大面積陶板幕墻的優(yōu)化設計

    1、工程概況

    北京飯店二期改擴建工程，地處東城區(qū)王府井商圈中心地帶，分E3、E4、E5 3個地塊。該工程陶板幕墻總面積68580m2，占整個建筑外裝飾幕墻工程總面積的85%。陶板為中空結構，其高度的基本尺寸為500mm、200mm，基本長度為1400mm；材料環(huán)保降噪，顏色歷久彌新，具有色差小、質量輕、防火、抗震、抗凍、可獨立拆裝和易清潔維護等特點，不僅能實現(xiàn)設計的建筑美學，而且使整個建筑達到節(jié)能環(huán)保的效果。

    通過大面積陶板幕墻肋頭板優(yōu)化設計、三維可調節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化設計、防滑減震優(yōu)化設計和豎向抗剪切力加強優(yōu)化設計，使其達到預期的裝飾效果，成功實現(xiàn)設計意圖，同時降低工程成本。

    2、肋頭陶板優(yōu)化設計

    對肋頭陶板部位的節(jié)點先后進行了幾種方案的設計，經對比優(yōu)化后形成如下兩個設計方案。

    方案一：擬對肋頭部位采用背栓掛接方式，陶板掛裝鋁框與鋼框間采用U形掛件連接，連接點為螺栓（見圖2）。

經過分析，此方案存在以下弊端：

    ①陶土板通過背栓和不銹鋼掛件連接，要保證幕墻的平整度有一定的難度。

    ②采用實心陶板增加了體系的自重。

    ③肋頭陶板部位施工工藝復雜，不便于具體操作。

    ④陶土板與鋁框掛裝部位間存在直接接觸的可能，如遇地震時，陶板易碰撞造成破裂、墜落。

    方案二：采用干掛裝配系統(tǒng)組合安裝，裝配系統(tǒng)包括鋁合金型材、不銹鋼掛裝連接件、螺栓及抗剪釘?shù)�，在陶板與鋁合金型材接觸點用EPDM膠條做軟連接，保證兩種材料在振動時不會發(fā)生硬性碰撞（見圖3）。

    方案二設計節(jié)點很好地改進了方案一設計節(jié)點的缺點。采用空心陶板極大減少了體系的自重，陶板與鋁框間增加膠條，使陶板不會因振動而滑動、碰撞。陶板平板與肋頭部位均采用U形陶板鋼掛鉤，極大地減小了施工難度，加快了施工速度。由于所有陶板鋼掛件內側均在鋁框U形槽內，并且內側均在同一水平面上，而陶板加工厚度均相同，因此表面平整度得到了很好地保證。

    U形鋼掛鉤為上壓下掛式，下側陶板掛鉤采用2個不銹鋼銷釘固定于鋁框上，上側鋼掛鉤壓在陶板上側。陶板與掛鉤間膠條的自然回彈作用，將陶板脹起，通過上下鋼掛鉤及膠條的共同作用將陶板固定（見圖4）。

    3、三維可調節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化設計

    龍骨的安裝質量將直接影響陶板幕墻的整體施工質量。豎向龍骨的垂直度及橫向龍骨的平整度，應控制在允許的偏差范圍內，且越小越好。為保證整體的安裝質量，采用可調節(jié)的長孔螺栓進行調節(jié)，使龍骨在三維上能夠自由調節(jié)。由于龍骨的垂直度及表面平整度受到控制，從而使陶板的安裝質量得到保證。

    1）在豎框與主體之間的轉接環(huán)節(jié)中，采用了螺栓連接，且轉接位置上均開有長條孔，連接螺栓可在孔內進行橫向滑動（見圖5）。

    其與轉接件連接后，可以使豎框與轉接件的組件進行前后調整，是三維可調節(jié)系統(tǒng)中的第一維。

    2）豎框與橫框之間通過角鋼片和螺栓連接起來。調整橫框的進出位置，使橫框外表面與豎框基準面外表面保持在一個垂直平面上；調整橫框的上下位置，確保其符合設計圖紙分格尺寸的要求，然后用螺栓將角鋼片、橫豎框連接在一起�？梢詫崿F(xiàn)豎框與橫框之間的左右調節(jié)，是三維可調節(jié)系統(tǒng)中的第二維（見圖6）。

    3）不銹鋼連接件的安裝。在橫龍骨上彈線畫出不銹鋼連接件的安裝位置，將不銹鋼連接件置于橫龍骨上，用螺栓將其連接，不銹鋼轉接件上有長條孔，可用來調整進出尺寸（見圖7）。

