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第二届建筑表皮设计与应用国际大会(DAF)

第十七届亚洲建筑表皮设计与材料展览会

同期举办:第十九届上海国际保温材料与节能技术展览会

2021亚洲金属建筑设计与产业博览会

2021年12月22-24日      上海新国际博览中心

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如何选择建筑“外衣” 六大常规幕墙产品选用比对

  幕墙产品的选择需要以实现建筑功能为基准,综合考虑幕墙产品的技术、生产、施工特点,选择综合性价比高的幕墙产品,同时选择具有良好信誉与技术实力雄厚的幕墙承包商也是获得优质幕墙产品的关键。

  幕墙产品作为建筑的“外衣”,是建筑的重要的组成部分,具有保护建筑物、遮风、挡雨、隔声、保温、采光、通风、抗震等功能,自上世纪八十年代引入国内后,历经三十多年的快速发展,幕墙产品丰富多样,国内已经拥有了完整的产品产业链,行业规模位居世界首位。据统计,国内幕墙行业2010年至2014年总产值为11100亿人民币, 2015年幕墙行业已进入行业调整期,幕墙产品由低端粗犷化向高端精细化转变,建筑物对幕墙的性能要求由简单的遮风、挡雨提升至高舒适度、节能环保及人工智能化。合理选择幕墙产品不仅能够为房地产开发项目节省投资费用,而且可以使整个项目在全寿命周期内得到增值。

幕墙产品的概念及分类

  幕墙产品由面板与支承结构体系(支承装置与支承结构)组成的、可相对主体有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙或装饰性结构。根据结构形式的不同可分为单元式幕墙、框架式幕墙;根据面材的不同可分为玻璃、金属板、石材、人造板、膜结构幕墙等;根据幕墙层数的不同可分为单层幕墙、双层幕墙;根据幕墙的支撑材料及支撑体系的不同可分为铝合金型材、钢型材、复合型材、索网及点支式幕墙等;此外,还有其他新型结构形式的幕墙,如光伏幕墙、植被幕墙等。

  建筑物在项目立项阶段已经定义了建筑物的功能及使用要求,此阶段即已经基本确定了幕墙的特殊功能需求,例如使馆区幕墙的安全属性确定了幕墙的防爆功能、金融业建筑幕墙的防盗功能、机场区域建筑幕墙的高隔声性能等等,此时幕墙产品的选择必须在满足基本的物理性能(气密、水密、风压变形性能)外,满足上述特殊性能要求,否则建筑物将无法正常使用,建筑物的价值也无从得到体现。下面介绍几种常规幕墙产品的主要特点,以供比对选用。

分类一:单元式幕墙

  单元式幕墙是符合当今世界潮流的高档建筑外维护系统。以其工厂化的组装生产,高标准化的技术,大量节约施工时间等综合优势,是众多幕墙产品中应优先选择的产品,单元式幕墙已经成为建筑幕墙领域最具普及价值和发展优势的幕墙形式。

图1 上海中心大厦

     图2    单元幕墙安装

  单元式幕墙是在工厂内将幕墙各组件(包括面板、支撑框架等)组装成板块单元,运至工地进行整体吊装,通过预埋转接系统固定在主体结构上的一种幕墙产品系统。

  相对于框架式幕墙,单元式幕墙具有诸多突出优势:

  1、可与主体混凝土结构同步施工,垂直交叉作业,缩短整体建筑施工周期。

  2、单元板块整体吊装,安装速度快,现场施工周期短,经济效益和社会效益明显。

  3、构件高精度加工,组装在工厂内完成,易于保证产品质量。

  4、单元板块之间采用插接方式连接,对温度变形、层间变位、地震变形等具有很强的吸收能力,适应主体结构位移能力强。

  5、预埋转接系统可实现三维空间全自由度调整和误差吸收,安装调整方便,可有效保证安装精度和质量,并适用于各种不同形式的建筑主体结构。

  6、热工性能优越,节能效果显著。

  7、可灵活采用玻璃、金属板材、石材及人造板材等多种饰面材料。单元式幕墙可根据需要做成明框、隐框、半隐框等多种框架外观形式。可根据需要设置垂直装饰翼板(玻璃、铝板、陶土板)、水平装饰或遮阳挑板(架)等。

