咨询热线

18929194403
0769-81158050

您现在所在位置:首页 > 新闻中心 > 公司新闻 > 正文

建筑幕墙大分格铝板平整度控制问题简析

文章出处:人气:0发表时间:2018/3/25 13:29:30

摘 要: 本文阐述了建筑幕墙大分格铝板在表面平整度控制方面应考虑的问题。首先以某工程实例引出大分格铝板加强肋设置对幕墙表面效果影响; 其次采用 SAP2000 软件对铝板与加强肋组成整体结构的内力和变形进行计算; 最后针对所出现的问题进行剖析、总结,对以后同类工程提出建议。

1、工程实例中出现的问题:

  当今建筑形态蓬勃发展,大型公共建筑幕墙造型往往复杂多变,建筑师为满足此类建筑的空间需求,多采用大跨度空间结构,相应造成了建筑幕墙大分格面板的广泛使用。

  如某大型公建工程,外立面采用大分格造型铝板,横向分格达3750mm。这种大分格非平面铝板受风荷载作用较为复杂,各表面分别受到正、负风压。此三维轴测图所示该建筑外立面形式。

图 1. 1 某大分格异形铝板立面图

图 1. 1 某大分格异形铝板立面图

  铝板垂直投影高度 950mm,展开尺寸为 1395mm,为上下两端长边支承。在受力复杂的情况下,为了保证铝板表面平整度和跨中变形满足规范要求,须考虑在铝板背侧设置加强肋,将铝板跨中荷载分配至支承端,相当于加强肋从受力上把铝板的横向宽度降低,提高了刚度。铝板截面呈不规则槽形,背面采用 30* 30* 3 铝型材作为加强肋等距均布,加强肋和面材采用闪光焊螺柱固接。

  在铝板部分上墙后,整体效果基本满足建筑师要求,但在日照强烈时从特定角度观察,会观察到板面加强肋部位的阴影现象( 如图 1. 3) 。这种现象分布无规律,只有特定情况下才可观察到。

  对照我国相关行业规范和标准中关于金属幕墙平整度的内容,如《GB /T23443 - 2009 建筑装饰用铝单板》、《GB50210 - 2001 建筑装饰装修工程施工质量验收规范》、《DGJ08 -56 - 2012 上海市建筑幕墙工程技术规范》等,其要求基本一致,即“幕墙表面平整度≤2mm,用 2m 靠尺和塞尺检查”

图 1. 2 铝板轴测图图 1. 3 铝板幕墙现场图

  本工程对未安装和已上墙铝板随机抽取,并进行表面平整度检测,检测结果为: 1. 0 ~ 1. 5mm/m,均满足规范要求。但为何在特定光线、特定角度还会观察到铝板阴影现象? 下文展开进一步分析。

2、针对问题的技术分析:

2. 1、理论力学模型分析:

  首先我们对铝板的各类工况进行受力分析,从力学角度判断铝板的加强肋布置等构造是满足要求的。选取最大分格尺寸铝板在最不利荷载组合下进行计算,铝板为 3mm 铝单板,固定形式为对边支承。在计算时,铝板自重由软件加载,铝板承受的荷载为风荷载,设计值为2. 7k N / m2。铝板由面材和 6 条加强肋组成,面材和加强肋由 M6 螺钉紧固,在接触部位 X、Y、Z 方向线位移和角位移应协调一致,加强肋转折处采用连接片通过螺栓连接,能承担约束力矩及反力,可视为刚结点。为更好地摸拟铝板和加强肋之间的空间协调变形及承载能力,铝板整体可视为空间壳体结构,加强肋视为空间梁,二者共同承担荷载。

 铝板 跨 中 最 大 变 形 值 为 df=7. 0mm≤780 /90 = 8. 6mm。加强肋最大变形值为 df= 2. 4mm≤750 /180 = 4. 3mm。铝 板 最 大 应 力 值 为 σmax =49MPa≤fa = 89MPa,满足要求。在强度工况作用下加强肋应力值为: σmax= 65. 2MPa≤fa = 90MPa( 材质 6063—T5) 。从力学角度分析来看,铝板造型刚度和强度满足要求。

