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摘要：本文介紹了超大鋁板幕墻的深化設(shè)計及加工，對四點掛接式超大鋁板的安裝設(shè)計，結(jié)構(gòu)計算，及鋁板加工進(jìn)行了設(shè)計及分析。
關(guān)鍵詞：超大鋁板;掛接式;鋁板背筋;鋁板加工
1 引言
隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，在大型公共建筑上建筑師為了滿足視覺效果，體現(xiàn)建筑大氣之感，建筑幕墻大分格面板設(shè)計開始廣泛應(yīng)用。鋁單板外觀形狀可以多樣化且色澤豐富持久，是建筑師常用的建筑材料之一。
目前對于超大鋁板幕墻的設(shè)計存在兩大難點。首先是超大鋁板安裝難度大，安裝速度和精度不好控制。其次是超大鋁板面積大，難以保證強度（詞條“強度”由行業(yè)大百科提供）及板面平整度等問題，尤其是在臺風(fēng)多發(fā)區(qū)，對于超大鋁板幕墻的設(shè)計及加工提出了更高的要求。
本文即是針對此廈門英藍(lán)國際金融中心項目的掛接式超大板塊鋁板幕墻系統(tǒng)在強風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）條件下的設(shè)計及加工問題進(jìn)行解析。
廈門英藍(lán)國際金融中心是廈門市標(biāo)志性建筑，位于廈門島的東端海岸線上，展示出擁抱海峽的開放姿態(tài)，建筑呈大型門型風(fēng)格，屬國內(nèi)單體少有的建筑物，整體氣勢恢宏，建筑細(xì)節(jié)處理上又不失優(yōu)雅入微，建成后將成為海峽兩岸金融中心的核心坐標(biāo)，建筑面積約30萬平米：幕墻面積13萬平米;單體規(guī)模之大囯內(nèi)少有，整體氣勢恢宏，建筑細(xì)節(jié)處理上又不失優(yōu)雅入微，建成后將成為海峽兩岸金融中心的核心坐標(biāo)。
本項目所在地為福建省廈門市，風(fēng)壓設(shè)計年限50年，城市基本風(fēng)壓0.8KN/㎡，基本風(fēng)壓幾乎是內(nèi)陸城市的2倍，且安裝方式為四點掛接。這就需要在設(shè)計方面鋁板幕墻系統(tǒng)不僅滿足超強受力要求，還需保證安裝的便捷性和可控性。在加工方面進(jìn)行設(shè)計及深度把控，保證超大鋁板板塊表面平直度等質(zhì)量要求，從而保證安裝效果，滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)。
2 鋁板背筋系統(tǒng)設(shè)計
本文中的超大鋁板板塊最大尺寸4410mmx1355mm，采用四點掛接體系，因此鋁板背筋是鋁板受力的第一道屏障。鋁板背筋系統(tǒng)直接承受鋁板板面?zhèn)鬟f的荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供），然后通過四個掛接點將力傳遞至鋼立柱上。因此鋁板背筋系統(tǒng)設(shè)計是保證整個系統(tǒng)保證受力和實現(xiàn)最終效果的關(guān)鍵。
2.1鋁板背筋設(shè)計原則
鋁板背筋的連接方式通常為植釘?shù)姆绞剑朔N連接使加強筋與鋁板面材之間屬于點狀固接，且由于人工固定螺母（詞條“螺母”由行業(yè)大百科提供）是扭緊力矩的隨意性，易造成板面由于點狀繃緊產(chǎn)生變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）。
本文中超大鋁板板塊背筋連接設(shè)計為硅酮耐候結(jié)構(gòu)膠連接，此種連接使加強筋和鋁板面材之間形成線性固接。且為保證背筋連接的長效安全性，在結(jié)構(gòu)膠固接的基礎(chǔ)上增加了焊釘進(jìn)行機械連接，作為安全附加措施。
為保證鋁板板面的強度、板面平整度及鋁板跨中撓度變形及掛接要求，背筋系統(tǒng)根據(jù)鋁板的受力特點設(shè)計為主次兩種，均為閉口型材，具有強度高，易組裝等特點。(圖1和圖2)
2.2鋁板計算簡圖
