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追求極致美!冷軋不銹鋼板幕墻系統的設計與應用

來源:現代幕墻系統技術(蘇州)有限公司  作者:李德生  日期:2019-10-24
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   【摘要】本文介紹冷軋不銹鋼板的產品特性、生產工藝及其在不銹鋼幕墻系統設計及施工過程中應考慮的因素;闡述了冷軋不銹鋼板幕墻的系統結構設計、接縫處理、平整度的技術實現方式,生產裝配的技術要求;并結合項目實踐分析技術具體應用,板材施工失誤后的處理方案,及典型單元式冷軋不銹鋼的系統設計與項目完成的技術成果介紹。  
   【關鍵詞】冷軋不銹鋼板、平整度,系統設計

  【摘要】本文介紹冷軋不銹鋼板的產品特性、生產工藝及其在不銹鋼幕墻系統設計及施工過程中應考慮的因素;闡述了冷軋不銹鋼板幕墻的系統結構設計接縫處理、平整度的技術實現方式,生產裝配的技術要求;并結合項目實踐分析技術具體應用,板材施工失誤后的處理方案,及典型單元式冷軋不銹鋼的系統設計與項目完成的技術成果介紹。

  【關鍵詞】冷軋不銹鋼板(詞條“鋼板”由行業大百科提供)、平整度,系統設計

  1 冷軋不銹鋼板概述

  1.1 冷軋不銹鋼板是用冷軋工藝生產的不銹鋼鋼板,一般厚度在1.5mm~4.0mm左右。冷軋后的不銹鋼板表面可以形成特殊的紋理圖案(如圖1),也提高了不銹鋼板材的強度(詞條“強度”由行業大百科提供)與平整度,冷軋不銹鋼板在幕墻工程上的運用可以起到特殊的金屬(詞條“金屬”由行業大百科提供)質感的外墻效果,并且大幅提高了不銹鋼板外墻的平整度。

圖1:部分冷軋不銹鋼樣板

  1.2 由于冷軋不銹鋼板自身的特性,其具有一定的強度,耐腐蝕性好,并且韌性較大及具有良好焊接性能,一般情況下是根據項目特點結構性能要求來進行幕墻系統設計,并根據不同使用地區的污染程度選擇恰當的牌號,可按照圖2進行冷軋不銹鋼板材牌號的選擇:

圖2:不銹鋼板牌號選擇

  各類不銹鋼牌號的國內外規范對照表:

圖3:規范中不銹鋼牌號對照表

  考慮到國內環境空氣污染及防雨性能,在國內的幕墻工程中常常使用的不銹鋼板的牌號為022Cr17Ni12Mo2(俗稱316L)。

  1.3 典型的不銹鋼帶(詞條“鋼帶”由行業大百科提供)冷軋生產工藝流程:

  a 退火冷卻酸洗→水洗→干燥→不銹鋼帶

  b 不銹鋼帶的冷軋

  c 不銹鋼帶的精整:平整、拋光矯直、縱切、橫切等。

  因為不銹鋼產品的特性,使用在幕墻工程上的冷軋不銹鋼板必須經過以上工藝流程才可保證板材的平整度與表面效果。

  2 冷軋不銹鋼幕墻的系統設計

  2.1 冷軋不銹鋼板材因材料的自身特性,其表面反射高,對光線非常敏感,輕微的變形都會造成明顯的視覺感受;其韌性大,熱脹冷縮或其他輕微的變形位移都會造成較大的平整度影響;這些特點決定了不銹鋼板幕墻相對于普通金屬板幕墻對平整度有更高的要求。

  2.2 通常的不銹鋼幕墻是使用折邊加工及開V口的工藝,但是折邊加工會對板塊邊部產生輕微的弧度而影響平整度,所以對冷軋不銹鋼板幕墻來說,盡可能的選擇使用平板不銹鋼進行設計使用;并且不銹鋼板的厚度對平整度的實現有重要的影響,不同的厚度也決定了板材使用不同的加工裝配工藝與結構設計。

  2.3 使用幕墻中的冷軋不銹鋼板一般的使用方式有:折邊盒子型、平板型,復合板型。

  折邊盒子型是指板塊四邊使用用開V口進行折邊加工的工藝,并結合加強肋的布置進行板塊加工的工藝方式。

  平板型是指不銹鋼使用激光切割加工,用精切的平板直接作為幕墻面板使用,平板因為沒有進行折邊的工藝,故板材可以達到極高的要求。

  復合板型是指不銹鋼板與背襯板或者鋁合金蜂窩板使用專用的粘合劑(詞條“粘合劑”由行業大百科提供)進行粘接組合成板塊的方式,復合板型的不銹鋼板平整度可以達到較高的要求,但對其粘合劑的力學性能及耐高溫有嚴格的技術要求。

