0. 工程背景
在2009年央視新臺址輔樓元宵火災(zāi)后，國家公安部于２００９年９月頒發(fā)的公通字[2009]46號文件—《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》，專門針對建筑保溫材料的應(yīng)用進(jìn)行了新規(guī)范，同時相關(guān)消防、材料、幕墻等專業(yè)的研討會在國內(nèi)廣泛召開，將建筑防火設(shè)計的討論提高到更深的層面。隨著央視新臺址項目建設(shè)工程的推進(jìn)，必須設(shè)計出新的幕墻系統(tǒng)，滿足新的國家相關(guān)規(guī)范和規(guī)定的要求。本文介紹的兩種幕墻系統(tǒng)就是在這種條件下進(jìn)行的設(shè)計探索。
1. 設(shè)計要求和思路
1.1 設(shè)計要求
1.1.1土建設(shè)計單位的要求
建筑外形和外表皮材料維持原創(chuàng)方案的設(shè)計；
新的幕墻系統(tǒng)的系統(tǒng)自重不得超過原有幕墻設(shè)計；
新的幕墻系統(tǒng)設(shè)計的傳力途徑原則上與原有幕墻設(shè)計一致。
1.1.2規(guī)范要求
公通字[2009]46號文件—《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》中相關(guān)條款：
(一) 有關(guān)材料選用類
第二章 第五條 （一）建筑高度大于等于24m時，保溫材料的燃燒性能應(yīng)為A級。
(二) 有關(guān)層間封堵類
第二章 第五條 （五）基層墻體內(nèi)部空腔及建筑幕墻與基層墻體、窗間墻、窗檻墻及裙墻之間的空間，應(yīng)在每層樓板處采用防火封堵材料封堵。
第三章第九條 屋頂與外墻交界處、屋頂開口部位四周的保溫層，應(yīng)采用寬度不小于500mm的A級保溫材料設(shè)置水平防火隔離帶。
1.2 設(shè)計思路
1.2.1 直立鎖邊系統(tǒng)的考慮
對于金屬屋面，由直立鎖邊系統(tǒng)組成的金屬屋面在中國已有相當(dāng)規(guī)模的應(yīng)用，但是到目前為止，國內(nèi)還沒有正式的直立鎖邊金屬屋面設(shè)計、測試規(guī)范的出臺。包括世博演藝文化中心的金屬屋面的性能測試試驗也是在參考國外相關(guān)規(guī)范下進(jìn)行的。
另外，高立邊機(jī)械鎖邊效率高，施工安裝簡易，沒有穿透點，設(shè)置靈活，可在輕鋼結(jié)構(gòu)上面布置等特點，此系統(tǒng)在大面積的屋面工程上防水性能表現(xiàn)優(yōu)異，所以近年來，國內(nèi)大型場館的屋面上的應(yīng)用比比皆是。
鑒于此，我們在設(shè)計時，考慮到此系統(tǒng)在斜墻面或垂直墻面上的應(yīng)用。
1.2.2框架式雙層幕墻的考慮
按照傳統(tǒng)框架式的做法設(shè)計雙層幕墻，在內(nèi)層選擇框架式鋁板幕墻系統(tǒng)，通過橫豎龍骨的轉(zhuǎn)接伸出支架，支撐外層鋅板造型幕墻。
2 系統(tǒng)設(shè)計簡介
2.1 內(nèi)層為直立鎖邊系統(tǒng)的雙層屋面系統(tǒng)
由外至內(nèi)材料布置為：鈦鋅瓦楞板，支撐外層幕墻的鋁龍骨和夾具系統(tǒng)，直立鎖邊鋁鎂錳合金板，憎水保溫玻璃面（帶鋁箔），底層支撐壓型鋼板以及龍骨支撐系統(tǒng)，主體鋼結(jié)構(gòu)。
問題和難點：
a) 直立鎖邊系統(tǒng)在垂直面上面的垂直荷載傳遞問題，由于外層鈦鋅瓦楞板的重量通過夾具傳遞給直立鎖邊支座，如果按照金屬屋面板的設(shè)計，每一塊鋁鎂錳合金板的長度通常至少有30~40米長，按照力學(xué)規(guī)則設(shè)計，支座的材料和形狀根本無法滿足設(shè)計需要。
b) 由于直立鎖邊的構(gòu)造特點，沒有常規(guī)幕墻的打膠或構(gòu)造設(shè)計密封，其氣密性能性能將嚴(yán)重降低。
c) 直立鎖邊通過夾具在鎖邊上的自鎖抵抗水平荷載，夾具能否抵抗住負(fù)風(fēng)壓的荷載，在以前是沒有檢驗過的問題。
設(shè)計中我們考慮如下：
在內(nèi)層鎖邊系統(tǒng)上，垂直方向上根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的特點，按照3m的跨度布置橫向主梁，每一塊鋁鎂錳合金板的豎向長度為3m，在上下段分離處設(shè)計披水板進(jìn)行構(gòu)造防水處理。而每3m段的鋁鎂錳合金板自身和外層鈦鋅瓦楞板的重量，通過單元上端部的直立鎖邊穿孔螺栓將外部重量固定在支座上面，較好的解決了重量、伸縮、防水等性能問題。如下圖所示：