图 2. 1 铝板跨中变形分析模型

图 2. 1 铝板跨中变形分析模型

2. 2、 加工工况模拟分析:

  我们观察到铝板出现“阴影”现象是在基本无风的环境下,由此可认为风荷载对铝板“阴影”的影响是非常小的,因此我们从铝板加工工艺方面做进一步的分析。本工程幕墙铝板长度达 3750mm,高度展开达1395mm,在预处理及加工过程中,调平工序只能让变形量尽可能减小,但无法完全消除。而加强肋铝型材长度较短,其垂直度完全可以确保。这样加强肋就和面材间必定存在微小间隙。

  加强肋相较铝板其抵抗矩更大,这样当加强肋固定螺栓扭紧时,与面材连接会非常紧密,抵抗矩较大的加强肋强制约束抵抗矩较小的铝板面材,微小变形的面材在加强肋区域呈紧绷垂直状态,而非加强肋区域的铝板呈自由状态,其变形具有一定规律。紧绷状态下面材受到强制约束后,和非加强肋区域取材的自由状态相比,变形值可能明显小于后者,会造成突变现象。尽管这种变形值非常小,但是在特定条件下可以观察到铝板的“阴影”。实际上这种“阴影”现象就是在铝板面受荷载非常小时,加强肋处的铝板变形异于大面铝板变形的表现。

2. 3、板面涂层处理分析:

  本工程铝板表面为 PVDF 氟碳喷涂处理,采用“三涂两烤”工艺。三涂是指“底漆 + 面漆 + 罩光漆”,其三涂涂层的厚度≥40μm ± 5μm。其中面漆涂层最厚( 20 ~ 30μm) ,而罩光漆涂层( 5 ~ 10μm) 主要目的是更有效地增强漆层抗外界侵蚀能力。为保证建筑外观效果,罩光漆涂层里面加入金属粉,使铝板表面光泽度更强、反射率更高。然而这种表面处理方式,让人在光照强烈的情况下视觉上加剧了由于铝板面变形不一而产生的“阴影”现象,尽管这种变形量实际是非常微小的( 通常都在 1mm 以下) 。观察者在近距离正视时,却无法察觉这类变形的存在。

3、幕墙铝板平整度控制的优化建议:

3. 1、关于板块分格尺寸的确定:

  幕墙工程中,大尺寸玻璃板块由于安装时四边紧固力不一而产生细微变形,易造成平整度欠佳的观感。同样,大分格铝板由于版幅过大也存在平整度方面的问题,其中吊顶铝板尤为明显。为解决大分格铝板平整度问题,一般会采取在铝板背面设置加强肋的方案,但从上文分析中加强肋的影响来看,在铝板面材计算条件满足的情况下应尽可能少量布置加强肋,其一可以减少加强肋对铝板带来的二次影响,其二也可以节约造价。

  通常情况下,铝板短边边长应尽量控制在 600mm 以内,长边可以适量加长,但也应尽可能控制在 1200mm ~ 1800mm 范围内,这样的铝板自身变形量较小,即使不设置加强肋,铝板面材平整度也能满足规范及设计要求,同时也避免了上文叙述的加强肋对铝板强制约束引起的“阴影”现象。如铝板短边长度超过 600mm,根据计算有必要安装加强肋,并且视长短边情况设置单向加强肋或双向加强肋,以确保铝板在风荷载条件下变形在规范许可范围内。

3. 2、铝板材料的选择:

