工上均歸為裝飾冷墻體系。但實(shí)際上我們現(xiàn)在一棟棟大樓的鋁板幕墻又是怎樣呢?從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安裝工藝上90%以上為保溫暖墻體系。從近看板塊縫隙間涂敷的耐候密封膠橫不平、豎不直、表面也不光滑，再加上密封膠硅油析出吸附灰塵較多，幕墻表面污濁不堪入目。在北方至少有30%的鋁板幕墻板塊向外變形，尤其是采用金屬氟碳漆噴涂的面板，板面稍有不平，便出現(xiàn)較大的反差，從遠(yuǎn)看整體鋁板幕墻表面如微風(fēng)湖水起波瀾，甚是難看，嚴(yán)重影響了建筑物的風(fēng)采。

　　本人認(rèn)為在我國目前的情況下，馬上禁止保溫暖墻體系的鋁板、石材幕墻應(yīng)用于建筑有結(jié)構(gòu)墻的裝飾部位，難度很大。其主要原因有國家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JGJ133-2001 金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》誤導(dǎo)較大，市場低價(jià)競爭，施工工期極度不合理等因素，在JGJ133規(guī)范里就沒有搞清楚什么是保溫暖墻，什么是裝飾冷墻。另一個原因是干密封式的鋁板、石材冷墻系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與現(xiàn)在的保溫暖幕墻產(chǎn)品結(jié)構(gòu)差異較大，絕不是將現(xiàn)有的鋁板、石材幕墻的嵌縫(詞條“嵌縫”由行業(yè)大百科提供)耐候膠去掉就變成了裝飾冷墻，這有一個技術(shù)的認(rèn)識提高過程。我想在編制鋁板、石材幕墻產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和編制這兩種產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)圖集時應(yīng)得以解決，但鋁板幕墻向外變形對新建大樓的形象影響太大，且極低的幕墻技藝很難與國際先進(jìn)技術(shù)接軌，需要馬上整治。

　　鋁板幕墻的板塊為什么會變形呢?筆者認(rèn)為有以下幾點(diǎn)主要因素造成的：

　　1.板塊沒有邊肋和中肋，風(fēng)壓和空氣漲力下造成變形。

　　這種變形現(xiàn)象多出現(xiàn)在采用鋁塑復(fù)合板為面板的幕墻上。建筑業(yè)主為了省錢，選用不正規(guī)的生產(chǎn)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(qiáng)度根本就不夠，板塊在正負(fù)風(fēng)壓作用下產(chǎn)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(yán)實(shí)，板面與結(jié)構(gòu)墻間隔里的空氣在陽光效應(yīng)下升溫，板塊在空氣漲力作用下造成向外變形變形。

　　2.板塊與幕墻結(jié)構(gòu)框架固定，熱應(yīng)力無法釋放產(chǎn)生變形。

　　鋁板幕墻在季節(jié)溫差較大地區(qū)，在春初秋末氣溫較低的季節(jié)，這時的陽光照射熱效很強(qiáng)，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(chǎn)生80℃以上的溫差，在鋁板尺寸較大時便會出現(xiàn)較大的線性膨脹差。如果幕墻板塊結(jié)構(gòu)采用折邊，將鋁板用螺釘固定在框架上的結(jié)構(gòu)(見圖三)，將造成鋁板板面的熱應(yīng)力無法釋放，迫使板面屈服，在空氣作用下向外出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

　　這種變形現(xiàn)象所示是相當(dāng)大的，尤其是鋁板里面的幕墻框架采用鋼型材(詞條“鋼型材”由行業(yè)大百科提供)時，因鋁的熱膨脹系數(shù)一般為鋼的2倍，所以同尺寸板產(chǎn)生的撓度將為表中數(shù)值的2倍。

　　筆者發(fā)現(xiàn)有的生產(chǎn)廠家在固定板塊的角碼上，沿板塊的長或?qū)挿较驅(qū)⒐潭ò鍓K的螺釘孔加工成長孔(見圖四)，但板安裝后仍然出現(xiàn)變形現(xiàn)象，并且這種連接方式達(dá)不到幕墻平面內(nèi)變形的要求。

