
[圖15]所示為世博主題館不銹鋼裝飾效果、幕墻節點,該幕墻系統通過上下插接和左右連接方式,1.5mm軋花并磨凸出肌理不銹鋼板通過結構膠與鋁(詞條“鋁”由行業大百科提供)合金副框粘接,共同形成一個單元整體,不銹鋼板處于無應力自然狀態,并通過小單元型材插接咬合結構形成面板支撐體系,來保證不銹鋼面板的整體高平整度。中間鋁合金加強筋的作用依然只是對鋁合金副框進行補強,在正負風壓的反復施加過程中,加強筋是不直接參與面板堆風荷載的抵抗。

[圖16]是不銹鋼板平鎖扣式扣接安裝固定的早期典型案例,幕墻主框架采用豎向龍骨和橫向龍骨都為60*3mm的鍍鋅鋼管,上下0.7mm厚拉絲316不銹鋼板通過上下折邊咬合扣接在一起,不銹鋼面板整體依靠0.7mmV125鍍鋅壓型鋼板支撐,連接位置通過0.7mm厚鍍鋅鋼板找平,并形成順水結構[4]。安裝簡易,人工成本和材料成本低,經濟效益好。該幕墻表面平整度低,但是本工程合理的密封結構體系,錯落有致的魚鱗效果及彎弧效果。也能為建筑師創造獨特的構思提供空間,對一些特別建筑有其推廣價值。
[圖17]為平安金融中心工程T8系統橫剖節點,2mm厚布紋不銹鋼板,材質為奧氏體SUS316不銹鋼,分格多為500*4500,面板通過自攻釘固定在鋁合金副框上,然后通過鋁合金副框又與單元豎框咬合組裝,共同形成不銹鋼單元系統。面板支撐體系計算按大變形理論進行分析考慮到風荷載(詞條“荷載”由行業大百科提供)對板面交變影響,橫向鋁合金方管加強筋只是對副框進行補強,與不銹鋼板之間保留3~5mm間隙,不發生直接接觸。整個不銹鋼面板向張拉膜一樣緊繃在鋁合金框組成的框架上。

因此在確立面板支撐體系之前,首先要對不銹鋼面板的強度和撓曲(詞條“撓曲”由行業大百科提供)進行計算。根據《不銹鋼棒(詞條“不銹鋼棒”由行業大百科提供)》GB/T1220-2007表6采用S31608,屈服強度標準值δ0.2,屈服強度為205Mpa;根據《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ102-2003。5.2.4規定:不銹鋼的抗拉、抗壓強度設計值(詞條“強度設計值”由行業大百科提供)fs應按其屈服強度標準值δ0.2除以1.15采用,其抗剪強度設計值可按其抗拉強度設計值的0.58倍采用。因此,不銹鋼板的抗彎強度設計值為205/1.15=178.3Mpa,抗剪強度設計值為178.3*0.58=103.4Mpa。且根據金屬面板的撓曲位移量不得超過跨距的1/90或者19mm,以較小值為依據,跨度取水平或者垂直支撐構件中的跨度最小值。

