聚碳酸酯板幕墙施工技术与试验研究

贾 玮

中铁十二局集团建筑安装工程有限公司 山西 太原 030024

聚碳酸酯（Polycarbonate，简称PC）板，是一种无定性热塑性塑料，也被称为阳光板。聚碳酸酯也称防弹胶，特点是机械强度高、使用温度范围广、电绝缘性能好等。阳光板具有良好的透光性，可以作为透明窗材、高层建筑幕墙、机场和体育场馆透明建筑材料。

文献[1]针对铁路太原南站异形聚碳酸酯板采光屋面板与板之间采用专用防水铝型材与倒鱼刺形钢龙骨连接固定，并通过屋面细部节点的构造进行防水设计及合理施工，解决了温度变化引起的聚碳酸酯板伸缩变形以及渗漏等问题。文献[2]从施工完成后的阳光板问题中总结出紧固件、焊缝、运输等几个问题。文献[3]针对深圳大运中心项目主体育馆采用新型的聚碳酸酯板屋面系统，从原理上解决了聚碳酸酯板屋面温度变形和雨水渗漏的问题。

许多学者[4-7]分别从实验室控制单一因素老化试验、室内模拟大气加速老化试验、室外暴晒试验来研究PC的老化失效规律，从反应机理上对PC老化失效规律做出一定的解释，并通过极端自然环境条件下的户外暴晒试验尝试建立户外老化与室内加速老化之间的联系，以解释PC在户外老化的失效规律。而研究其在温差及荷载作用下的结构性能，以便安全、可靠地将其应用于实际工程中是一项重要的研究内容。

1 工程概况

重庆西站是重庆枢纽的新建车站，是集城市轨道、公交、长途、出租和社会车辆等各种交通方式为一体的客运综合交通枢纽。站房综合楼总建筑面积120 000 m2，主体站房地上2层，地下1层。东站房幕墙工程（图1、图2）包括玻璃幕墙系统、聚碳酸酯幕墙系统、铝板幕墙系统等。对聚碳酸酯板材的结构性能，特别是服役耐久性的研究很少见诸文献报道，研究时需要考虑荷载下的徐变性能和不同温度下的承载特征，其会造成阳光板几何特征的明显改变，使得板材的边界约束减弱，需要通过试验来解决这一问题。

图1 重庆西站东站房幕墙

图2 重庆西站东站房幕墙剖面

2 聚碳酸酯板安装关键技术

本工程建筑外型复杂，存在大量的不规则曲线，因此应先通过三维电脑建模，对弧线进行优化，确定其控制点、坐标、弧线半径，完成幕墙理论控制定位；再对实体主拱进行精细测量，与理论定位对比，确定各板块的实际坐标；最后考虑外载、光、热、雨、材性及相应效应等，制作标准化和个性化的复杂连接件，完成外形极度不规则的幕墙安装。

聚碳酸酯板幕墙的防水、自重变形、颜色透光是工程中的主要问题。重庆西站聚碳酸酯板幕墙主要材料为厚15 mm聚碳酸酯实心板面板、200 mm×150 mm×8 mm镀锌钢通竖向龙骨、80 mm×80 mm×5 mm镀锌钢通横梁。因板材长度超长，最长可达15 m，且板材呈向外倾斜趋势，部分板需要有平面外翘曲，故板对位、固定等均有难度。施工时需要临时固定，等第2块板到位后再固定一边，依次安装下一块。为了减少拼缝和漏水的几率，在阳光板下侧设置内排水天沟。斜躺板自重由龙骨承受。两侧扭曲阳光板安装采用冷成型处理扭曲板块。聚碳酸酯板幕墙（上端固定，下端变形）采用明框形式固定（图3）。

图3 聚碳酸酯板安装

阳光板上端开圆孔承受阳光板的自重，下端开φ60 mm长条孔以满足伸缩变形的需要。幕墙立柱采用坐地式，在下端设置宽20 mm的缝隙使其能自由伸缩，上下端均与主体结构采用铰接连接（图4）。明框幕墙采用传统的形式，铝合金压板跟铝型材基座采用螺栓连接。