　　3.面板與邊肋裝配時產(chǎn)生應(yīng)力變形

　　有的生產(chǎn)廠家為解決鋁板板塊板面的熱應(yīng)力變形，特別是面板采用鋁塑復(fù)合板時，在單元板塊的周邊加了一圈邊肋框，從生產(chǎn)工藝上是面板在刨槽機(jī)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?cái)嘟M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(xiàn)場經(jīng)常發(fā)現(xiàn)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(xiàn)不是框小就是板折邊尺寸過大(如圖五所示)。為保工期、不費(fèi)料，往往強(qiáng)行裝配，造成板面產(chǎn)生裝配應(yīng)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(chǎn)生向外的變形現(xiàn)象。

　　鋁板幕墻變形的整治辦法

　　幕墻產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最基本原則應(yīng)當(dāng)是,除保證強(qiáng)度外,無論是結(jié)構(gòu)框架還是飾面應(yīng)采用嵌入體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),決不允許產(chǎn)生熱應(yīng)力。如果產(chǎn)生熱應(yīng)力將造成構(gòu)件變形和破壞。要達(dá)到不產(chǎn)生熱應(yīng)力，各配合部位就要留出一定的空隙，設(shè)計(jì)者必須有恰到好處的結(jié)構(gòu)或密封材料(詞條“密封材料”由行業(yè)大百科提供)，來保證產(chǎn)品的氣密性和水密性。這是幕墻設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵所在。

　　1.鋁板幕墻板塊與框架必須為浮動連接

　　中國自從改革開放以來，各方面都在產(chǎn)生日新月異的變化，尤其建筑業(yè)，更是蓬蓬勃勃的先前發(fā)展。各地新式大樓如雨后春筍般不斷涌現(xiàn)，而且越建越高。要滿足超高層使用的幕墻，從結(jié)構(gòu)上：一是不能產(chǎn)生熱應(yīng)力,二是要滿足超高層建筑(詞條“超高層建筑”由行業(yè)大百科提供)因自振和在風(fēng)荷載(詞條“風(fēng)荷載”由行業(yè)大百科提供)作用下振幅加大,造成的幕墻平面內(nèi)變形的要求,而且在防震設(shè)計(jì)時，要按不同建筑結(jié)構(gòu)類型彈性計(jì)算的位移控制值的3倍進(jìn)行設(shè)計(jì)。比如在地震設(shè)防地區(qū)，有一棟層間高3.4m的框架結(jié)構(gòu)超高層建筑，幕墻的位移必須滿足25.5mm的要求。這就要求幕墻板塊在滿足強(qiáng)度要求的前提下，必須與結(jié)構(gòu)框架為浮動連接(如圖六、七所示)，這兩圖只是板塊連接的一種形式，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時可以設(shè)計(jì)多種結(jié)構(gòu)。但不論采用什么形式的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)原則是板塊連接結(jié)構(gòu)一定能吸收材料因溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力和地震產(chǎn)生的平面內(nèi)變形要求。

　　2.鋁板幕墻板塊消除裝配應(yīng)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(見圖四所示)，就是角碼的固定螺釘孔開成長孔,也解決不了熱應(yīng)力造成的變形問題.一個工程用的板塊數(shù)量較多,板塊尺寸有的差異較大,板塊的最大熱膨脹量因板塊的長寬尺寸不同,不是沿板的長寬方向變化,而是按三角形函數(shù)的正切函數(shù)值變化,不可能將工程用的每塊板的周邊上的每個角碼,都用計(jì)算機(jī)按角碼所在板的位置計(jì)算出可能膨脹的方向,按這個方向去開每個角碼的斜長孔。另一個因素是固定板塊的螺釘必須擰緊，鋁板在沒有邊肋的情況下，折邊處的強(qiáng)度很弱，很難把熱應(yīng)力傳到角碼上，讓角碼按溫差蠕動吸收熱膨脹量。因此這種角碼上開長孔的辦法解決不了鋁板變形的問題。

