关于铝板幕墙在超高层住宅设计中的应用

2018-02-15何明

建材与装饰 2018年32期

何明

（深圳市欧博工程设计顾问有限公司广东深圳 518053）

1 引言

随着国内建筑行业的迅速发展，大量新型的建筑材料被用于住宅建筑的施工中，铝板幕墙就其中的一种新型外墙装饰材料。铝板幕墙在美观、色彩以及耐用性、平整性方面有着较为突出的优势，在塑形、制造肌理方面比较便捷，可以为建筑师的设计与创意提供一个较为广阔的空间。因而，现阶段探讨铝板幕墙在超高层住宅设计中的应用有着重要的理论与实践意义。

2 铝板幕墙的概述

2.1 铝板幕墙的优势

①铝板幕墙有着丰富的装饰效果。对于铝单板幕墙而言，其表面平整度良好，并且颜色均匀、色泽光滑，整个幕墙施工完成后几乎不存在色差问题。用铝单板制作的饰面色彩丰富，设计过程中不仅可以涂饰不同种类的着色材料，同时还可以在表面施以仿天然花岗石等涂抹材料，极大的提升了住宅建筑的美感。②铝板幕墙的铝壁材质较轻、刚柔适中。相比于不锈钢板以及钛合金板等材料而言，铝塑钢板的金属壁板质轻，尤其在超高层建筑中，通过采用铝板幕墙的形式可以降低建筑物主体结构的荷载。同时，铝材的密度较小，材质刚柔适中，加工制作较为简单。一般来说，铝板可以加工为超过5m的大规格板材。对于建筑工程的设计而言，通过铝板幕墙的应用能够有效的提升建筑形体的个性化与立面造型的艺术化。③铝板幕墙的使用寿命较长。超高层住宅建筑的外墙可以采用铝壁板的形式，通过在其表面涂有一层氟碳树脂涂层材料，可以提升材料的耐老化性与耐热性，大多铝板幕墙的使用寿命可以达到20年以上。④铝板幕墙还具有物美价廉的重要优势。在所有装饰性的金属幕墙中，铝板幕墙的耐久性较为显著，并且铝板幕墙在价格方面可以与玻璃墙幕进行竞争。近几年来，我国对于铝板幕墙的应用越来越重视，并且受到了设计人员的广泛关注。

2.2 铝板幕墙的种类

铝板幕墙可以细分为三种类型：①蜂窝铝板。这一类型的铝板幕墙是较早使用的一种，它由两层构成，每层的厚度在0.8～1.8mm之间，加工制作过程中需要将两层铝板之间做成铝箔蜂窝。对于墙外侧的铝板而言，要稍微增加其厚度，这主要是为了抵抗风压作用的影响。一般而言，处于墙外侧的铝板厚度要控制在1.0～1.5mm之间，内侧的铝板板厚要控制在0.8～1.0mm之间，蜂巢板的总体厚度要控制在10～25mm。②单层铝板。单层铝板的出现主要是凭借电栓焊技术的兴起而被广泛应用的，通过电栓焊技术的应用，可以在单层铝板饰面的背面进行加强筋的安装。这样一来，既不会对饰面表面产生破坏，同时还能提升铝板幕墙的平整性与刚度性能。在国外，大多的单层铝板幕墙主要是由纯铝板制作而成，板的厚度主要在3～4mm之间。在我国，单层铝板幕墙多采用合金铝板，其厚度大多在2.5mm左右。另外，就是复合（夹胶）铝板。这一类型的铝板幕墙分为内外两层，由0.5mm厚的纯铝板制作而成，在中间夹层中要加入3～4mm厚的聚乙烯（PE）材料或者是聚氯乙烯（PVC）材料。相比于前两种铝板目前，符合铝板幕墙的颜色更加均匀，并且铝板的表面较为平整，加工制作起来十分方便。但是，这一类型的幕墙由于中间存在夹胶，因此在强度方面存在一定的缺陷。随着材料科技以及制作技术的不断提升，建筑中出现了越来越多的铝板幕墙形式。在进行超高层住宅建筑的设计过程中，要根据实际状况合理选择铝材幕墙的种类。

3 铝板幕墙在超高层住宅设计中的应用

3.1 铝材幕墙的设计原理

铝板幕墙的设计可以分为固定式与开放式两种，固定式铝材幕墙施工时需要用到固定螺栓，这也是一种较为传统的幕墙形式。但是，对于开放式铝材幕墙而言，其设计与安装过程中取消了固定螺钉的使用，并且用铝板挂件来代替螺栓。此外，固定式铝板幕墙的表面需要使用硅胶进行密封，但是开放式则是在铝板的内层增加了一层防水层。开放式的铝板幕墙大多由钢结构作为龙骨，并且配备内层板作为保温面。