  2.4 接縫處理:一般情況下,使用冷軋不銹鋼板幕墻建議使用開縫式接縫 處理,內部形成等壓排水構造系統。如選用接縫打膠處理,需要對不銹鋼板表面進行除油污處理,再涂專用環氧底漆,否則很難保證密封膠與不銹鋼板材的粘接密封性能。

  2.5 板塊分格:正常的冷軋不銹鋼板的寬度尺寸范圍: 50mm~1219mm,長度尺寸范圍:500mm~4000mm。板塊的分格除了要根據幕墻建筑設計分格的要求,還要研究板塊的可加工性及平整度控制目標要求,并且因為不銹鋼板的特性,對變形與平整度的設計目標應遠高于規范要求。

  2.6 連接設計:不銹鋼板與加強肋的連接一般有兩種方式:種焊釘法、膠粘法。為了防止焊接對不銹鋼板表面形成破壞,防止表面出現焊接糊點,一般厚度在2mm以上的板材方可使用種焊釘法,并對焊點的間距進行嚴格的計算確定,檢驗焊點質量可以焊接后進行破壞性試驗,以母材撕裂或焊釘彎曲而焊縫不開裂為焊接合格。使用膠粘法固定的,應通過試驗確定平面拉伸性能、耐高溫能力及耐久性(詞條“耐久性”由行業大百科提供)等。

  2.7 不銹鋼幕墻的節點設計示例:

圖4:開縫式平板型不銹鋼系統節點一

圖5:開縫式平板型不銹鋼系統節點二

  2.7.1 圖四圖五是使用開縫式的不銹鋼平板系統設計,平板不銹鋼可以避免由于鋼板開V口折邊產生的輕微弧邊彎曲與出現內部殘余應力現象,并且在板厚度滿足要求的情況下,理論上板材可以達到極高的平整度。

  2.7.2 圖四圖五系統節點中,平板不銹鋼后面的合金副框通過角碼組合成為鋁合金框架(詞條“框架”由行業大百科提供),在框架中通過連接橫豎向龍骨(詞條“龍骨”由行業大百科提供)型材形成井字加強筋副框網格,副框龍骨的尺寸大小與井字格間距可根據計算確定。并且由于不銹鋼板韌性大,在板塊加工裝配時應充分考慮不銹鋼板自身內部殘余應力、連接安裝產生的安裝應力、安裝后的溫度應力,以實現無應力生產。

  2.7.3 平板不銹鋼通過種焊釘與鋁合金副框結構進行可靠連接,并根據計算結構連接需要的掛鉤,而形成完整的不銹鋼板塊單元。

  2.7.4 平板不銹鋼板塊單元豎向兩邊通過掛鉤掛接在現場安裝好的掛座上,板塊上端通過螺釘與預裝的連接件進行連接,板塊下端通過公母料插接連接在下一板塊的上端的插翅上。

  2.7.5 通過連接技術實現無應力安裝。由2.7.4條的板塊安裝方式,不銹鋼板塊單元上邊為固定連接,兩側邊與下邊均為為掛式插接連接,在掛接插接位置均預留可以適應板塊垂直方向的變形空間,此預留的變形空間應考慮安裝偏差、熱脹冷縮、層間變形等要素帶來的影響。這樣板塊在重力方向始終是處于垂直懸掛狀態,不銹鋼板塊的內應力、抗熱脹冷縮等其他變形均可以進行有效的釋放,從而實現板塊無應力安裝,使不銹鋼幕墻表面實現極高的平整度。

  2.7.6 板塊安裝完成后,平板不銹鋼幕墻通過開縫讓不銹鋼背后的空氣層與室外能夠順暢的流通,使不銹鋼板背后的空氣層與室外的空氣相通等壓,從而防止雨水由于壓力差進入室內,冷凝水和可能的滲漏水可通過設置的排水通道有組織的排出。

  2.7.7 不銹鋼幕墻的接縫處采用不打膠的工藝,減少了接縫的表面污染,使板面表面保持長期清潔。

  3 冷軋不銹鋼板幕墻的工程實踐運用

  蘇州某項目由2棟塔樓和3層裙樓構成。外立面由玻璃、布紋冷軋不銹鋼板組成,使用單元體幕墻系統。其中冷軋布紋不銹鋼板幕墻用于幕墻立面、幕墻線條等部位。

  該項目冷軋布紋不銹鋼幕墻實施過程中對平整度的實現可謂是一波三折,在項目的施工圖中,節點設計是在2mm冷軋布紋不銹鋼板內使用2mm鍍鋅鋼板作為背襯板膠粘而成復合板材。