    4）鋁合金龍骨的安裝。鋁合金龍骨為通槽形式，在其槽內穿入螺栓，將螺栓與不銹鋼連接件連接在一起。通長槽可用來調整鋁合金龍骨的位置，通過調整符合要求后方可最終固定�？梢詫崿F(xiàn)鋁合金龍骨與橫龍骨之間的上下調節(jié)，是三維可調節(jié)系統(tǒng)中的第三維（見圖8、圖9）。

    鋼框、鋁框在溫度不同的自然條件下，會有熱脹冷縮現(xiàn)象，同時在施工中為校正、調整累計誤差，引進三維可調節(jié)系統(tǒng)優(yōu)化設計對幕墻工程具有重要意義。保證了幕墻龍骨的立面平整度，為安裝陶板創(chuàng)造了良好的條件。

    鋼龍骨的安裝，豎向必須留伸縮縫，每個樓層間留設 1 處，豎向伸縮縫留20mm間隙，采用鋼插芯連接。留伸縮縫的目的是鋼龍骨在自重較大的情況下能夠伸縮；在有振動的情況下，能夠調節(jié)受力，如圖10所示。

    在強震下部分陶板在幕墻面內產生側向滑移，使板縫寬窄不一，甚至陶板之間相互碰撞。雖然陶土板不至于碰壞，但影響美觀。工程中考慮采取適當?shù)膫认蛳尬淮胧�，尤其是在幕墻的邊角部位，防止在強震下陶土板面內平動滑移過大或脫落。在鋁型材開模過程中，預留豎向槽口，用于插入EPDM膠條，起到減振作用。同時在肋頭陶板間增加與陶板同顏色的EPDM膠條，既能增強減振作用，又能起到美觀、披水、阻水的作用（見圖11）。

    5、豎向抗剪切力加強設計與施工

    在原陶板掛裝節(jié)點方案中，鋼龍骨與鋁龍骨之間采用 L 形及U形不銹鋼件作為轉接件，采用螺栓固定，相隔距離為1000mm。這樣可以滿足幕墻體系豎向剪切力的要求。設計理念為通過螺栓連接起到豎向伸縮作用，但給安裝測控帶來了不便。經過深化設計后，通過鋼龍骨豎向及橫向長條孔轉接件及鋁龍骨長條孔掛件的共同作用，可以很好的滿足三維可調節(jié)要求。為簡化施工操作難度，每個連接件部位增設抗剪力固定釘，將鋼龍骨與鋁龍骨緊密固定。這樣既可以簡化施工測控難度，使定位更加準確，又可以增加豎向抗剪切力，使陶板幕墻工程更能抵抗不可預見性外力作用，安全性能顯著提高，外飾面效果更容易得到保證（見圖12、圖13）。

    1）經濟比較：采用本陶板、陶管幕墻施工工法，可以達到加快施工進度、降低施工成本的目的。同等面積陶板重量只相當于石材重量的二分之一，施工快捷，工期明顯縮短（見表1）。

    2）更換簡單：陶板安裝過程中不使用石材膠，對飾面無污染，更換簡單方便。

    3）節(jié)約能源：陶板為中空結構，可以有效阻隔熱傳導，降低建筑空調能耗，節(jié)約能源。陶板特有的橫縫搭接所形成的開放式安裝方式，使得面材與墻體之間的空氣層能夠“自由呼吸”，比密閉式安裝方式能夠更大程度地降低能耗。

    4）減少清洗和維護費用：陶板幕墻表面防靜電，不易吸附灰塵；若陶板表面有灰塵，經過雨水沖刷后則很容易保持干凈。這種自潔功能可以降低陶板幕墻的清洗和維護費用，尤其對于高層建筑來說更是不容小覷。

    5）不產生固體垃圾：陶土板采用純天然陶土材料，生產過程中對環(huán)境污染小。破損的陶板可以通過研磨、重新擠壓成型后再利用。

    1）通過對大面積開放式陶板幕墻的優(yōu)化設計，有效地解決了施工中的各項技術難題，成功地實現(xiàn)了設計意圖。

    2）大面積開放式幕墻施工操作復雜，利用抗剪錨栓簡化了施工程序，提高了施工進度，且施工質量得到了保證。

    3）陶板幕墻對環(huán)境無任何污染，不會造成固體垃圾，破損的陶板能夠回收再加工，且清理方便；單塊板破壞容易更換，具有很好的社會效益。

    4）幕墻陶板在國內市場推行尚不廣泛，在陶板生產及安裝過程中，對操作者技術水平的要求較高。能否成功地實現(xiàn)設計意圖，受多方面因素的影響。

    5）北京飯店二期改擴建工程大面積開放式陶板、陶管幕墻施工技術的成功應用，為陶土板在幕墻領域的應用提供了寶貴的經驗。它為陶土板這種集現(xiàn)代感與典雅于一體的新型材料大規(guī)模應用于幕墻領域提供了可能，豐富了建筑師的設計視野。