　　要想解決鋁板不變形，板塊與框架結(jié)構(gòu)必須為浮動連接。要想將熱應(yīng)力傳遞到板的折邊邊緣，必須要在板塊的折邊處增設(shè)邊肋進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，就是采用3mm厚的單鋁板在季節(jié)溫差較大的地區(qū)也要設(shè)置邊肋補(bǔ)強(qiáng)。為保證折邊的鋁板不產(chǎn)生圖三、裝配應(yīng)力，并保證鋁板塊的制作質(zhì)量，邊肋框應(yīng)設(shè)計(jì)為長寬可伸縮結(jié)構(gòu)。從公差與配合術(shù)語上講，板塊折成盒狀的尺寸為基準(zhǔn)孔，由邊肋框的伸縮來配合折邊板，邊肋框四個角的部位采用插接件連接(如圖八3節(jié)點(diǎn)所示)。邊肋框的橫豎桿件與插接件兩端各留2mm間隙,框的長寬調(diào)整量為4mm,這4mm足可以吸收板折邊與框組裝的加工偏差,可消除圖五的配合不當(dāng)影響質(zhì)量的現(xiàn)象。這個可伸縮的邊肋框不僅對熱應(yīng)力傳導(dǎo)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，而且還可以吸收邊肋在面板里邊因微小溫差造成的熱應(yīng)力變形，從而消除鋁板的變形現(xiàn)象，保證整體鋁板幕墻的平整度(詞條“平整度”由行業(yè)大百科提供)。

　　3.鋁板幕墻板塊的補(bǔ)強(qiáng)中肋應(yīng)為浮動連接

　　鋁板幕墻板塊的補(bǔ)強(qiáng)中肋與面板的連接大約有三種方式(見圖九)：結(jié)構(gòu)膠粘接、超強(qiáng)膠帶粘接、栽焊螺釘固定，其共同的特點(diǎn)都是將中肋與面板固定死，中肋兩端多數(shù)與邊肋框固定。

　　面板直接受陽光照射，補(bǔ)強(qiáng)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(xiàn)熱應(yīng)力，限制了面板沿補(bǔ)強(qiáng)肋軸向方向的膨脹。如果補(bǔ)強(qiáng)肋兩端與邊框肋固定，又限制了面板沿補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)中肋與板;連接采用圖八1、2節(jié)點(diǎn)，安裝順序是先將補(bǔ)強(qiáng)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(bǔ)強(qiáng)中肋由上向下卡入固定角碼，再用高強(qiáng)粘接膠沿補(bǔ)強(qiáng)中肋長度各三分之一處各粘一個壓板，將補(bǔ)強(qiáng)中肋壓住。注意補(bǔ)強(qiáng)中肋上部與壓板要留出2mm間隙，補(bǔ)強(qiáng)中肋端頭與角碼間也必須留出2mm間隙，這種浮動連接結(jié)構(gòu)面板與中肋不會產(chǎn)生熱應(yīng)力，即達(dá)到了補(bǔ)強(qiáng)作用又保證了面板的平整。

　　補(bǔ)強(qiáng)中肋的設(shè)計(jì)：

　　外形要求：有利于結(jié)露水向下滾落，達(dá)到y(tǒng)軸最大慣性矩

　　剛度計(jì)算：單跨中肋在正風(fēng)壓作用下按簡支梁受梯形荷載計(jì)算，在負(fù)風(fēng)壓作用下按簡支梁受三個均布集中力計(jì)算，其撓度不應(yīng)大于中肋跨度的1/300。

　　壓板的設(shè)計(jì)：

　　外形要求：有利于結(jié)露水向下滾落，有足夠的剛度

　　粘接膠：國產(chǎn)NJ-1系列高強(qiáng)型粘接膠

　　其性能：抗拉強(qiáng)度34N/mm2(金屬與金屬粘接)�？辜魪�(qiáng)度36N/mm2(金屬與金屬粘接)。固化溫度20℃以下15-50分，20℃以上1-20分，2-3小時達(dá)到最大強(qiáng)度。

　　4.金屬于石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范(JGJ133-2001)某些條款應(yīng)盡快修改

　　針對金屬板幕墻，這本技術(shù)規(guī)范的如下條款應(yīng)當(dāng)修改：

　　5.4.5 金屬板材應(yīng)沿周邊用螺釘固定與橫梁和立柱上，螺釘直徑不應(yīng)小于4mm，螺釘數(shù)量應(yīng)根據(jù)板材所承受的風(fēng)荷載和地震作用經(jīng)計(jì)算后確定。

　　6.4.3單層鋁板的加工應(yīng)符合下列規(guī)定中的第3條

　　3.單層鋁板的固定角碼應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。固定角碼可采用焊接、鉚接或在鋁板上直接沖壓而成，并應(yīng)位置準(zhǔn)確，調(diào)整方便。固定牢固;

　　條文說明中6.4.3款中的：

　　3.單層鋁板的固定角碼應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，固定角碼可采用焊接、鉚接、沖壓成型;