[圖18]為平安金融中心T1系統不銹鋼三角柱系統,進行了兩種固定方式的理論計算和測試。一是通過實驗驗證計算不銹鋼板強度計算理論的正確性,二是對比加強筋在有結構膠連接時與沒有結構膠連接是否對不銹鋼板平整度情況有影響。從試驗觀察的結果來看,用結構膠連接加強筋在正負荷載作用下,沒有明顯使不銹鋼板出現褶皺現象。但在荷載作用過程中,有結構膠連接側起鼓波浪變形比較明顯,而不打膠一側不明顯,變形比較同步。因此考慮采用加強筋不打膠形式。
2.2.2 不銹鋼面板加工、組裝工藝的控制
為保證面板的平整度,有必要針對不銹鋼加工環節進行相應技術標準的控制。不銹鋼面板整體加工流程,一般經過開料-刨槽-折彎-組框-安裝這幾道工序,而每一道工序的加工和過程都要嚴格加以控制,避免面板的磕碰、劃傷,盡量減少面板的彎曲和殘余應力的產生。
A 材料的檢驗和驗收
為保證不銹鋼板原材料的質量要求,可以按照國標GB/T3280-2007并結合美標ASTM A480/A480M和日本標準JIS G 4305的規范要求,作為不銹鋼板原材料最初出廠依據和參考。對面板的化學成分和力學性能、表面質量等做全面的檢測和驗收。
B 面板磕碰、劃傷的控制:
在整個面板加工流程過程中,人、設備、物料等但凡與不銹鋼板可能發生接觸的幾個因素,都要加以保護和隔離。首先,車間加工無粉塵,工人加工需戴手套,設備做到清潔;人工操作需輕拿輕放,運輸過程中需捆扎牢固,避免晃動摩擦;板與板堆放、板與設備避免直接接觸,需用泡沫膜或隔離墊進行保護;運輸平臺或托架支撐表面要有柔性材料的保護,避免硬性接觸;不銹鋼板保護膜注意過程中的二次檢查和更換處理;刨槽過程中,及時清理金屬刨花,并注意冷卻液的污染;折彎過程中折角下面需墊硅橡膠板,避免板硬接觸;加工完成后,成型不銹鋼板擺放貨架上,下面墊木方,均勻布置且木方高度尺寸一致;在框架組裝過程中,零件和工具須有專門平臺進行放置,不得與面板接觸。在對面板進行敲擊時,需要加墊木方和使用橡膠錘,避免直接撞擊。
C 減少面板的彎曲和殘余應力的產生:
不銹鋼力學強度高,韌性高,按行業標準其材料特性:抗拉、抗壓強度設計值ƒs2應按其屈服強度標準值σ0.2除以系數1.15采用,其抗剪強度設計值ƒvs2可按其抗拉強度設計值的0.58倍采用,也可按表2采用。

[圖19]電動吸盤采用四組,吸盤間隔適中,吊運過程中,板下撓不明顯,并且板的存放有專門平臺和襯墊;而[圖20]所示搬運方式造成板明顯彎曲,有殘余應力產生,是加工過程中不允許的。
由于不銹鋼的黏附性和熔著性強,刨槽過程中,切屑容易黏附在刀具上,為了避免加工硬化和減少刀具前切屑的堆積,切屑奧氏體不銹鋼時,使用比碳鋼較大的進刀量以及較慢的切屑速度,一般進刀量控制在0.3mm以下,并逐漸減小至0.1mm。圖21所示在刨槽折彎應力集中位置,為避免應力集中形成爆邊開裂,特別在該位置開一直徑3mm左右圓孔,使殘余應力得以釋放,折彎后保證了外觀平整效果。

在不銹鋼板與鋁合金副框組合過程中,也要注意對板間接應力的施加造成板變形影響。[圖22]示意為了片面保證W和W1尺寸,造成了板平面的內凹和外凸現象。因此,在組框過程中,盡量保證對板應力的零施加。在如圖所示加強筋的下料尺寸設計上,要考慮其長度L小于W1尺寸4mm,首先是為了保證從尺寸上留有間隙,加強筋在安裝時不會對兩側的鋁合金框造成頂壓的狀態。同時,加強筋兩端的連接角片也要進行順序安裝,先裝一端,在面板上確定位置后再安裝另一端。自攻釘的固定也要按照先副框后加強筋的順序,目的就是要使不銹鋼板在松弛的狀態下實現無應力組裝。

