不銹鋼板幕墻設計、施工要點

　　1 序言

　　本文主要討論不銹鋼板作為面板的幕墻相關技術。不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業大百科提供）板作為幕墻面板：①能為建筑師立面表達提供理想選擇。隨著大氣污染的加重，特別是隨著我國城市化進程的推進，具有高耐腐蝕性、高強度、低維護特性的不銹鋼面板材料在建筑幕墻領域的應用越來越受到重視和推廣。因為采用不銹鋼板，建筑立面能長期保持初始質感，能降低維護和更換成本，同時能為建筑師提供特殊質感。例如不銹鋼特有的“堅硬”和“純凈”感，為建筑增添高檔質感和現代感。 經過1930年的美國紐約Chrysler大廈、1968年意大利CSM,Castel Romano大廈(現在板質感依如初新)、1992年西班牙巴塞羅那Mapfre Tower(43層，153m)、1996年馬來西亞吉隆坡石油雙塔等項目上80多年的實踐，奧氏體不銹鋼06Cr19Ni10(SUS 304)和06Cr17Ni7Mo2(SUS 316)已經得到充分的認可，而SUS316的耐腐蝕性更勝一籌。[圖1]為東昌財富的1.5mm軋花不銹鋼板幕墻（詞條“不銹鋼板幕墻”由行業大百科提供），于2004年完工并使用至今，歷經十年多的風雨，外觀效果依然亮新依舊;②不銹鋼板的性價比正在提高之中，特別是隨著國內專業制造商工藝水平提高，市場價格處于下降趨勢。③不銹鋼板加工、組裝和安裝涉及不銹鋼材料特有的加工硬化（詞條“硬化”由行業大百科提供）、應力殘余等需要認真對待的技術問題，甚至涉及特殊制作工藝。例如，芝加哥云門(CLOUD GATE)雕塑,花幾年時間采用168塊用Octomill 八面銑刀精準加工的雙曲面厚不銹板，無縫焊接而成[圖2];上海盛大中心“不銹鋼城堡”，則采用針對性很強的短周期(2.5月)、低成本冷彎施作工藝完成[圖3];所以研究和總結不銹鋼幕墻有很強的現實意義和價值。

　　目前建筑外墻領域，采用大面積不銹鋼板幕墻案例不多，即使大面積采用，也往往不追求其高平整度，只表達其強烈質感[圖4]：如洛杉磯WALT DISNEY 音樂廳和Zollhof 大廈。Zollhof 大廈，做到了以明亮的不銹鋼質感，既從周圍“古老”色調脫穎而出，又以反射周圍建筑而融入環境。而國內大面積使用不銹鋼板的幕墻案例也是不多，[圖5]深圳平安金融中心，采用的是2mm厚316材質的布紋不銹鋼板，幕墻面積超過7萬平米，雖正在施工當中，但已經明顯體現了不銹鋼板所獨有的強烈質感和現代氣息。不銹鋼大致可分為平面鋼板和凹凸鋼板。而平面鋼板又分為三類：板面光反射率在90%以上者，為鏡面鋼飯。板面反射率90%--70%者，為有光鋼板，反射率小于50%為亞光鋼板。凹凸鋼板也分為浮雕板、淺浮雕花紋板和網紋板等。平面鋼板通常是經研磨、拋光工序而制成的。凹凸鋼板通常是正常的研磨與拋光之后.再經輥壓、腐蝕、雕刻（詞條“雕刻”由行業大百科提供）等加工，最后再經特殊研磨而創成的。可見不銹鋼板反射率高，對板面非平整度敏感，隨著不銹鋼板大面積使用于建筑立面，對其平整度提出更高要求，將追求采用更薄、更平整的幕墻。

　　2 不銹鋼板應用于幕墻及相關技術

　　2.1不銹鋼板品種及特性

　　幕墻常用不銹鋼板按構造分，一般有三大類：單板(盒型、扣接型和切板)、復合板和蜂窩板。表1中對這三類不銹鋼板性能的優缺點進行對比說明：

　　不銹鋼復合板在保留了不銹鋼材料良好的裝飾效果和經久耐用的特性基礎上，克服了不銹鋼金屬板加工難、加工平整度差的缺點，具有良好的隔聲、隔熱效果，可方便的進行剪切、彎弧、刨槽折邊、鉆孔等加工。使用不銹鋼復合板另外還要考慮幾個因素：不銹鋼的耐蝕性、強度、耐性和物理功能、加工成形功能等。[圖6]為越南VTB大廈(工商銀行)不銹鋼復合板幕墻，不銹鋼為兩層0.3mm厚316材質。[圖7]為上海某工程不銹鋼復合板墻體，從外觀上可以感受到很強的機理性和金屬質感。

　　另外，由于不銹鋼復合板是兩種材料的復合材料，使用時要考慮其熱脹冷縮時產生的溫度應力，可能會出現應力收縮（詞條“收縮”由行業大百科提供），裂紋，界面復合破壞等問題，以確保溫度應力產生彎曲時的材料完整性，不會導致開裂。不銹鋼316的線膨脹系數：當溫度0~100℃時為1.73×10^-5/℃，約為碳素鋼（詞條“碳素鋼”由行業大百科提供）的1.5倍，略小于鋁合金。而聚乙烯芯板的膨脹系數：當溫度為0~100℃時，約為1.50×10^-4/℃。