  圖6是不銹鋼作為幕墻的橫向線條的系統節點設計圖,冷軋布紋不銹鋼復合板材通過連接件與連接壓板進行連接在幕墻龍骨上。

圖6:不銹鋼幕墻橫向線條節點設計

  圖7是正立面的不銹鋼幕墻系統節點設計圖,2mm厚布紋不銹鋼線條包覆在2mm鍍鋅鋼板背襯板上,通過角碼連接在單元體幕墻公母料上。

圖7: 正立面不銹鋼幕墻系統節點設計圖

  但是現場安裝后的大面幕墻效果確讓人大跌眼鏡,不銹鋼幕墻板塊大多出現變形鼓包現象,見圖8。經過檢查原因發現,圖紙上設計的鍍鋅鋼板背襯板沒有安裝,不銹鋼板的厚度也沒達到圖紙的要求,并且沒有進行任何薄板的加強措施。

圖8:布紋冷軋不銹鋼板幕墻的變形鼓包

  經過現場質量檢查及工程現狀,經過討論最終確定整改方案,在不銹鋼板背部使用耐高溫無溶劑雙組份聚氨酯強力膠與15mm厚鋁蜂窩進行熱壓而成不銹鋼板塊單元,再通過角碼與單元體幕墻龍骨進行連接,節點見圖9,按照此方案整改后幕墻平整度較好,整改完成后效果見圖10。

圖9:使用鋁蜂窩的不銹鋼板幕墻

圖10:使用鋁蜂窩不銹鋼板幕墻整改后的現場照片

  蘇州信托大廈位于蘇州工業園區星海廣場北側(圖11),外幕墻為單元式幕墻結構形式,冷軋布紋不銹鋼板位于幕墻大面、雨棚、單元體幕墻線腳等部位。不銹鋼板使用了與鋁蜂窩相復合的板材結構形式。

圖11:蘇州信托大廈現場實照

  圖12為蘇州信托大廈冷軋不銹鋼幕墻局部節點,系統使用單元式幕墻結構,1.5mm厚的冷軋不銹鋼板通過專用聚氨酯強力膠與鋁蜂窩進行連接形成不銹鋼復合板塊,板塊通過硅酮結構膠與單元式幕墻的龍骨進行連接形成單元式幕墻板塊。對不銹鋼板的結構膠打膠面,需進行除油污處理,再涂專用環氧底漆,并需做相容性試驗。1.5mm厚的冷軋不銹鋼因為鋁蜂窩復合的原因使用板材強度平整度均達到很高的要求,豎向邊通過硅酮結構膠與單元式幕墻的公母料進行連接,橫向邊使用機械連接在橫向龍骨上,通過單元式幕墻結構形式實現幕墻的裝配安裝。圖13為蘇州信托大廈冷軋不銹鋼幕墻安裝完成后的現場照片,圖14為使用同樣的冷軋不銹鋼鋁蜂窩復合板工藝的蘇州信托大廈冷軋不銹鋼入口雨棚現場照片。

圖12:蘇州信托大廈冷軋不銹鋼幕墻局部節點

圖13:蘇州信托大廈冷軋不銹鋼幕墻現場照片

圖14:蘇州信托大廈冷軋不銹鋼入口雨棚現場照片

  4 總結

  隨著對建筑外立面更高的要求,冷軋不銹鋼板材作為建筑幕墻的高端材料得到越來越多的運用,我們應根據規范與工程實際選擇恰當的板材及進行合理的系統設計,冷軋不銹鋼幕墻的平整度至關重要,板材加工、板塊組裝、板塊安裝均應實現無應力生產安裝,在項目案例實踐過程中遇到問題應能夠根據實際情況進行問題的正確整改修正。

  參考文獻:

  建筑屋面和幕墻用冷軋不銹鋼鋼板和鋼帶:GB/T 34200-2017. 北京:中國標準出版社,2017

  【作者簡介】:李德生,高級工程師,現代幕墻系統技術(蘇州)有限公司總經理,啟迪設計集團幕墻研究中心主任、幕墻總監;長期從事幕墻系統門窗系統研發工作。曾主持過十多項大型幕墻工程的技術與管理工作,擅長高性能幕墻系統開發、高性能門窗系統開發、工程顧問。曾研發弧形單元幕墻系統、外挑玻璃肋單元幕墻系統、異形單元幕墻系統、華建現代節能幕墻系統、注膠節能單元墻系統、高性能窗系統、超低能耗幕墻門窗系統等。發表過多篇學術論文,設計過十多項幕墻系統技術專利,開發的系統結構優越性能突出,被運用于諸多工程項目。

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原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-10-24/46373-1.htm
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