3.2 建筑设计中的应用

在进行超高层住宅铝板幕墙的设计过程中：①要明确幕墙的尺寸。设计人员需要对住宅建筑的立面造型进行分析，并且选择横向分割的方式或是竖向分割的方式。此外，还可以采用格子型分割方式或者是复合型分割方式。如果需要铝板幕墙与玻璃幕墙之间的结合与搭配，那么要对分割线条进行统一的考虑。②要明确分割尺寸。通常来说，设计过程中要按照住宅建筑的层高或者是外墙的长竖比来明确分割尺寸。为了追求建筑外墙铝板幕墙长竖比的协调性，建议使用黄金分割比例（1：0.618）。设计过程中，如果发现外墙的长竖比较小，也可以使用伸缩分格比例，这样一来可以提升立面线条的饱满效果。③需要考虑铝板幕墙分缝效果，开缝还是采用嵌缝胶，嵌缝胶的颜色对高品质超高层住宅效果影响很大。

3.3 变形方面的控制

在进行固定式铝板幕墙的设计安装过程中，需要在铝板的四边设有挂耳，之后再使用螺钉将四个挂耳固定于幕墙的框架结构上。对于这种固定方式来说，容易使铝板出现变形的问题，进而降低了铝板幕墙表面的平整性。在我国的绝大多数区域，年绝对温差可以达到30℃以上，一块宽度是1.5m的铝板，在这样的温差条件下将会产生较大的伸缩量，并且可以使铝板表面拱起14.2mm左右。尤其在阳光的照射作用下，铝板表面所产生的变形将会给人产生视觉上的冲击。但是，如果设计为开放式的铝板幕墙，那么就可以有效控制热胀冷缩带来的变形问题。这主要是因为铝板的板缝中并没有注入相应的密封胶，因而铝板可以进行无阻力的自由伸缩。

3.4 结构设计

结构设计过程中：①要进行的是风压设计。设计过程中需要考虑的以下的两个方面：a.要确保铝板幕墙在五十年一遇瞬间最大风速的风压条件下，铝板幕墙主受力梁的最大挠度不能超过L/180，其中L所表征的是楼层间距。b.铝板在受到30年一遇瞬间最大风速的条件下，铝板的挠度值要控制在L/300以内，并且产生的最大拉应力要低于铝板的允许值。设计过程中如果单层铝板或者是复合铝板的分割比例较大，那么要在铝板的背面（靠近墙体的那一侧）增设相应的加强筋，并且关于加强筋的计算要和主受力梁的风压设计相一致。②要进行幕墙冰密性、气密性方面的设计。对于相邻板材之间的接缝位置处，要使用耐候胶进行密封，并且耐候胶胶缝的设计要和玻璃幕墙相一致。③隔热、保温方面的设计。在进行铝板幕墙隔热保温设计工作时，现阶段并没有形成太多的固定方法与理论，如果超高层住宅对于铝板幕墙的要求较高，可以使用多层的复合铝板。

3.5 防雷设计

安装在高层或者是超高层住宅建筑外侧的铝板幕墙，将会对地表电场的分布造成一定的影响，并且建筑的电场强度比普通的建筑物大很多。同时，由于超高层建筑的高度相对较大，因而容易构成雷电发展的条件，进而使建筑遭受雷击的威胁。因而，在进行铝板幕墙的设计过程中，要提升幕墙防雷设计的效果。对于超高层住宅建筑而言，宜采用蜂窝铝板幕墙，并且铝箔芯蜂窝材质略好，这主要是由于胶不能充当导体。此外，在进行幕墙的制作安装过程中，最好将铝板封孔焊接，并且外侧的铝板厚度不宜过薄，这样一来可以防止雷电击穿薄板问题的出现。对于单层铝板的防雷设计而言，可以将铝板以及幕墙进行接地处理，也可以与防雷网接通。对于复合铝板的防雷设计工作而言，由于夹层中的聚乙烯属于不良导体的范畴，所以两层铝薄板处于绝缘状态。此外，超高层住宅建筑的铝板厚度要控制在2.5～3mm之间。需要注意的是，安装完成的铝板幕墙要注意定期的清洁，通过清洗即可以提升铝板幕墙的美观效果，同时可以清理掉幕墙上的杂质与导体，进而提升住宅建筑的安全效果。