分类二:框架式幕墙

  框架式幕墙产品的选择,其本质就是面材的选择,通过选择不同的面材可以实现建筑的采光、保温、遮阳、节能、安全等功能,面材与支承框架可组合成隐框式、明框式、半隐框式幕墙形式,从而实现建筑外装饰效果。

图3    北京天文馆-框架式幕墙

  框架式幕墙是将工厂制作的立柱、横梁、玻璃运往工地,在现场进行安装的一种幕墙结构,是目前国内应用最为普遍的幕墙产品;与单元式幕墙相比较有如下特点:

  1.框架幕墙对于外观造型复杂的幕墙在幕墙设计难度方面比单元幕墙更具优势;

  2.框架幕墙安装依赖于脚手架及吊篮,所以不适用于高层及超高层建筑;

  3.框架幕墙平均造价低于单元式幕墙;

  4.框架幕墙的安装顺序及安装位置不受限制。

分类三:金属板幕墙

  金属板幕墙包括铝单板、铝复合板、铜板、钛锌板、不锈钢板等。各类金属板通过连接构件与主龙骨连接固定,金属板幕墙可分为封闭式和开放式两种不同的构造系统。金属板质感独特,并能与玻璃、石材幕墙完美地结合,维护成本低,在大型商业场馆、屋面系统被广泛应用。

  封闭式金属板幕墙的接缝处注胶密封,幕墙内部不再设置密封构造。金属板周边带有折边,中间有加强肋,显著提高其抗风压性能。板副框通过压块固定在主龙骨上。压块定位安装,定距压紧,浮动连接,使金属板在产生温度变形时,可以在其平面内自由伸缩,不致产生挠曲变形,进而保证板面的外观平整度。

图4    天津奥林匹克中心体育场-金属板幕墙

  开放式金属板幕墙接缝处采用开放形式,不注胶密封,在幕墙内部设有独立完整的密封构造。分格线清晰,接缝处立体感强,外视效果美观。避免硅胶吸附灰尘对幕墙表面的污染,安装和拆卸灵活方便,易于维修和更换。

  金属板幕墙相对于其他面材幕墙具有如下优点:

  1.金属板面材强度优良,轻量化的平米用量,减少对主体建筑结构的负荷;

  2.表面处理的多样性,可提供不同色彩喷涂、氧化、蚀刻等装饰效果;

  3.防水、防污、防腐蚀功能优秀,能保持外表面的持久长新;

  4.良好的延展性能,是作为异形曲面结构的首选面材;

  5.材料可回收利用,节能环保;

分类四:石材、GRC幕墙

  石材因其天然质感强烈、纹理晶莹、坚硬永久,建筑效果高贵典雅,被建筑师广泛应用在仿古及欧式建筑风格的项目中。石材种类主要为天然花岗石、洞石、砂岩以及人造石材等。石材的固定方式主要包括背拴式和托板式。背栓式石材幕墙是在石材背面采用专用设备钻孔,孔内嵌入石材背栓,通过石材背栓将石材挂件固定在石材背面,石材通过挂件固定在幕墙龙骨上,安装操作简便,且易于维修更换。托板式石材幕墙是在石材板块的上下端面开槽,槽内安装专用的石材托板,托板采用螺栓与幕墙龙骨连接固定。

  GRC(玻璃纤维增强水泥制品)是由抗碱玻璃纤维与低碱度水泥经压制形成的一种水硬性的新型复合材料,GRC成品常见的有GRC板和GRC构件。需通过连接系统及支撑结构安装在建筑的室内或外墙。

  石材及GRC幕墙的主要特点如下:

  1.石材天然质感效果独特,色泽醇厚但同时色差明显,相对于其他面材更具艺术特性;

  2.GRC构件采用模具或胎具成形,可制作成形状复杂的建筑构件和制品;

  3.采用机械固定方式安装在幕墙龙骨上,安装操作简单、维护方便;

  4.材料本身均为脆性材料,易损伤,对运输与包装质量要求较高;

                                     图5 上海复旦大学            

 图6上海复旦大学局部

分类五:索网点支式幕墙及索膜结构幕墙

  索网点支式玻璃幕墙是一种具有良好采光性能的幕墙系统,适用于大跨度建筑空间。索网系统由横向与竖向张拉索交叉组成索网结构作为幕墙的支撑结构体系,是种柔性结构体系,通过在双向钢索上施加一定的预应力,使索网产生抵抗平面外荷载的刚度。系统由横向和竖向钢索、索夹及玻璃支撑装置等组成。

  膜结构是由多种高强薄膜材料及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类。膜材种类主要有PTFE、PVC和表面改性的PVC、ETFE。

  索网点支式幕墙及膜结构产品的主要技术特点如下:

  1.适用于大跨度结构,可保持室内的通透效果,以膜结构屋面为例,屋面重量仅为常规钢屋面的1/30,这是其它产品所不能比拟的;

  2.具有优异的采光性能,能耗很低;

  3.索网系统对主体结构的反力巨大,需在项目主体结构设计方案阶段给予考虑;

  4.膜结构隔声性能较差,若室内有隔声需求则需要辅以其他消音降噪措施;

  5.索膜结构为柔性体系,自振频率很低,在风荷载作用下极易产生风振,导致结构材料破坏,如果初始预应力施加过高,对边界条件及受力构件强度要求也高,增加施工安装难度,设计中需要单独考虑风振影响。

  6.索网点支式幕墙及索膜结构幕墙均对安装施工工艺要求较高,施工周期短;

  图7 北京新保利大厦-索网点支式幕墙      

图8 英国BRENT CIVIC CENTRE-索膜结构幕墙

分类六:双层幕墙及光伏幕墙

  目前我国大力推广绿色建筑,让建筑在全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,这对于幕墙材料来讲更注重于全寿命周期内的绿色环保、回收利用,对于幕墙性能来讲,更注重于保温隔热、采光通风性能。双层幕墙与光伏幕墙更适用于绿色建筑。

  双层幕墙是由内外两层幕墙构成的建筑外围护结构系统,与传统的单层幕墙系统相比,具有更为优越的物理性能,同时可获得上佳的室内外装饰效果。双层幕墙又被称为动态通风幕墙、热通道幕墙、智能呼吸式幕墙等。通过系统构造的优化设计和合理配置,双层幕墙可有效提高围护系统的热工性能,改善室内通风,提高隔声性能,控制室内采光。

  图9 THE LEADENHALL BUILDING-双层幕墙

  图10上海世博会主题馆-光伏幕墙

  光伏幕墙具有光伏发电的功能,主要是将幕墙中的面材更换为光电玻璃,利用太阳能发电,实现光伏建筑一体化(BIPV)。光电玻璃是太阳能发电的关键部件,光电玻璃基本结构为五层夹层结构:室外超白玻璃+PVB胶片+电池片+PVB胶片+室内侧玻璃,夹层后经层压机设备热融压制而成,电池片处于两层玻璃之间,并按一定的矩阵排列。电池片的主要类型有:单晶硅电池、多晶硅电池及非晶硅薄膜电池,考虑到发电效率,应用较多的就是单晶硅电池、多晶硅电池。

  BIPV发电系统分为两种,并网式发电与独立式发电。二者的区别主要在于一个需要并入电网,直接输出电能,一个是自发自用,需要使用储能蓄电池,比如白天发电并储存后晚上利用。

  双层幕墙及光伏幕墙产品的主要技术特点如下:

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