根據(jù)上述分析，繪制鋁板計算簡圖，初步確定主次背筋布置尺寸及掛點位置。鋁板計算形式為四點支撐，豎向布置兩道主背筋，橫向布置兩道主背筋，其余背筋采用次背筋。待有限元（詞條“有限元”由行業(yè)大百科提供）計算分析確定。(圖3)
2.3強度計算
根據(jù)上述鋁板計算簡圖建模，進(jìn)行有限元分析，本項目鋁板面板材（詞條“板材”由行業(yè)大百科提供）質(zhì)選用3003-H14，鋁板背筋材質(zhì)選用6063-T6。
鋁板板面強度滿足計算要求
鋁板背筋強度滿足計算要求
2.4撓度計算
鋁板撓度滿足計算要求
鋁板背筋撓度滿足計算要求
通過上述計算分析驗證了主次背筋布置的方式，在四點掛接下鋁板自身的強度和撓度均滿足設(shè)計要求，且通過軟件可求得四點的支座反力，用于計算分析鋁板的掛接系統(tǒng)。
3 鋁板掛接系統(tǒng)設(shè)計
原設(shè)計方案為4mm鋁合金連接耳板安裝于鋼立柱上，在鋁板背筋上安裝不銹鋼連接掛軸，直接將鋁板通過掛軸直接掛在連接耳板上，此種方式無法安裝調(diào)節(jié)，不能滿足鋁板的安裝精度要求。
通過分析板塊規(guī)格和安裝方式等特點，將大板塊鋁板幕墻設(shè)計為單元體式系統(tǒng)，鋁板掛接系統(tǒng)為三維可調(diào)節(jié)的鋁合金掛接系統(tǒng)，進(jìn)出方向和高度方向均為雙調(diào)節(jié)設(shè)計，滿足鋁板加工誤差調(diào)節(jié)，鋼龍骨（詞條“龍骨”由行業(yè)大百科提供）安裝誤差調(diào)節(jié)等。通過受力計算確定掛接系統(tǒng)的材質(zhì)為6061-T6。(圖4、圖5、圖6)
由于掛接點在鋁板內(nèi)部，為保證鋁板的安裝便捷性將左右限位設(shè)計在鋁板兩側(cè)邊部，即單塊鋁板吊裝安裝完畢后，再安裝左右限位裝置，調(diào)整好尺寸后再進(jìn)行下一塊鋁板的安裝。(圖7)
4 鋁板加工設(shè)計
為保證超大鋁板的背筋系統(tǒng)組裝滿足設(shè)計要求及平整度等外觀要求，在鋁板加工中需要對加工過程層層把控，從鈑金加工到背筋安裝到植釘?shù)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>噴涂到結(jié)構(gòu)膠粘接等均進(jìn)行質(zhì)量控制。
4.1加工工序要求
主次背筋之間采用角鋁及螺釘連接，要求鋁板背筋安裝時，安裝按照以下工序進(jìn)行加工。由于超大鋁板加工的特殊性，在加工工序中，設(shè)置板面打磨調(diào)整平整度和加工廠預(yù)拼裝等工序，在預(yù)拼裝工序滿足設(shè)計要求后，才可進(jìn)行鋁板噴涂。
4.2焊釘技術(shù)及質(zhì)量要求
本項目單層鋁板加勁肋的固定采用電栓釘，但在加工時應(yīng)確保鋁板外表面不變形、褪色，固定應(yīng)牢固。植釘間距 350mm以內(nèi)均布。
焊栓質(zhì)量要求
a、用扳手扳彎到30°，無裂痕或脫落;(圖8)
b、用錘子錘彎到30°，無裂痕或脫落;(圖9)
c、扭力達(dá)到31.6kgf.cm，無脫落、斷釘;(圖10)
d、要求等強度焊接，且拉力≥2000N。并經(jīng)拉拔測試進(jìn)行檢驗。
4.3背筋安裝技術(shù)及質(zhì)量要求
在焊釘安裝及測試結(jié)束后，安裝背筋。背筋按照鋁板加工圖先安裝豎向兩道主背筋(豎向主背筋通長布置)，再安裝橫向兩道主背筋，最后安裝次背筋。橫、豎背筋交接處采用L40X4鋁合金角鋁固定。角鋁兩個方向分別安裝4-ST4.8x22不銹鋼自攻釘與主、次背筋螺接，確保連接部位的牢固。
另外加強筋與鋁板折邊不適宜進(jìn)行牢固連接，因為在溫度變化下，鋁板與加強筋受影響的長度變形量不同，如果兩頭牢固連接將影響鋁板的自由伸縮。加強肋與折邊連接的越牢固，越容易對鋁板造成損害。因為鋁板在噴涂烘烤的高溫條件下，極易受重力影響而變形，大板面鋁板在烘烤前，應(yīng)該首先安裝好加強肋。而且噴涂后再利用閃光焊接技術(shù)固接加強肋，可能會導(dǎo)致板面出現(xiàn)變形痕跡。
綜上所述，加強肋安裝的正確方式可總結(jié)為：在鋁板噴涂前安裝加強肋，加強肋兩頭不要與折邊連接且預(yù)留2mm左右的伸縮縫。(圖12和圖13)
4.4板面尺寸初檢驗技術(shù)及質(zhì)量要求