夾具承重性能測試
夾具抗拉性能試驗
美標(biāo)氣密、動態(tài)水密、平面內(nèi)變形性能、抗風(fēng)性能試驗
試驗結(jié)果：
抗風(fēng)壓性能達(dá)到國標(biāo)GB/T21086-2007 第6級
平面內(nèi)變形性能達(dá)到國標(biāo)GB/T21086-2007 第5級
2.2 框架式雙層幕墻系統(tǒng)
與前面系統(tǒng)不同的是，內(nèi)層直立鎖邊系統(tǒng)更改成鋁單板框架系統(tǒng)，如下圖：
3 討論
3.1 直立鎖邊系統(tǒng)的雙層幕墻應(yīng)用于立面設(shè)計，目前來講顯然弊大于利。
前面提到的試驗樣件平面尺寸大小為7000X9300，完成樣件安裝周期為2周，效率不高。
直立鎖邊系統(tǒng)的特點是適合大面積工業(yè)化生產(chǎn)，在立面上面將大面分割成小小的單元，增加了工序，不能發(fā)揮系統(tǒng)本身高效率的施工安裝特長。
氣密性是直立鎖邊的硬傷，需要進(jìn)行深入的系統(tǒng)思考方能運用到實際工程。
目前，國內(nèi)還沒有直立鎖邊系統(tǒng)的設(shè)計和測試規(guī)范，采用本系統(tǒng)由一定的風(fēng)險。
3.2 內(nèi)層框架式的雙層幕墻系統(tǒng)較為完善
框架式幕墻系統(tǒng)在規(guī)范適用性、工程實用性上面較為成熟。是本工程設(shè)計繼續(xù)深化發(fā)展的方向之一。但由于雙層幕墻外層鈦鋅瓦楞板的重量依靠內(nèi)層幕墻橫向龍骨進(jìn)行豎向荷載傳遞，其連接外幕墻的連接件、橫向鋁龍骨的抗彎剪安全強度設(shè)計，需要特別考慮。由于節(jié)能設(shè)計的需要，橫向型材一般是鋁合金和斷熱PA66的復(fù)合材料，而穿條式的斷熱型材在弱軸上的抗彎剪能力差往往是安全隱患所在。
3.3 建筑功能設(shè)計上的考量
在防火問題上，新的幕墻系統(tǒng)配合建筑設(shè)計主要增加了如下措施：
a) 大空間雙層皮幕墻中垂直方向上增加層間防火隔斷；
b) 所有幕墻的材料采用A級不燃體。
4 思考
4.1 復(fù)雜造型大空間幕墻是新興的幕墻分支，與傳統(tǒng)幕墻設(shè)計不同的是，它成了結(jié)構(gòu)位移、建筑防火、建筑節(jié)能等多學(xué)科矛盾集中點的統(tǒng)一體現(xiàn)，此時，幕墻的設(shè)計已經(jīng)與建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)溶為一體。未來要完成一個好的建筑作品，在建筑設(shè)計階段介入幕墻設(shè)計已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)不爭的事實，由誰來監(jiān)管建筑設(shè)計階段的幕墻方案，保證其質(zhì)量和安全性，目前在國內(nèi)尚無明確的法定機(jī)構(gòu)為其買單。
4.2 直立鎖邊金屬表皮的系統(tǒng)，在國內(nèi)已經(jīng)應(yīng)用多年。近年來時有屋面被吹翻的事故發(fā)生。呼吁盡快出臺相關(guān)規(guī)范，減少人民生命財產(chǎn)損失。
4.3 直立鎖邊系統(tǒng)能用在立面和斜面幕墻，目前看來是弊大于利。但是能否用其所長，避其所短，是我們設(shè)計人員值得深思的問題。
4.4 對于復(fù)雜形體的重要建筑的幕墻系統(tǒng)性能測試，能否增加一條：進(jìn)行試樣的現(xiàn)場抗火模擬試驗。
以上觀點僅供行業(yè)同行參考，不足之處，敬請批評指正。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 公通字[2009]46號文件—《民用建筑外保溫系統(tǒng)及外墻裝飾防火暫行規(guī)定》
[2] BETC-QC1-2010-425D 金屬幕墻檢驗報告，國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，2010
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