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摘要:本文通過工程案例，簡要闡述混凝土制品-高性能混凝土(以下簡稱HPC)在幕墻工程中的應用。《中國人民大學新校區(qū)-西區(qū)學部樓》幕墻工程，本項目幕墻主要有復合新型高性能混凝土幕墻(以下簡稱HPC復合新型幕墻)、矩陣型洞窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）、框支承明框玻璃幕墻、菱形夾具點支撐玻璃幕墻、金字塔玻璃采光頂等幕墻,主要以HPC復合新型高性能混凝土幕墻為主，占整個項目幕墻的80%左右。
本文通過《中國人民大學新校區(qū)-西區(qū)學部樓》幕墻工程案例，簡要闡述HPC復合新型幕墻設計過程及要點，并且結(jié)合已完《江蘇園博園孔山礦片區(qū)-崖壁劇院》工程，講述HPC復合新型幕墻的應用心得。
作為復合新型幕墻體系， HPC復合新型幕墻完美的適應了當下建筑節(jié)能要求，能夠滿足建筑節(jié)能功能需要。HPC板可單層使用，也可以復合使用，當單層使用時，保溫巖棉可與HPC板粘貼，通過熱鍍鋅鋼板和背負鋼架一起復合使用。當復合使用時，保溫巖棉夾在內(nèi)、外頁板之間，復合產(chǎn)品最小厚度可做到160mm左右，建筑整體熱工可達0.43 W/㎡.K以下。
HPC復合新型幕墻作為建筑幕墻的新成員，可滿足《建筑設計防火規(guī)范》、《高層民用建筑設計防火規(guī)范》及保溫、節(jié)能等相關(guān)規(guī)范要求。
HPC復合新型幕墻的生產(chǎn)制作，完全滿足工業(yè)化生產(chǎn)標準的要求。產(chǎn)品生產(chǎn)、制作等工藝均在工廠完成，工地現(xiàn)場主要是組織吊裝、安裝等工藝。在某種程度上，此產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品品質(zhì)、外觀特征，決定了建筑本身的品質(zhì)和質(zhì)量，同時也提升了建筑的藝術(shù)品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：高性能混凝土(以下簡稱HPC)、超高性能混凝土(以下簡稱UHPC)、背負鋼架、玻璃幕墻、框支承、點支承、建筑品質(zhì)、HPC復合新型高性能混凝土幕墻(HPC復合新型幕墻)。
1.引言
隨著時代的發(fā)展，建筑幕墻產(chǎn)品類型日新月異，新型產(chǎn)品層出不窮，在這種時代背景的召喚中，一種新型高強度的混泥土制品幕墻孕育而生，它打破了常規(guī)幕墻的外墻保溫（詞條“外墻保溫”由行業(yè)大百科提供）傳統(tǒng)，與建筑外墻保溫體系相結(jié)合，組合成一種新型自帶保溫的幕墻新體系—復合新型高性能混凝土幕墻。本文通過項目案例，對這種復合新型高性能混凝土幕墻在幕墻設計中應注意的基本細節(jié)、連接體系及受力體系進行簡要闡述。
在工程實際應用中，用于建筑幕墻的高性能混泥土制品主要有高性能混凝土制品(簡稱HPC)和超高性能混凝土制品(簡稱UHPC)，HPC和UHPC是一種高強度的混凝土制品。在常規(guī)的工程應用中,混凝土制品的開裂是無法避免的,而HPC和 UHPC對較普通混凝土來說,其韌性、抗裂性能及抗壓強度（詞條“抗壓強度”由行業(yè)大百科提供）等均有大幅度提升,并且在一些特殊的環(huán)境里也有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供）。HPC復合新型幕墻既有普通幕墻的基本功能(即建筑的美觀性，幕墻的安全性，水密性、氣密性、保溫性、隔聲性、抗震性等性能)，也有其獨特的外觀藝術(shù)性。其產(chǎn)品在生產(chǎn)施工方面，HPC復合新型幕墻全方位的實現(xiàn)了產(chǎn)品工業(yè)化生產(chǎn)。HPC復合新型幕墻產(chǎn)品均在工廠生產(chǎn)、加工、組裝，有效的提升了建筑幕墻產(chǎn)品的質(zhì)量，增強了建筑產(chǎn)品的品質(zhì)，同時也為建筑幕墻行業(yè)發(fā)展提供了新的發(fā)展方向。
2.項目工程概況
中國人民大學通州新校區(qū)位于北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)，北京城市副中心核心區(qū)域，毗鄰北京行政辦公區(qū)，四至范圍為東至春明西街、南至運河東大街、西至前北營街、北至兆善大街。中國人民大學通州新校區(qū)-西區(qū)學部樓(以下簡稱本項目)位于北京市通州新城地塊內(nèi)，地處新校園區(qū)西入口北側(cè)，毗鄰副中心行政辦公區(qū)，東臨暢合西路(35米城市次干路)，南臨明德街(35米城市支路)，北側(cè)為綠地，總建設用地面積約19880.805㎡。新校區(qū)學部樓共劃分為新聞學院樓、藝術(shù)學院樓、未來傳播創(chuàng)新中心，整個學部樓是新校區(qū)的重要的空間節(jié)點（詞條“節(jié)點”由行業(yè)大百科提供）。集教學、研究、辦公為一體的綜合型學部樓。
