不锈钢板幕墙设计、施工要点

　　1 序言

　　本文主要讨论不锈钢板作为面板的幕墙相关技术。不锈钢（词条“不锈钢”由行业大百科提供）板作为幕墙面板：①能为建筑师立面表达提供理想选择。随着大气污染的加重，特别是随着我国城市化进程的推进，具有高耐腐蚀性、高强度、低维护特性的不锈钢面板材料在建筑幕墙领域的应用越来越受到重视和推广。因为采用不锈钢板，建筑立面能长期保持初始质感，能降低维护和更换成本，同时能为建筑师提供特殊质感。例如不锈钢特有的“坚硬”和“纯净”感，为建筑增添高档质感和现代感。 经过1930年的美国纽约Chrysler大厦、1968年意大利CSM,Castel Romano大厦(现在板质感依如初新)、1992年西班牙巴塞罗那Mapfre Tower(43层，153m)、1996年马来西亚吉隆坡石油双塔等项目上80多年的实践，奥氏体不锈钢06Cr19Ni10(SUS 304)和06Cr17Ni7Mo2(SUS 316)已经得到充分的认可，而SUS316的耐腐蚀性更胜一筹。[图1]为东昌财富的1.5mm轧花不锈钢板幕墙（词条“不锈钢板幕墙”由行业大百科提供），于2004年完工并使用至今，历经十年多的风雨，外观效果依然亮新依旧;②不锈钢板的性价比正在提高之中，特别是随着国内专业制造商工艺水平提高，市场价格处于下降趋势。③不锈钢板加工、组装和安装涉及不锈钢材料特有的加工硬化（词条“硬化”由行业大百科提供）、应力残余等需要认真对待的技术问题，甚至涉及特殊制作工艺。例如，芝加哥云门(CLOUD GATE)雕塑,花几年时间采用168块用Octomill 八面铣刀精准加工的双曲面厚不锈板，无缝焊接而成[图2];上海盛大中心“不锈钢城堡”，则采用针对性很强的短周期(2.5月)、低成本冷弯施作工艺完成[图3];所以研究和总结不锈钢幕墙有很强的现实意义和价值。

　　目前建筑外墙领域，采用大面积不锈钢板幕墙案例不多，即使大面积采用，也往往不追求其高平整度，只表达其强烈质感[图4]：如洛杉矶WALT DISNEY 音乐厅和Zollhof 大厦。Zollhof 大厦，做到了以明亮的不锈钢质感，既从周围“古老”色调脱颖而出，又以反射周围建筑而融入环境。而国内大面积使用不锈钢板的幕墙案例也是不多，[图5]深圳平安金融中心，采用的是2mm厚316材质的布纹不锈钢板，幕墙面积超过7万平米，虽正在施工当中，但已经明显体现了不锈钢板所独有的强烈质感和现代气息。不锈钢大致可分为平面钢板和凹凸钢板。而平面钢板又分为三类：板面光反射率在90%以上者，为镜面钢饭。板面反射率90%--70%者，为有光钢板，反射率小于50%为亚光钢板。凹凸钢板也分为浮雕板、浅浮雕花纹板和网纹板等。平面钢板通常是经研磨、抛光工序而制成的。凹凸钢板通常是正常的研磨与抛光之后.再经辊压、腐蚀、雕刻（词条“雕刻”由行业大百科提供）等加工，最后再经特殊研磨而创成的。可见不锈钢板反射率高，对板面非平整度敏感，随着不锈钢板大面积使用于建筑立面，对其平整度提出更高要求，将追求采用更薄、更平整的幕墙。

　　2 不锈钢板应用于幕墙及相关技术

　　2.1不锈钢板品种及特性

　　幕墙常用不锈钢板按构造分，一般有三大类：单板(盒型、扣接型和切板)、复合板和蜂窝板。表1中对这三类不锈钢板性能的优缺点进行对比说明：

　　不锈钢复合板在保留了不锈钢材料良好的装饰效果和经久耐用的特性基础上，克服了不锈钢金属板加工难、加工平整度差的缺点，具有良好的隔声、隔热效果，可方便的进行剪切、弯弧、刨槽折边、钻孔等加工。使用不锈钢复合板另外还要考虑几个因素：不锈钢的耐蚀性、强度、耐性和物理功能、加工成形功能等。[图6]为越南VTB大厦(工商银行)不锈钢复合板幕墙，不锈钢为两层0.3mm厚316材质。[图7]为上海某工程不锈钢复合板墙体，从外观上可以感受到很强的机理性和金属质感。

　　另外，由于不锈钢复合板是两种材料的复合材料，使用时要考虑其热胀冷缩时产生的温度应力，可能会出现应力收缩（词条“收缩”由行业大百科提供），裂纹，界面复合破坏等问题，以确保温度应力产生弯曲时的材料完整性，不会导致开裂。不锈钢316的线膨胀系数：当温度0~100℃时为1.73×10^-5/℃，约为碳素钢（词条“碳素钢”由行业大百科提供）的1.5倍，略小于铝合金。而聚乙烯芯板的膨胀系数：当温度为0~100℃时，约为1.50×10^-4/℃。

