青岛啤酒城幕墙方案设计铝塑复合板材料的应用
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【摘要】青岛啤酒城EWS1塔楼幕墙系统有1.2米宽的铝板单元，本文就该单元面板材料的选择进行的讨论研究，通过对比“铝塑复合板、单层铝板、铝合金型材”这三种面板材料的材料性能、加工安装、成本控制等各项指标，最终确定了铝塑复合板作为面板材料的方案。
【关键词】铝塑复合板
一、项目介绍
青岛国际啤酒城T9/T10/T11办公楼幕墙工程项目总用地面积36697平方米，地上总建筑面积约152868平方米，地下建筑面积60354平方米。T9总高度89.4m；T10总高度81.6m；T11总高度86.4m。主体结构采用钢筋混凝土框架-核心筒结构的形式。
幕墙项目主要涉及到5种幕墙系统，其中EWS1塔楼单元式幕墙系统为主要幕墙系统，该系统位于T9、T10、T11塔楼主体部分，3层至幕墙完成面标高最高点位置。其中竖明横隐单元板块分格尺寸（T9/T10）宽度为1000mm、高为3900mm，（T11）宽度为950mm、高为4200mm，铝合金竖向装饰条突出玻璃面200mm，T9/T10间隔3道竖向装饰条、T11间隔1道竖向装饰条设置1200mm宽铝面板装饰线条突出玻璃面350mm。本文主要针对1200mm宽铝面板装饰线条面材的设计方案展开讨论。
二、设计阶段方案
单元面板可以采用不同的材料，下面根据经验设计了三种幕墙方案：方案一：面材采用4mm厚铝塑复合板；方案二：面材采用3mm厚单层铝板；方案三：转角处采用4mm厚铝合金型材，中间平面部位采用3mm厚单层铝板。
三、设计方案对比
对于上述三个方案，需要通过全面的比较分析，确定一个最优方案，主要从下列角度出发，进行探讨。
1、物理性能
幕墙设计中对材料比较关注的物理性能主要有：重量、线膨胀系数等。重量是影响幕墙系统自重荷载的最直接因素，幕墙设计者一般都更倾向选用轻质的材料，以便于减轻幕墙系统的自重荷载。幕墙作为护结构通常会处于室外的自然环境下，由于温差变化较大，对材料适应温度变形能力的要求较高，体现为选用合适线膨胀系数的材料。
三种材料单位面积重力标准值分别为：铝塑复合板为55.0N/m2，单层铝板为81.0N/m2，铝合金型材为>112.0N/m2。计算得出：方案一面材重量为方案二的68%，为方案三的49%，明显有利于自重荷载的降低，对结构计算有利。
三种材料的线膨胀系数分别为：铝塑复合板≤4.0×10-5（1/℃），单层铝板、铝合金型材2.35×10-5（1/℃）。青岛地区温差按60℃选用，分别计算单元板块横向、竖向（计算一个单元板块高度方向的累积变形）的温度变形，分格宽度1200mm，高度取4200mm，温度变形计算公式：D=T×ΔT×L。计算得出：方案一横向、竖向温度变形分别为2.9mm、10.1mm；方案二横向、竖向温度变形分别为1.7mm、5.9mm；方案三横向、竖向温度变形分别为1.7mm、5.9mm；水平、竖直方向的限值分别为15mm、15mm。通过计算结果可以看出：方案一的温度变形是方案二、三的近2倍，但是其最大值仍然能满足本项目设计限值的要求。
2、力学性能
幕墙结构计算中主要计算构件的抗拉强度和挠度，抗拉强度可以通过拉应力计算来比较，挠度可以通过构件刚度来比较。铝合金型材方案的强度和刚度均比较大，此处主要对面板部分进行计算，计算板块分格尺寸相同。
三种材料的抗拉强度设计值、弹性模量、泊松比分别为：铝塑复合板70N/mm2、20000N/mm2、0.25；单层铝板（3003）100N/mm2、70000N/mm2、0.3；铝合金型材（6063-T6）150N/mm2、70000N/mm2、0.3。
应力计算公式σ=M/W=常量/h2
3、效果设计
方案一：由于其特殊的构造，铝塑复合板在转角处折出来的角能更接近直角，能最大限度的接近建筑师的设计意图。但是由于折角位置在开槽后，只剩外侧铝板保留着连接性，因此导致了转角位置强度大大降低，需在所有的折角内壁设置一道沿着折线的铝肋。面材采用铝塑复合板形成的外立面平整度好，外观效果更佳。
方案二：单层铝板可以折边，但转角处呈圆弧状，一般弯弧半径在4mm左右，无法达到或接近直角边的程度。单层铝板的平整度相对较差，表面容易产生凹凸不平的现象，由于单元板块分格大，面板宽度达到900mm，在变形大的地方有可能会严重影响视觉效果。
方案三：采用铝合金型材，需要开模，铝合金型材与铝板的拼接处会形成一条拼接缝，可能会影响到外观的整体效果。
4、成本价格
方案一：根据受力分析，可知铝塑复合板的刚度相对较低，如要增强刚度，需通过计算设置一定数量的加强肋，确保面板的变形在限制范围内，且在转角处均需设置一道铝肋。这些都会增加成本造价。
方案二：为保证面板的平整度，需在满足结构设计要求之外，根据经验适当增设铝肋，以提高平整度。
方案三：铝合金型材开模需要计入开模费，而且由于本项目的特殊性，此套模具可能无法用于以后的工程，将造成资源的浪费。而且开模需要较长时间，大约30个工作日，增加了时间成本。
对三种方案进行综合评价，统计出三者每平方米的成本价格，以方案一的成本价格记取为1，分别计算另外两种方案的相对价格，单层铝板为0.9，铝合金型材为1.35。
5、确定方案
经过综合比较，最终选定方案一作为该幕墙系统的设计方案。首先考虑到该方案能最好的达到外观效果，满足建筑师的要求；其次通过增设铝肋的措施能有效的弥补面板材料刚度不足的问题；最后该方案的成本价格与最低价方案差不多，而且比最高价方案低很多。
结束语
作为幕墙设计师，要充分全面了解各种幕墙材料的性能，并实时关注新材料的发展情况，才能为幕墙设计提供更多的选择方案。而且在幕墙方案设计时，应综合考虑不同方案的优劣，通过有效的数据分析和方案对比来确定最优方案。
参考文献
[1]GB 50429-2007，铝合金结构设计规范[S].
[2]JGJ 133-2001，金属与石材幕墙工程技术规范[S].