新校區(qū)學部樓幕墻總面積約4萬平方米，幕墻主要有： HPC復合新型幕墻、HPC單板幕墻、金屬鋁板幕墻、金字塔玻璃采光天窗、夾板點式玻璃幕墻、銹蝕耐候鋼欄板、矩陣型洞窗、鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）拉板網(wǎng)幕墻等。新校區(qū)學部樓主要以HPC復合新型幕墻、HPC單板幕墻為主。約占整個建筑幕墻的80%左右。
3、高性能混泥土(HPC)的組成及原理：
高性能混泥土主要成分是水、高標號白色硅酸鹽水泥，精制石英砂、耐堿玻璃纖維、減縮劑(高效減水劑、塑化劑、緩凝劑、早強劑、防銹劑（詞條“防銹劑”由行業(yè)大百科提供）等)、膨脹劑、配以適量鋼筋、不銹鋼絲網(wǎng)片等材料，以緊密堆積理論設計配合比的混合細骨料產(chǎn)品。其中玻璃纖維、減縮劑、膨脹劑對產(chǎn)品的的工作性能、力學性能、體積穩(wěn)定性影響較大。主要涵蓋如下情況:
(1)對于高性能混泥土的工作性能,玻璃纖維、減縮劑、膨脹劑的使用會導致高性能混泥土流動性降低,并且流動性隨著摻量的增加而降低。
(2)對于高性能混泥土的力學性能和開裂性能,玻璃纖維可以提高抗壓強度和抗折強度,并均隨著摻量的增加而增大。減縮劑和膨脹劑的使用,會引起其抗壓強度和抗折強度出現(xiàn)適當減小,并且減縮劑和膨脹劑的摻量越多,抗壓強度和抗折強度減小的越明顯。
(3)對于高性能混泥土的體積穩(wěn)定性,減縮劑和膨脹劑的使用對其體積收縮現(xiàn)象也有抑制作用。對于力學性能,其抗壓強度、劈裂抗拉強度均隨著摻量的增加而增大。對于熱工性能,玻璃纖維會是的降低導熱系數(shù),提高保溫性能。
(4)對于高性能混泥土的抗裂性及強度,增加玻璃纖維的摻量，無疑是最好的技術(shù)措施，綜合考慮高性能混泥土的性價比，可適當配以少了的鋼筋和不銹鋼絲網(wǎng)片，也可提升高性能混泥土的抗裂性及強度。
4、HPC復合新型幕墻設計原則
HPC復合新型幕墻作為建筑幕墻新成員，其設計原則和方法，遵循《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》和《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范的相關(guān)原則和規(guī)定，主要設計原則如下：
4.1. HPC復合新型幕墻結(jié)構(gòu)應進行承載能力（詞條“承載能力”由行業(yè)大百科提供）極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。HPC復合新型幕墻的結(jié)構(gòu)設計使用年限不應少于25年;大跨度鋼結(jié)構(gòu)支承體系和預埋件的設計使用年限宜按主體結(jié)構(gòu)的設計使用年限確定。
4.2 非抗震設計的HPC復合新型幕墻，應計算重力荷載和風荷載效應;抗震設計的HPC復合新型幕墻，應計算重力荷載、風荷載和地震作用效應。
當溫度作用不可忽略時，高性能混泥土幕墻結(jié)構(gòu)設計（詞條“結(jié)構(gòu)設計”由行業(yè)大百科提供）應考慮溫度效應影響。
4.3. HPC復合新型幕墻結(jié)構(gòu)在施工階段和正常使用階段的作用可按彈性方法分別計算，并按規(guī)范規(guī)定的要求進行作用組合。HPC復合新型幕墻結(jié)構(gòu)應按最不利作用組合進行設計。
4.4. HPC復合新型幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件（詞條“結(jié)構(gòu)構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）應按下列規(guī)定驗算承載力和撓度：
向受彎桿件，兩個方向的撓度應分別符合本條第3款的規(guī)定。
4.5 當HPC復合新型幕墻相對于結(jié)構(gòu)掛點有偏心時，結(jié)構(gòu)掛點設計時應考慮重力荷載偏心產(chǎn)生的不利影響。
4.6 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受拉承載力應按凈截面計算;受壓承載力應按有效凈截面計算;穩(wěn)定性應按有效截面計算。構(gòu)件的變形（詞條“變形”由行業(yè)大百科提供）和穩(wěn)定系數(shù)可按毛截面計算。
4.7 采用螺栓連接、掛接或插接的HPC復合新型幕墻構(gòu)件，應采取可靠的防松動、防滑移、防脫離措施。
4.9 除上述規(guī)定外，HPC復合新型幕墻的金屬支承結(jié)構(gòu)及面板設計應符合現(xiàn)行國家標準《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50017、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50018和《鋁合金結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》GB 50429的有關(guān)規(guī)定。