　　不锈钢蜂窝板，表板采用拉丝不锈钢板或者镜面不锈钢板等，背板采用镀锌钢板，芯材采用铝蜂窝芯，经过专用粘合剂复合而成。不锈钢蜂窝板的主要特点：轻便、安装负荷低;每块面积大，平整度极高、不易变形，安全系数高;具有很好的隔音，保温性能。成本低，质量好，比2毫米不锈钢单板价格低，但是平整度与3毫米不锈钢单板接近。不锈钢蜂窝板具有很强的耐蚀性。图8显示为不锈钢蜂窝板幕墙，分格较大，表面平整度高，且兼顾保温性能。

　　不锈钢单板由于本身强度高，可用于高层超高层建筑;韧性（词条“韧性”由行业大百科提供）大，可做折弯或弯弧加工，可实现较多建筑外观效果;耐腐蚀性强，后期维护方便成本低。鉴于诸多的性能优势，深受建筑师的青睐。[图9]显示了不锈钢单板幕墙外观金属质感强，使用广泛。[图10]展示了上海东昌财富楼不锈钢面板弯弧处理效果。韧性大，易于弯弧加工，这是不锈钢复合板和不锈钢蜂窝板不容易实现的。另外不锈钢单板幕墙一般采用开缝加背衬板的防水（词条“防水”由行业大百科提供）方式，这是因为不锈钢板表面有一层油膜，施打密封胶之前，必须先对不锈钢板表面清除油污处理，然后涂专用底漆，否则难于保证耐候密封胶与不锈钢的黏接性能。

　　不锈钢单板作为金属构件除了能够适应切割、刨槽、折弯等加工处理，而焊接加工使不锈钢板能够实现更多的造型成为现实。而一般焊接变形的控制主要有减少焊缝数量和间断焊接、采用逆向回焊法施焊、刚性固定焊接、反变形技术、合理安排焊接顺序、采用热处理（词条“热处理”由行业大百科提供）去除焊后收缩力、减少焊接时间以及冷却法等等。而对于薄板失稳变形的控制是控制工艺参数、反变形法和控制温度场等措施。而在生产实践中，反变形法是最常用的方法之一，其具体方法是预先在焊接变形的相反方向，人为地施加一定的变形量，以此与焊接变形相抵消，使焊接结构达到技术要求。通过完全刚性约束和反变形法可以实现采用1.5mm厚不锈钢板激光焊接最大弯曲挠度（词条“挠度”由行业大百科提供）的控制小于0.16mm。

　　图11、图12是东财财富不锈钢筒体幕墙及节点，外观平整。依靠专用模具，不锈钢板切板弯弧成锥体，并与平板焊接，先均匀点焊控制整体尺寸及外形，再采用反变形法进行焊接变形控制，实施刚性固定焊接，保证平板与弯弧板周边焊后的平整度和紧密贴合，形成自然过渡，然后经过打磨亮化处理，形成棱角分明的锥筒造型。

　　2.2不锈钢板表面平整度的保证和提高

　　由于不锈钢板材(特别是单板)韧性大，因此通过采用合理的安装构造及加工组装工艺来消除内部不均匀的残余应力，是应对不锈钢材料固有的对光的反射率高、对表面不平整的敏感度高的关键措施。

　　[图13]所示为厚度1mm表面镜光处理的316不锈钢单板(反射率高于90%)做成的装饰条，影像变形扭曲严重。[图14]所示为厚度2mm表面亚光处理的316不锈钢单板做成的金属板幕墙。板分格宽度超过1.2米，表面波浪凹凸感强烈。单板厚度过薄、横向分格过大，且由于镜面不锈钢的反射率大于90%，亚光不锈钢其反射率也达到50%，受其对光反射率高的特点影响，不锈钢板对表面不平整度的灵敏度很高，板自身变形(0.1%以内)和外力力的作用下和轻微的挠度变形，特别是温度梯度的变化都会对外观效果产生较大影响。因此不锈钢板的安装构造和面板的强度和挠度控制成为不锈钢板幕墙设计的重要考量因素。

　　2.2.1不锈钢板支撑体系的设计

　　不锈钢面板附着的支撑体系必须是稳固的、平整的，且为了保证不锈钢面板的易于更换和安装，设计成小单元形式的挂板结构体系或者通过扣接的形式，通过型材（词条“型材”由行业大百科提供）咬合或者不锈钢板材直接扣接的方式来实现与整体框架的连接与固定。

　　幕墙用不锈钢单板的常用的支撑体系分为：切板结构、扣接结构以及盒型结构。切板结构外观上突出了板材的棱角，但不锈钢板材柔韧性大，适用于低层建筑或低风压区域;扣接结构适合于薄型不锈钢单板，平整度要求不高，对质感和肌理感建筑效果要求强烈时采用。盒型结构突出板框支撑体系的稳固性，适用于高层建筑，抵抗风压能力强，另外还能体现不锈钢独特的建筑效果，因此被广泛采用。

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