在不銹鋼板與鋁合金副框組合過程中,也要注意對板間接應力的施加造成板變形影響。[圖22]示意為了片面保證W和W1尺寸,造成了板平面的內凹和外凸現象。因此,在組框過程中,盡量保證對板應力的零施加。在如圖所示加強筋的下料尺寸設計上,要考慮其長度L小于W1尺寸4mm,首先是為了保證從尺寸上留有間隙,加強筋在安裝時不會對兩側的鋁合金框造成頂壓的狀態。同時,加強筋兩端的連接角片也要進行順序安裝,先裝一端,在面板上確定位置后再安裝另一端。自攻釘的固定也要按照先副框后加強筋的順序,目的就是要使不銹鋼板在松弛的狀態下實現無應力組裝。
D 加工過程中的尺寸公差要求
不銹鋼板組合后整體平整度要求為:平整度要求在1.5m內不得超過1.5mm或0.1%。折邊棱角直線度≤0.5mm/m,全長≤3mm。具體加工公差要求為:激光切割后長寬方向允許偏差為±1.5mm;刨槽深度誤差為±0.1mm,切邊與刨槽中心線需要重合度≤0.05mm,角度偏差為0-0.5度;
3 不銹鋼板表面處理(詞條“表面處理”由行業大百科提供)及維護保養
3.1 表面處理:
不銹鋼表面處理方式大致分為五類,分為軋制表面加工、機械表面加工、化學表面加工、網紋表面加工、彩色表面加工。形成的產品常有鏡面、拉絲、網紋、蝕刻、電解著色、涂層著色等。隨著不銹鋼用途的多樣化、高級化,并不斷向裝飾性和藝術性方向發展,不銹鋼彩色氧化(詞條“氧化”由行業大百科提供)由于具有較高的裝飾功能,因而得到日益廣泛的應用。經過前處理-絲網印刷-圖文蝕刻-除墨-后處理化學著色等工藝,不銹鋼著色不僅賦予不銹鋼制品各種顏色,增加產品的花色品種[圖23],所得圖文清晰、立體感強、裝飾性能好[5]。而且還提高了產品耐磨性和耐腐蝕性。不銹鋼表面處理的多樣性為建筑外觀的亮麗和耐用提供了更多選擇。也為幕墻設計向高度更高、環境更復雜領域探索和發展提出了要求。

3.2不銹鋼板的維護保養:
雖然不銹鋼板耐腐蝕,但不等于說不銹鋼就不會腐蝕,如果不銹鋼板使用和維護不當,或者使用環境太惡劣,就會發生局部氧化腐蝕現象。不銹鋼的腐蝕主要有三種形式:化學腐蝕、電化學腐蝕、應力腐蝕。由于不銹鋼表面鈍化膜之中耐腐蝕能力弱的部位,由于自激反應而形成點蝕反應,生成小孔,再加上有氯離子接近,形成很強的腐蝕性溶液,加速腐蝕反應的速度。還有不銹鋼內部的晶間腐蝕開裂,所有這些,對不銹鋼板表面的鈍化膜都發生破壞作用。因此對不銹鋼板表面必須進行定期的清潔保養,以保持其華麗的表面及延長使用壽命。
結論:
1. 不銹鋼板幕墻以其高強度、高剛度、高耐候、長壽命、低維護成本和建筑現代質感,隨著其性價比的提升,在建筑外皮領域處于上升趨勢。
2. 三種不銹鋼板:單板、復合板和蜂窩板各具特色,為豐富立面提供選擇。蜂窩板要關注板內部溫度應力,對壽命和熱彎曲的影響;復合板要關注折變處強度薄弱環節;單板要關注加強筋的加法及工藝;低層建筑可選擇“切板”構造,因為面板處于無應力狀態,能獲得很高的平整度。
2. 由于不銹鋼板(特別是單板)韌性強,通過采用合理的加工組裝及安裝工藝,消除不均殘余應力是提高平整度的關鍵。例如,采用型材無應力掛接體系、無應力組裝、定位無應力安裝工藝為提高平整度創造條件。
3. 由于不銹鋼材質的耐腐蝕性、耐劃性和可循環使用,而恰恰為可持續的社會發展中發揮積極的作用:降低立面污染、提高材料使用壽命和降低更換率。
4. 不銹鋼的維護要注意表面鈍化膜的保護,使用過程中要盡量避免局部氧化腐蝕,需要有計劃的定期進行清潔保養。
種種有利因素預示著不銹鋼材料在未來的建筑幕墻使用上將大有作為,可以期待裝有平整度更高、更加亮麗的不銹鋼板幕墻建筑,屹立于城市建筑林中。
參考文獻:
[1]江來珠、 史國敏,寶鋼技術2009年增刊,“寶鋼不銹鋼板帶產品技術開發”
[2]孟根寶力高,趙立杰,“上海世博主題館外皮設計新理念、新工藝”,工程質量,2011年02期
[3]吉沐園,周一屆,“薄不銹鋼板激光焊接變形分析及控制”,熱加工工藝,2010年9期
[4]周佩杰,“新型幕墻—平鎖扣式拉絲不銹鋼板幕墻”,門窗,2008年04期
[5]肖鑫、王文濤、龍有前、鐘萍,“不銹鋼圖文裝飾工藝”,表面技術,2001年第4期
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