5、本項目的HPC復合新型幕墻設計：
中國人民大學通州新校區(qū)幕墻主要以HPC復合新型幕墻為主，約占本項目幕墻整體數(shù)量的80%左右。HPC復合新型幕墻采用內(nèi)、外HPC頁板復合而成。內(nèi)、外HPC頁板通過不銹鋼空間網(wǎng)格片一體澆筑，內(nèi)、外頁板厚度不小于30mm，中間復合層為不小于100mm厚、容重不小于120Kg/立方米的保溫巖棉，總厚度不小于160mm。四周各端部采用不小于60mm厚A級聚苯顆粒或聚氨酯等保溫材料密封封堵，內(nèi)、外墻板（詞條“墻板”由行業(yè)大百科提供）邊部采用帶尼龍斷熱的鋼桁架（詞條“鋼桁架”由行業(yè)大百科提供）連接，中間間距@500mm布置加強肋板、面積不大于0.5平米，采用帶斷熱的鋼筋網(wǎng)片進行內(nèi)外面板一體澆筑連接。
HPC復合新型幕墻產(chǎn)品預制時,將連接埋件、連接奧氏體不銹鋼螺栓套筒一起澆筑，確保有可靠連接。HPC復合新型幕墻單元板塊之間通過鋁合金單元框組合、硅橡膠條密封，膠條通過單元框插接形成等壓空腔。幕墻受力體系可采用掛接或坐立受力體系均可。掛接或坐立受力端應通過轉(zhuǎn)接牛腿與主體結(jié)構(gòu)連接，同時滿足三維調(diào)節(jié)。設置防滑、防脫落措施。
HPC復合新型幕墻單元板塊室內(nèi)分格縫隙可采用鋁合金、聚氨酯型材或不銹鋼U槽嵌縫，或通過碳纖維網(wǎng)格布粘接。最終方式可由室內(nèi)設計和甲方要求共同選擇。
6、HPC復合新型幕墻層間設計
HPC復合新型幕墻層間設計遵循《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》及《建筑設計防火規(guī)范》等規(guī)范的相關(guān)規(guī)定和原則：
(1)幕墻板塊與主體結(jié)構(gòu)的連接形式采用單支掛接設計，同時滿足三維調(diào)節(jié)。
(2) 幕墻層間防火檻墻高度要求：室內(nèi)有噴淋，防火高度不小于800mm，室內(nèi)無噴淋，防火高度不小于1200mm。
(3) 上、下板塊之間應留有不小于20mm的伸縮變形的縫隙，單元板塊接縫采用通長鋁合金型材插接，左、右板塊采用長度不小于400mm的鋁合金插芯連接，插芯與單元型材應緊密配合，通過硅橡膠條密封。
(4) 幕墻防火采用1.5mm厚熱鍍鋅鋼板支托、防火巖棉厚度不小于200mm、2道或通高填充。防火極限滿足建筑設計要求。鍍鋅（詞條“鍍鋅”由行業(yè)大百科提供）鋼板與樓層板間縫隙，采用防火密封膠密封。各層水平防火層連續(xù)、不間斷。
7、HPC復合新型幕墻抗震設計
根據(jù)建筑設計抗震規(guī)范要求，本項目按8度(0.2g)抗震設防設計。HPC復合新型幕墻的面板與主體的掛件采用防脫、防滑設計措施。抗震設防的基本原則遵循“三個水準”為抗震設防目標：
第一水準：當遭受低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用。
第二水準：當遭受相當于本地區(qū)的抗震設防烈度的地震影響時，可能損壞經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。
第三水準：當遭遇高于本地區(qū)抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，不致于倒塌或發(fā)生危險及生命的嚴重破壞。
通過《預制外掛板抗震性能試驗》檢測，本項目抗震設計滿足規(guī)范相關(guān)要求。抗震試驗標準節(jié)點如下：
8、結(jié)論
《中國人民大學通州新校區(qū)學部樓》幕墻工程,地處北京市通州區(qū)，地面粗糙度為B類，建筑幕墻設計使用年限為25年，抗震設防烈度按8度(0.2g)，建筑高度為28.150米。建筑標準層高為4.4米， 裙樓標準層高5.1米。通過有限元（詞條“有限元”由行業(yè)大百科提供）力學分析，幕墻滿足本項目的設計要求。并在幕墻施工前進行幕墻性能檢測，HPC復合新型幕墻各項性能，滿足設計要求。
本工程幕墻防火等級為二級, 極限防火時效不低于1小時。防火巖棉的容重為140Kg/m3，防火層間防火巖棉厚度為100mm。層間防火層采用雙道防火措施。防火密封膠密封。
依據(jù)建筑設計要求，外墻非透明幕墻整體傳熱系數(shù)不大于0.45 W/㎡.K。新型復合型高性能混凝土幕墻為非透明幕墻，內(nèi)、外頁板厚度為30mm，中間復合100mm厚容重120Kg/立方米的保溫巖棉，端部為50mm厚聚苯A級保溫顆粒封堵，通過軟件計算，幕墻整體K值小于0.45 W/㎡.K，滿足建筑設計要求。
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作者單位：中國建筑設計研究院有限公司
建筑帷幕設計咨詢中心
