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佛山市永尚铝业有限公司
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铝单板设计及使用应了解的铝单板的基本知识
来源: 管理员 | 发布时间: 2020-05-05 | 108 次浏览
  铝单板工程的需求不断提升,更加丰富了幕墙艺术的表现力,完善了幕墙的性能。我们只有正确的认识并合理的使用它,才能做到材尽其用、满足功能、确保质量、尽显艺术、风格独、装饰美观的建筑艺术效果。
  铝单板设计的一些常识:
  幕墙工程用铝单板的设计需遵循设计合理、加工方便、安装简单等原则。以下是提出设计时的一些常识性问题。
  1.1铝单板价格的规格
  宽度方向:通常铝单板厂家的铝单板原料为成卷进厂,常用宽度因厂而异,多为1.5m至2.4m以及更宽。铝单板使用宽度应优先考虑1.5m及以下规格,因为此规格价格最低,供货周期最短。板幅过宽不但价格提高,而且随着尺寸的加大,其变形能力增加,容易造成工件表面变形、安装后失稳等后果。
  长度方向:由于一般折弯设备长度最大为6m,所以不建议加工6m以上长度的铝单板工件。
  1.2 铝单板之间板缝的确定
  建筑幕墙可针对主体结构有一定位移能力,所以幕墙用铝单板板块间的拼接常使用分缝处理。铝单板立面由分缝处断开成独立的板块,分别安装。板缝的处理多为开缝、打胶、塞胶条等形式。板缝的布置由分格尺寸确定。
  1.2.1板缝的宽度取决于视觉效果、安装工艺、密封要求等。视觉上板缝宽度应该与建筑风格保持一致或近似。板缝过小容易造成安装困难且密封胶因伸缩量不够而撕裂;板缝过大则密封胶用量增加且容易起泡。目前常见铝单板胶缝大多在8mm至18mm之间。
  1.2.2板缝深度一般都会大于铝板折边长度,但也要设计合理。板缝浅时要考虑是否满足规范要求的最小打胶厚度,胶条是否可以安装。板缝深时则要考虑安装工具的操作范围。具体的深度需要结合实际安装形式、条件来确定。
  1.2.3板缝的留设还需考虑到干涉因素、安装顺序以及安装工具和工艺。
  1.3 铝单板的折边
  《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001规定:单层铝板在制作构件时,应四周折边。铝单板的折边不仅起到连接作用,还在铝单板的周圈形成一道加强筋,对面板起到加强作用防止变形。下面就设计铝单板折边时应考虑到的一些因素做简要分析。
  1.3.1折边的大小
  折边的最小值需考虑折弯机夹具的尺寸,折边过小则夹具无法夹住铝单板完成折弯。常用设备在转弯时规定折边最小值为9.5mm加板厚尺寸。既3mm铝板的最小折边尺寸为9.5+312.5mm。
  折边的最大尺寸应参照与铝板供应厂家签订的供货合同文件。一般来说铝单板的折边尺寸在某区域内属于供货厂家免费制作的范围,不计入费用。大于此数值则被视为面板而非折边。常见折边免费取值为23mm或25mm。
  1.3.2 折边的长度
  常用铝单板折弯机的尺寸为6m,这决定了该设备折弯长度不大于6m。若特殊情况下需制造大于6m的工件,可以考虑刨槽处理,即在铝板上开槽然后使用手工折弯。铝单板在大板幅的情况下容易变形,且刨槽后铝单板强度下降,使用刨槽方式折边时需严格计算。
  1.3.3 刨槽折边
  在正常折弯机上无法实现折弯的情况下(如超长或刀具空间不足),有时需考虑刨槽折边。刨槽折边就是在折弯处去除一部分铝单板材料,然后由人工进行折弯。此方式可弥补一部分折弯设备的不足,但也存在很多缺陷。由于人工折弯时施力不均匀,可能出现折角不齐的现象;去除一部分板材,折弯处强度明显下降,使用时需重新计算;折弯后的外圆角与非刨槽折弯的尺寸有明显差别。以3mm铝单板为例:正常折弯外圆角R≈4.5mm,刨槽折弯的外圆角R≈1mm。
  1.3.4 折边圆角