  ( 1) 铝单板。建筑用铝板通常为 3000 系和 5000 系两大系列: ①3000 系列铝板的锰元素含量在 1. 0% ~ 1. 5% 之间,防锈功能较好。我国 3000 系铝板生产工艺较为成熟,其强度比 1000 系铝板高 10% ,成形性、溶接性、耐蚀性均较 为良好。3005 系 列 强 度 比 3003 系 列 高 约20% ,耐蚀性也比较好。因此其被广泛用于建筑外墙铝板; ②5000 系列铝板属于比较常见的铝镁合金系列,含镁量在 3% ~ 5% 之间,主要特点为密度低、比重轻、抗拉强度高、延伸率高,在相同面积下重量低于其他系列,故常用于航空制造工业,在建筑工业中也广泛应用,属于热轧铝板并可以氧化深加工。在我国 5000 系生产加工也较为成熟。5005 系列与 3003 系列铝板强度基本相同,加工性、溶接性良好,比 3003 系列铝板具有更好的抗腐蚀及防锈效果,阳极氧化后修饰加工性良好,且与6063 系列的铝型材颜色相称,在建筑上的应用比较广泛。

  H 为铝合金加工硬化状态代号,适用于通过硬化提高强度的产品,幕墙铝板通常采用 H14 或者 H24 状态铝板,其区别在原材料生产工艺,H14 状态最后一道工序是冷轧,H24 状态最后一道工序是热处理。因此 H14 较 H24的二次加工能力较弱。两者的材料强度和性能完全一样,但从钣金加工的质量控制角度来讲,H24 状态铝板更为合适应用于幕墙工程。常见幕墙外墙铝板厚度为 2. 5mm ~ 4mm。我们以 1m* 1m 的铝板,四边简支且无加强肋的情况进行计算,按边长的 L/90 进行挠度控制,在风载标准值 1. 0Kpa 下进行分析: 2. 5mm 的铝板挠度变形为 16. 66mm,3mm 的铝板挠度变形为 12. 3mm,挠度变形均超过规范允许值; 4mm 的铝板挠度变形为 7. 54mm,满足规范限值。在上述条件不变的情况下,设置单向加强肋( 加强肋为槽铝,截面尺寸为 30mm* 30mm* 3mm) ,2. 5mm 的铝板挠度变形为 2. 79mm,3mm 的铝板变形为 1. 72mm,4mm的挠度变形为 0. 77mm,均满足规范要求。可见加强肋对提高铝板挠度变形作用非常明显,铝板厚度对铝板挠度变形也起绝对控制作用,0. 5~ 1mm 的铝板厚度差距可以影响其挠度变形 50% 左右。铝板的厚度增加可以提升自身刚度、减小荷载下的挠度变形,还可以弱化电栓钉焊接对铝板表面的影响。因此对于超大分格幕墙铝板,建议选用 4mm 或更厚铝板,以保证板面平整度及表面效果。

( 2) 蜂窝铝板。蜂窝铝板是一种以铝板作为内、外层板与铝蜂窝内芯经高温高压复合制造而成的复合板材。外层铝板一般为 1. 0 ~1. 5mm 厚,内层铝板一般为 0. 8 ~ 1. 0mm 厚,蜂窝铝板总厚度为 10mm~ 25mm。相比铝单板,它具有质量轻、强度高、刚度大的特点,且在隔音、隔热等方面优于铝单板,其表面平整度也是优于铝单板幕墙的,特别是在大尺寸板块情况下更为突出。蜂窝铝板是金属幕墙中较为优良的产品,但使用经济成本相比铝单板较高。蜂窝铝板为复合板材,加工工艺相对复杂,多层结构加工不善易造成有表面破损点,雨水进入后会流入蜂窝内芯中破坏巢芯,因此加工时蜂窝铝板的外层铝单板要比内层铝单板四周宽出蜂巢厚度,再四周向内弯折 90 度,全面覆盖蜂巢后胶合或焊接。由于加工工艺的因素,在板块造型复杂、加工难度大的金属幕墙中则不宜采用蜂窝铝板。如果建筑要求幕墙铝板分格大( 面积大于 3 平方米) ,且要求视觉观感质量高于国家相关标准对于铝板平整度的要求,建议采用蜂窝铝板。