在全部背筋安裝完畢并鎖緊后，首先對板面平整度進(jìn)行檢測。我國相關(guān)行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于金屬幕墻平整度的內(nèi)容，如《GB/T23443-2009建筑裝飾（詞條“建筑裝飾”由行業(yè)大百科提供）用鋁單板》、《GB50210-2001建筑裝飾裝修工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》等，要求幕墻表面平整度≤2mm，采用靠尺或塞尺進(jìn)行檢測。
同時對基層厚度、長度、寬度、對角線、對邊尺寸、折邊角度及折邊高度等進(jìn)行檢測。并符合《GB/T23443-2009建筑裝飾用鋁單板》中7.3的要求。(圖14)
4.5預(yù)拼裝技術(shù)及質(zhì)量要求
鋁板在面層噴涂前要進(jìn)行板塊的預(yù)拼裝，此做法目的在于通過相鄰板塊的預(yù)拼裝模擬現(xiàn)場的安裝后效果。對板面的尺寸及交接部位的角部處理方式進(jìn)行校核，若出現(xiàn)縫隙過大或者過小，就一定存在板面尺寸的偏差，并及時做出調(diào)整，為后續(xù)的現(xiàn)場安裝提供便利，很好的避免了返工的情況發(fā)生。(圖15)
4.6鋁板噴涂技術(shù)及質(zhì)量要求
鋁板表面為PVDF氟碳噴涂處理，采用“三涂兩烤”工藝。三涂涂層的厚度≥40μm±5μm。其中面漆層厚度(20~30μm)，罩面漆涂層(5~10μm)。平均膜厚42μm，最小局部膜厚39μm。檢測依據(jù)應(yīng)符合《GB/T23443-2009》及《GB/T4957-2003》要求。
4.7背筋兩側(cè)粘結(jié)結(jié)構(gòu)膠技術(shù)及質(zhì)量要求
鋁板噴涂結(jié)束后，對鋁板背筋兩側(cè)粘結(jié)結(jié)構(gòu)膠(此目的在前文中已講過，不再贅述)，要求粘結(jié)結(jié)構(gòu)膠之前應(yīng)清潔注膠部位的材料表面。因結(jié)構(gòu)膠的黏附力依賴于表面的接觸，因此，在使用結(jié)構(gòu)膠之前，一定要確保需要黏附的表面干凈、干燥、無油污和灰塵。如果表面有殘留物，將會影響結(jié)構(gòu)的黏附效果。同時結(jié)構(gòu)膠的黏附效果也會受到環(huán)境的溫度和濕度的影響。一般來說，結(jié)構(gòu)膠廠家使用時需要將溫度控制在15℃至30℃之間，濕度控制在30%至75%之間。如果溫度過低或者濕度過高，結(jié)構(gòu)膠的黏附效果也將受到負(fù)面影響。打膠量需要掌握得當(dāng)。太多或太少，都會影響結(jié)構(gòu)膠的黏附效果。(圖16)
4.8鋁板出廠前尺寸終檢驗
鋁板各項加工工序均完成后，在出廠前要求對板面尺寸進(jìn)行最終的檢驗，技術(shù)及質(zhì)量要求與初檢驗一致。確保合格后方可發(fā)至現(xiàn)場。對不符合要求的板進(jìn)行調(diào)整，直至滿足各項要求方可離廠。(圖17、圖18、圖19)
通過以上對鋁板加工設(shè)計控制，鋁板的背筋組裝及外觀效果滿足相關(guān)規(guī)范及項目驗收標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)語
隨著幕墻的不斷發(fā)展，建筑形式更加的多樣化和個性化，所以對于幕墻工程師來說，要對每個系統(tǒng)設(shè)計及加工精益求精，才可以保證幕墻的最終實現(xiàn)效果。
本文通過上述對沿海城市強風(fēng)環(huán)境下，大板塊的背筋及掛接系統(tǒng)的設(shè)計及受力分析，和對鋁板加工過程中的加工工序及質(zhì)量把控，來保證超大鋁板的加工質(zhì)量、外觀要求及鋁板的受力和安裝要求，滿足設(shè)計的最終效果。
本文中所介紹的內(nèi)容是在設(shè)計與施工中一些經(jīng)驗總結(jié)，望與幕墻同仁共同分析與探討
參考文獻(xiàn)
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作者單位：北京凌云宏達(dá)幕墻工程有限公司