　　不銹鋼蜂窩板，表板采用拉絲不銹鋼板或者鏡面不銹鋼板等，背板采用鍍鋅鋼板，芯材采用鋁蜂窩芯，經過專用粘合劑復合而成。不銹鋼蜂窩板的主要特點：輕便、安裝負荷低;每塊面積大，平整度極高、不易變形，安全系數高;具有很好的隔音，保溫性能。成本低，質量好，比2毫米不銹鋼單板價格低，但是平整度與3毫米不銹鋼單板接近。不銹鋼蜂窩板具有很強的耐蝕性。圖8顯示為不銹鋼蜂窩板幕墻，分格較大，表面平整度高，且兼顧保溫性能。

　　不銹鋼單板由于本身強度高，可用于高層超高層建筑;韌性（詞條“韌性”由行業大百科提供）大，可做折彎或彎弧加工，可實現較多建筑外觀效果;耐腐蝕性強，后期維護方便成本低。鑒于諸多的性能優勢，深受建筑師的青睞。[圖9]顯示了不銹鋼單板幕墻外觀金屬質感強，使用廣泛。[圖10]展示了上海東昌財富樓不銹鋼面板彎弧處理效果。韌性大，易于彎弧加工，這是不銹鋼復合板和不銹鋼蜂窩板不容易實現的。另外不銹鋼單板幕墻一般采用開縫加背襯板的防水（詞條“防水”由行業大百科提供）方式，這是因為不銹鋼板表面有一層油膜，施打密封膠之前，必須先對不銹鋼板表面清除油污處理，然后涂專用底漆，否則難于保證耐候密封膠與不銹鋼的黏接性能。

　　不銹鋼單板作為金屬構件除了能夠適應切割、刨槽、折彎等加工處理，而焊接加工使不銹鋼板能夠實現更多的造型成為現實。而一般焊接變形的控制主要有減少焊縫數量和間斷焊接、采用逆向回焊法施焊、剛性固定焊接、反變形技術、合理安排焊接順序、采用熱處理（詞條“熱處理”由行業大百科提供）去除焊后收縮力、減少焊接時間以及冷卻法等等。而對于薄板失穩變形的控制是控制工藝參數、反變形法和控制溫度場等措施。而在生產實踐中，反變形法是最常用的方法之一，其具體方法是預先在焊接變形的相反方向，人為地施加一定的變形量，以此與焊接變形相抵消，使焊接結構達到技術要求。通過完全剛性約束和反變形法可以實現采用1.5mm厚不銹鋼板激光焊接最大彎曲撓度（詞條“撓度”由行業大百科提供）的控制小于0.16mm。

　　圖11、圖12是東財財富不銹鋼筒體幕墻及節點，外觀平整。依靠專用模具，不銹鋼板切板彎弧成錐體，并與平板焊接，先均勻點焊控制整體尺寸及外形，再采用反變形法進行焊接變形控制，實施剛性固定焊接，保證平板與彎弧板周邊焊后的平整度和緊密貼合，形成自然過渡，然后經過打磨亮化處理，形成棱角分明的錐筒造型。

　　2.2不銹鋼板表面平整度的保證和提高

　　由于不銹鋼板材(特別是單板)韌性大，因此通過采用合理的安裝構造及加工組裝工藝來消除內部不均勻的殘余應力，是應對不銹鋼材料固有的對光的反射率高、對表面不平整的敏感度高的關鍵措施。

　　[圖13]所示為厚度1mm表面鏡光處理的316不銹鋼單板(反射率高于90%)做成的裝飾條，影像變形扭曲嚴重。[圖14]所示為厚度2mm表面亞光處理的316不銹鋼單板做成的金屬板幕墻。板分格寬度超過1.2米，表面波浪凹凸感強烈。單板厚度過薄、橫向分格過大，且由于鏡面不銹鋼的反射率大于90%，亞光不銹鋼其反射率也達到50%，受其對光反射率高的特點影響，不銹鋼板對表面不平整度的靈敏度很高，板自身變形(0.1%以內)和外力力的作用下和輕微的撓度變形，特別是溫度梯度的變化都會對外觀效果產生較大影響。因此不銹鋼板的安裝構造和面板的強度和撓度控制成為不銹鋼板幕墻設計的重要考量因素。

　　2.2.1不銹鋼板支撐體系的設計

　　不銹鋼面板附著的支撐體系必須是穩固的、平整的，且為了保證不銹鋼面板的易于更換和安裝，設計成小單元形式的掛板結構體系或者通過扣接的形式，通過型材（詞條“型材”由行業大百科提供）咬合或者不銹鋼板材直接扣接的方式來實現與整體框架的連接與固定。

　　幕墻用不銹鋼單板的常用的支撐體系分為：切板結構、扣接結構以及盒型結構。切板結構外觀上突出了板材的棱角，但不銹鋼板材柔韌性大，適用于低層建筑或低風壓區域;扣接結構適合于薄型不銹鋼單板，平整度要求不高，對質感和肌理感建筑效果要求強烈時采用。盒型結構突出板框支撐體系的穩固性，適用于高層建筑，抵抗風壓能力強，另外還能體現不銹鋼獨特的建筑效果，因此被廣泛采用。

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