0. 工程背景
在2009年央視新臺址輔樓元宵火災后，國家公安部于２００９年９月頒發的公通字[2009]46號文件—《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》，專門針對建筑保溫材料的應用進行了新規范，同時相關消防、材料、幕墻等專業的研討會在國內廣泛召開，將建筑防火設計的討論提高到更深的層面。隨著央視新臺址項目建設工程的推進，必須設計出新的幕墻系統，滿足新的國家相關規范和規定的要求。本文介紹的兩種幕墻系統就是在這種條件下進行的設計探索。
1. 設計要求和思路
1.1 設計要求
1.1.1土建設計單位的要求
建筑外形和外表皮材料維持原創方案的設計；
新的幕墻系統的系統自重不得超過原有幕墻設計；
新的幕墻系統設計的傳力途徑原則上與原有幕墻設計一致。
1.1.2規范要求
公通字[2009]46號文件—《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》中相關條款：
(一) 有關材料選用類
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為A級。
(二) 有關層間封堵類
第二章 第五條 （五）基層墻體內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，應采用寬度不小于500mm的A級保溫材料設置水平防火隔離帶。
1.2 設計思路
1.2.1 直立鎖邊系統的考慮
對于金屬屋面，由直立鎖邊系統組成的金屬屋面在中國已有相當規模的應用，但是到目前為止，國內還沒有正式的直立鎖邊金屬屋面設計、測試規范的出臺。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規范下進行的。
另外，高立邊機械鎖邊效率高，施工安裝簡易，沒有穿透點，設置靈活，可在輕鋼結構上面布置等特點，此系統在大面積的屋面工程上防水性能表現優異，所以近年來，國內大型場館的屋面上的應用比比皆是。
鑒于此，我們在設計時，考慮到此系統在斜墻面或垂直墻面上的應用。
1.2.2框架式雙層幕墻的考慮
按照傳統框架式的做法設計雙層幕墻，在內層選擇框架式鋁板幕墻系統，通過橫豎龍骨的轉接伸出支架，支撐外層鋅板造型幕墻。
2 系統設計簡介
2.1 內層為直立鎖邊系統的雙層屋面系統
由外至內材料布置為：鈦鋅瓦楞板，支撐外層幕墻的鋁龍骨和夾具系統，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，主體鋼結構。
問題和難點：
a) 直立鎖邊系統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，按照力學規則設計，支座的材料和形狀根本無法滿足設計需要。
b) 由于直立鎖邊的構造特點，沒有常規幕墻的打膠或構造設計密封，其氣密性能性能將嚴重降低。
c) 直立鎖邊通過夾具在鎖邊上的自鎖抵抗水平荷載，夾具能否抵抗住負風壓的荷載，在以前是沒有檢驗過的問題。
設計中我們考慮如下：
在內層鎖邊系統上，垂直方向上根據主體結構的特點，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，在上下段分離處設計披水板進行構造防水處理。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
美標氣密、動態水密、平面內變形性能、抗風性能試驗
試驗結果：
抗風壓性能達到國標GB/T21086-2007 第6級
平面內變形性能達到國標GB/T21086-2007 第5級
2.2 框架式雙層幕墻系統
與前面系統不同的是，內層直立鎖邊系統更改成鋁單板框架系統，如下圖：
3 討論
3.1 直立鎖邊系統的雙層幕墻應用于立面設計，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。
直立鎖邊系統的特點是適合大面積工業化生產，在立面上面將大面分割成小小的單元，增加了工序，不能發揮系統本身高效率的施工安裝特長。
氣密性是直立鎖邊的硬傷，需要進行深入的系統思考方能運用到實際工程。
目前，國內還沒有直立鎖邊系統的設計和測試規范，采用本系統由一定的風險。
3.2 內層框架式的雙層幕墻系統較為完善
框架式幕墻系統在規范適用性、工程實用性上面較為成熟。是本工程設計繼續深化發展的方向之一。但由于雙層幕墻外層鈦鋅瓦楞板的重量依靠內層幕墻橫向龍骨進行豎向荷載傳遞，其連接外幕墻的連接件、橫向鋁龍骨的抗彎剪安全強度設計，需要特別考慮。由于節能設計的需要，橫向型材一般是鋁合金和斷熱PA66的復合材料，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 建筑功能設計上的考量
在防火問題上，新的幕墻系統配合建筑設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 復雜造型大空間幕墻是新興的幕墻分支，與傳統幕墻設計不同的是，它成了結構位移、建筑防火、建筑節能等多學科矛盾集中點的統一體現，此時，幕墻的設計已經與建筑、結構、機電等專業溶為一體。未來要完成一個好的建筑作品，在建筑設計階段介入幕墻設計已經成為行業內不爭的事實，由誰來監管建筑設計階段的幕墻方案，保證其質量和安全性，目前在國內尚無明確的法定機構為其買單。
4.2 直立鎖邊金屬表皮的系統，在國內已經應用多年。近年來時有屋面被吹翻的事故發生。呼吁盡快出臺相關規范，減少人民生命財產損失。
4.3 直立鎖邊系統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，是我們設計人員值得深思的問題。
4.4 對于復雜形體的重要建筑的幕墻系統性能測試，能否增加一條：進行試樣的現場抗火模擬試驗。
以上觀點僅供行業同行參考，不足之處，敬請批評指正。
參 考 文 獻
[1] 公通字[2009]46號文件—《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》
[2] BETC-QC1-2010-425D 金屬幕墻檢驗報告，國家建筑工程質量監督檢驗中心，2010
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