3. 3、加强肋的设置:

    首先,加强肋的截面尺寸与布置间距应根据铝板所受风压经计算后确定。计算加强肋强度应主要考虑风荷载较小情况下的挠度以及风荷载较大时的挠度是否引起铝板永久塑性变形。铝板厂家通常会选用铝型材制作加强肋,按 550mm 左右间距布置。同时,为控制铝板变形量,应确保加强肋长度充足,两端仅与铝板折边预留 2mm 左右间隙即可。

    其次,对加强肋与铝板面材的连接方式分析优化,建议采用硅硐结构胶进行连接。如按照常规的闪光焊螺柱连接方式,加强肋与铝板面材之间属于点状固接; 而采用硅硐结构胶连接,加强肋与铝板面材之间则是线状固接。线状固接相比点状固接,更能够保证加强肋与面材间受力的均匀性,减少“点状”绷紧引地的不均匀变形。另外,采用结构胶连接,能有效解决由于人工固定闪光焊螺母时扭紧力矩的随意性,避免上文提到的加强肋对铝板面强制约束引起的变形不一。针对本工程实践中大分格造型铝板采用结构胶固接加强肋现场测试结果表明,表面变形小于 1mm/m,优于闪光焊螺柱连接的方式。

( 单一螺柱连接) ( 结构胶连接,加设螺柱固定)图 3. 1 加强肋固接方式对比

( 单一螺柱连接) ( 结构胶连接,加设螺柱固定)图 3. 1 加强肋固接方式对比

  为确保加强肋固接的安全性及长效性,可以在硅硐结构胶固接加强肋的基础上,再增设少量的闪光焊螺柱进行机械连接,作为提高加强肋附着性的“保险”措施,因为目前大多数铝板制作厂在进行结构胶固接加强肋时,通常采用人工注胶的工作方式,对于注胶时的环境湿度、温度及表面处理难以做到完全的精密控制。因此,机械连接加强肋能在结构胶粘接的基础上进行有效固定,保证铝板的强度及挠度仍能满足规范要求。

  另外加强肋与铝板折边不适宜进行牢固连接,因为在温度变化下,铝板与加强肋受影响的长度变形量不同,如果两头牢固连接将影响铝板的自由伸缩。加强肋与折边连接得越牢固,越容易对铝板造成损害。因为铝板在喷涂烘烤的高温条件下,极易受重力影响而变形,大板面铝板在烘烤前,应该首先装好加强肋。而且,喷涂后再利用闪光焊技术固接加强肋,可能会导致板面出现变形痕迹。

  综上所述,加强肋安装的正确方式可总结为: 在铝板喷涂前安装加强肋,加强肋两头不要与折边连接且预留 2mm 左右的伸缩缝; 固定螺母切勿旋拧过紧,以保证加强肋的自由伸缩,喷涂完成后再将螺母适当拧紧; 由于运输过程中螺母可能松动,建议在安装铝板前检查螺母连接情况; 如采用硅酮结构胶固定加强肋的方式,须在铝板喷涂前闪光焊固接少量螺柱,喷涂完成后再粘结结构胶。

3. 4、板面涂层处理:

  铝板表面的光泽度,对于铝板变形效果有“放大镜”的效果。如果建筑幕墙必须采用大分格铝板,建议铝表面处理时,氟碳漆中减少或取消金属粉。尽管表面涂装处理不会对影响铝板变形量,但是在人的“感观”层面会弱化变形引起的“阴影”现象,提高建筑幕墙立面的平整效果。

热销产品 了解更多+

东莞市加藤金属材料有限公司

地址:东莞市长安镇厦边社区利商一街6号A栋

电话:0769-81158050  传真:0769-81158070

© Copyright 2001 - 2015  All rights reserved  

扫一扫,免费体验7075解决方案

二维码 二维码

在线客服

二维码
咨询热线 0769-81158050