图4 聚碳酸酯板顶部和底部安装示意

阳光板主要施工流程为：施工准备→测量放线→钢支撑安装→钢龙骨安装→横龙骨安装→钢表面氟碳喷涂→阳光板安装→扣盖安装及打胶→清理。

3 聚碳酸酯板温差和荷载作用下的应变测试与分析

重庆市属亚热带季风气候，年平均气温在14～18 ℃之间。最热月份平均气温26～29 ℃，最冷月平均气温2～8 ℃。1951—2014年日最高温≥40 ℃天数为78 d，居全国省会级大城市首位，是“三大火炉”之一。考虑这一因素，且工程使用的聚碳酸酯板材在一个方向上尺寸大，最大可达15 m，为研究温差和荷载引起板正常使用功能问题而进行本次试验。

3.1 试验方案

2块聚碳酸酯实心板材，规格为1 0 0 0 m m×1 000 mm×15 mm，一块为测试板，另一块为温度补偿板；4次试验对应环境温度为21、32、35、43 ℃；每次试验对应配重：一级为板自重面荷载17.645 kg，二级为板自重面＋跨中线荷载28.850 kg，三级为板自重面＋跨中线荷载39.375 kg，四级为板自重面＋跨中线荷载49.950 kg。试验时，应保持设定温度，加载后待应变稳定时再加下一级荷载；每卸载一级荷载，待应变稳定后再卸载下一级荷载，直至无配重，并等到应变稳定后再停止记录。受光面和背光面均进行应变连续记录，以可调节温度的灯光加热，测温枪测量板面温度，百分表记录变形，应变仪测量测点应变。板材两对面悬空、两对面竖向简支，可以认为其在水平面内四边均可自由伸缩及绕水平轴自由转动（图5）。

图5 聚碳酸酯板现场试验

3.2 结果与分析

图6所示为试验板垂直加载方向各个位置的应变测试结果。蓝线为加热直射面测点应变，红线为同一竖向位置的加热背面测点应变。试验时，分别在板的直射面和背面的相应位置放置应变片，并每隔0.3 s测量一次数据。

在阳光板自重作用下，随着温度的升高应变增大；直射面应变增加的速率大于背面，板产生伸长和翘曲；弯矩较大的区域应变增量明显大于弯矩较小的区域。在支座区域，由荷载引起的应变变化小于相应的跨中位置；但完全撤掉外加荷载，却能迅速恢复到接近加荷之前的位置。撤掉外加荷载和降低温度后，两面的应变部分恢复，但持续时间较长，存在残留应变。整个加卸载、升降温过程中，应变表现为明显的非线性特征，其将导致实际工程中因荷载和温差的存在，使对板的约束（或边界条件）随着时间的推移而减弱，可能出现走风、漏雨等问题。根据这一结果，本工程通过改变聚碳酸酯板的约束条件，使得边界约束能够持久和恒定。

图6 聚碳酸酯板垂直加载方向跨中应变

4 结语

1）针对重庆西站聚碳酸酯板复杂曲面幕墙，先通过三维电脑建模对弧线进行优化，确定其控制点、坐标、弧线半径，完成幕墙理论控制定位；再对实体组合拱进行精细测量，与理论定位对比，确定各板块的实际坐标；最后考虑外载、光、热、雨、材性及相应效应等，制作标准化和个性化的复杂连接件，完成外形极度不规则的幕墙安装。

2）聚碳酸酯板现场温差和荷载试验表明，随着温度的升高应变增大，板产生伸长和翘曲；撤掉外加荷载并降低温度后，板两面的应变部分恢复，持续时间较长，且存在残留应变。整个加卸载、升降温过程中，应变表现为明显的非线性特征，工程中对板的约束将随着时间的推移而减弱，可能出现走风、漏雨等问题。根据这一结果，本工程通过改变聚碳酸酯板的约束条件，使得边界约束能够持久和恒定。