關于鋁板幕墻在超高層住宅設計中的應用

何明

（深圳市歐博工程設計顧問有限公司 廣東深圳 518053）

1 引言

隨著國內建筑行業的迅速發展，大量新型的建筑材料被用于住宅建筑的施工中，鋁板幕墻就其中的一種新型外墻裝飾材料。鋁板幕墻在美觀、色彩以及耐用性、平整性方面有著較為突出的優勢，在塑形、制造肌理方面比較便捷，可以為建筑師的設計與創意提供一個較為廣闊的空間。因而，現階段探討鋁板幕墻在超高層住宅設計中的應用有著重要的理論與實踐意義。

2 鋁板幕墻的概述

2.1 鋁板幕墻的優勢

①鋁板幕墻有著豐富的裝飾效果。對于鋁單板幕墻而言，其表面平整度良好，并且顏色均勻、色澤光滑，整個幕墻施工完成后幾乎不存在色差問題。用鋁單板制作的飾面色彩豐富，設計過程中不僅可以涂飾不同種類的著色材料，同時還可以在表面施以仿天然花崗石等涂抹材料，極大的提升了住宅建筑的美感。②鋁板幕墻的鋁壁材質較輕、剛柔適中。相比于不銹鋼板以及鈦合金板等材料而言，鋁塑鋼板的金屬壁板質輕，尤其在超高層建筑中，通過采用鋁板幕墻的形式可以降低建筑物主體結構的荷載。同時，鋁材的密度較小，材質剛柔適中，加工制作較為簡單。一般來說，鋁板可以加工為超過5m的大規格板材。對于建筑工程的設計而言，通過鋁板幕墻的應用能夠有效的提升建筑形體的個性化與立面造型的藝術化。③鋁板幕墻的使用壽命較長。超高層住宅建筑的外墻可以采用鋁壁板的形式，通過在其表面涂有一層氟碳樹脂涂層材料，可以提升材料的耐老化性與耐熱性，大多鋁板幕墻的使用壽命可以達到20年以上。④鋁板幕墻還具有物美價廉的重要優勢。在所有裝飾性的金屬幕墻中，鋁板幕墻的耐久性較為顯著，并且鋁板幕墻在價格方面可以與玻璃墻幕進行競爭。近幾年來，我國對于鋁板幕墻的應用越來越重視，并且受到了設計人員的廣泛關注。

2.2 鋁板幕墻的種類

鋁板幕墻可以細分為三種類型：①蜂窩鋁板。這一類型的鋁板幕墻是較早使用的一種，它由兩層構成，每層的厚度在0.8～1.8mm之間，加工制作過程中需要將兩層鋁板之間做成鋁箔蜂窩。對于墻外側的鋁板而言，要稍微增加其厚度，這主要是為了抵抗風壓作用的影響。一般而言，處于墻外側的鋁板厚度要控制在1.0～1.5mm之間，內側的鋁板板厚要控制在0.8～1.0mm之間，蜂巢板的總體厚度要控制在10～25mm。②單層鋁板。單層鋁板的出現主要是憑借電栓焊技術的興起而被廣泛應用的，通過電栓焊技術的應用，可以在單層鋁板飾面的背面進行加強筋的安裝。這樣一來，既不會對飾面表面產生破壞，同時還能提升鋁板幕墻的平整性與剛度性能。在國外，大多的單層鋁板幕墻主要是由純鋁板制作而成，板的厚度主要在3～4mm之間。在我國，單層鋁板幕墻多采用合金鋁板，其厚度大多在2.5mm左右。另外，就是復合（夾膠）鋁板。這一類型的鋁板幕墻分為內外兩層，由0.5mm厚的純鋁板制作而成，在中間夾層中要加入3～4mm厚的聚乙烯（PE）材料或者是聚氯乙烯（PVC）材料。相比于前兩種鋁板目前，符合鋁板幕墻的顏色更加均勻，并且鋁板的表面較為平整，加工制作起來十分方便。但是，這一類型的幕墻由于中間存在夾膠，因此在強度方面存在一定的缺陷。隨著材料科技以及制作技術的不斷提升，建筑中出現了越來越多的鋁板幕墻形式。在進行超高層住宅建筑的設計過程中，要根據實際狀況合理選擇鋁材幕墻的種類。

3 鋁板幕墻在超高層住宅設計中的應用

3.1 鋁材幕墻的設計原理

鋁板幕墻的設計可以分為固定式與開放式兩種，固定式鋁材幕墻施工時需要用到固定螺栓，這也是一種較為傳統的幕墻形式。但是，對于開放式鋁材幕墻而言，其設計與安裝過程中取消了固定螺釘的使用，并且用鋁板掛件來代替螺栓。此外，固定式鋁板幕墻的表面需要使用硅膠進行密封，但是開放式則是在鋁板的內層增加了一層防水層。開放式的鋁板幕墻大多由鋼結構作為龍骨，并且配備內層板作為保溫面。

3.2 建筑設計中的應用

在進行超高層住宅鋁板幕墻的設計過程中：①要明確幕墻的尺寸。設計人員需要對住宅建筑的立面造型進行分析，并且選擇橫向分割的方式或是豎向分割的方式。此外，還可以采用格子型分割方式或者是復合型分割方式。如果需要鋁板幕墻與玻璃幕墻之間的結合與搭配，那么要對分割線條進行統一的考慮。②要明確分割尺寸。通常來說，設計過程中要按照住宅建筑的層高或者是外墻的長豎比來明確分割尺寸。為了追求建筑外墻鋁板幕墻長豎比的協調性，建議使用黃金分割比例（1：0.618）。設計過程中，如果發現外墻的長豎比較小，也可以使用伸縮分格比例，這樣一來可以提升立面線條的飽滿效果。③需要考慮鋁板幕墻分縫效果，開縫還是采用嵌縫膠，嵌縫膠的顏色對高品質超高層住宅效果影響很大。

3.3 變形方面的控制

在進行固定式鋁板幕墻的設計安裝過程中，需要在鋁板的四邊設有掛耳，之后再使用螺釘將四個掛耳固定于幕墻的框架結構上。對于這種固定方式來說，容易使鋁板出現變形的問題，進而降低了鋁板幕墻表面的平整性。在我國的絕大多數區域，年絕對溫差可以達到30℃以上，一塊寬度是1.5m的鋁板，在這樣的溫差條件下將會產生較大的伸縮量，并且可以使鋁板表面拱起14.2mm左右。尤其在陽光的照射作用下，鋁板表面所產生的變形將會給人產生視覺上的沖擊。但是，如果設計為開放式的鋁板幕墻，那么就可以有效控制熱脹冷縮帶來的變形問題。這主要是因為鋁板的板縫中并沒有注入相應的密封膠，因而鋁板可以進行無阻力的自由伸縮。

3.4 結構設計

結構設計過程中：①要進行的是風壓設計。設計過程中需要考慮的以下的兩個方面：a.要確保鋁板幕墻在五十年一遇瞬間最大風速的風壓條件下，鋁板幕墻主受力梁的最大撓度不能超過L/180，其中L所表征的是樓層間距。b.鋁板在受到30年一遇瞬間最大風速的條件下，鋁板的撓度值要控制在L/300以內，并且產生的最大拉應力要低于鋁板的允許值。設計過程中如果單層鋁板或者是復合鋁板的分割比例較大，那么要在鋁板的背面（靠近墻體的那一側）增設相應的加強筋，并且關于加強筋的計算要和主受力梁的風壓設計相一致。②要進行幕墻冰密性、氣密性方面的設計。對于相鄰板材之間的接縫位置處，要使用耐候膠進行密封，并且耐候膠膠縫的設計要和玻璃幕墻相一致。③隔熱、保溫方面的設計。在進行鋁板幕墻隔熱保溫設計工作時，現階段并沒有形成太多的固定方法與理論，如果超高層住宅對于鋁板幕墻的要求較高，可以使用多層的復合鋁板。

3.5 防雷設計

安裝在高層或者是超高層住宅建筑外側的鋁板幕墻，將會對地表電場的分布造成一定的影響，并且建筑的電場強度比普通的建筑物大很多。同時，由于超高層建筑的高度相對較大，因而容易構成雷電發展的條件，進而使建筑遭受雷擊的威脅。因而，在進行鋁板幕墻的設計過程中，要提升幕墻防雷設計的效果。對于超高層住宅建筑而言，宜采用蜂窩鋁板幕墻，并且鋁箔芯蜂窩材質略好，這主要是由于膠不能充當導體。此外，在進行幕墻的制作安裝過程中，最好將鋁板封孔焊接，并且外側的鋁板厚度不宜過薄，這樣一來可以防止雷電擊穿薄板問題的出現。對于單層鋁板的防雷設計而言，可以將鋁板以及幕墻進行接地處理，也可以與防雷網接通。對于復合鋁板的防雷設計工作而言，由于夾層中的聚乙烯屬于不良導體的范疇，所以兩層鋁薄板處于絕緣狀態。此外，超高層住宅建筑的鋁板厚度要控制在2.5～3mm之間。需要注意的是，安裝完成的鋁板幕墻要注意定期的清潔，通過清洗即可以提升鋁板幕墻的美觀效果，同時可以清理掉幕墻上的雜質與導體，進而提升住宅建筑的安全效果。

4 結束語

鋁板幕墻作為一種新型的幕墻形式越來越受到了超高層住宅建筑設計人員的青睞，其質輕、美觀、造價適中以及施工安裝方便的優勢更是為鋁板幕墻的推廣應用提供了便利條件。因而，要提升鋁板幕墻的設計質量與效果，提升幕墻的加工與安裝質量，在確保超高層住宅建筑安全及品質的前提下，盡可能的降低施工造價。