  铝单板在折弯时内侧受压,外侧受拉,两侧都会产生圆角且半径不等,设计中通常认为铝单板折弯后材质均匀、强度不变,板中线的圆角半径等于板厚。以3mm厚铝单板折弯90°为例,中线圆角R中3,外侧阳角R外3+3/24.5,内侧阴角r3-3/21.5。此数据仅作参考用,实际尺寸因设备、工艺、工人技术等因素会有所变化。
  1.4 铝单板的焊接
  大多数铝单板采用了焊接工艺,如折边交接的部位、折边后有缺口需补铝板的部位、加强筋植钉与铝板之间的焊接等。焊接工艺一般由铝单板加工厂负责深化。需要幕墙设计人员注意的是,如果在铝单板设计时遇到必须焊接的情况,需考虑焊缝的位置安排。焊接时受高温影响铝单板会产生变形,虽然焊接完成后要对焊缝处进行磨平及补腻子处理,但喷涂后的效果依然有较大区别。所以应尽量避免将焊缝暴露于明显位置。
  1.5铝单板的加强筋
  铝单板工件一般需要加强筋来增加强度。
  1.5.1加强筋的设置数量要求是:
  a.板长边尺寸H≦0.8m时,不设,
  b. 0.8m≦H≦1.2m时,加强筋数量n1,
  c. 1.2m≦H≦1.8m时,加强筋数量n2,
  d. 1.8m≦H≦2.4m时,加强筋数量n3,
  e. 2.4≦H≦3.2m时,加强筋数量n4。
  1.5.2加强筋设置沿长边H方向均布,间距不大于0.8m。
  1.5.3加强筋可使用U型槽铝、L型角铝或特殊铝型材等,截面尺寸应满足计算要求。固定方式多采用植钉植入铝板背面,螺接固定加强筋。植钉一般采用焊接或粘接植入。
  铝单板的设计成果看似简单,然而设计过程却十分复杂。从材料到喷涂,从钣金到焊接,直到安装维护都需要以专业的角度做出合理的安排。
  幕墙铝单板一般是按分格的版面大小以及建筑结构艺术的要求采用2.5mm厚度以上的铝合金板加工而成。它可以加工各种形状,如转角、圆弧、各种三维空间形状等。但是,由于铝单板的形状、尺寸不同,每个铝板厂家的生产能力不相同,其加工工艺也不同。下面介绍一下我们在幕墙设计中遇到的铝板设计与加工工艺的问题,通过不同的设计,简化加工工艺过程,尽力实现幕墙的完美效果。
  1.装饰柱的U型窄槽铝单板设计
  我们在幕墙设计中,经常遇到铝板装饰柱(带),受到空间、结构限制,这样的装饰柱(带)在接缝(胶缝)处,无法安装骨架,铝单板只能靠两侧边固定。
  这样,铝单板安装后,上下(左右)铝单板装饰柱(带)铝板会出现错位,见图1b。一旦出现这种情况,想调整铝板比较难,即使当时调整合适了,随着温度的变化热胀冷缩、外力风荷载作用下,铝板也会出现错位,会造成胶缝开裂,影响幕墙的使用性能。
  遇到这样的情况,有的安装公司采用两件铝单板的角码连接一起,同时靠角码限制打胶填充泡沫棒的里外位置。但是,角码安装无法保证精度。角码也容易变形,不好整体限位。
  我们经过设计调整,将铝单板一端由25mm折边,增加一个反向弯边,见图1c 。这样有反向弯边后,不但铝单板端边刚性增加,不易变形,而且下边铝单板安装完成后,上边铝板直接套装到下边铝单板上,这样上边铝单板受下边铝单板反折边限制,上下铝板不会错位,安装效果很好。
  胶缝宽度为B=15mm, 反折边高度H,B<H<2B,因此,一般我们采用25mm。这样便于铝单板安装的三维调节。保证安装与拆卸方便,每块铝单板都是一个独立的单元,更换时不会影响上下左右的构件与面板。此方案即使打胶有缺陷,也不会雨水渗漏室内。也适用于可不打胶的室内包柱、包梁的安装。
  本图铝单板两侧翼缘比底面尺寸大好多,没有模具无法常规折压成型,在折边时,加工厂做刨槽,刨槽深度不大于1.5mm,然后折边。在折边边缘焊接,中部断续点焊。保证强度要求。
  2.超大转角铝单板喷涂
  铝单板造型是其它面板材料无法可比的。往往在幕墙转角部位两面或多面的铝板为一个单元整体,在转角棱线位置不像玻璃那样设置胶缝,这样,这里的铝单板外形会很大,给加工带来一定的难度。我们在设计铝单板时,就遇到这样的情况,铝板加工后,受厂家铝板喷涂线烤炉洞口限制,铝板横向尺寸偏大,无法通过喷涂线。见图2a(略)。
  这样的铝单板喷涂,当时我们想了好多方案,比如:烤箱喷涂,成本高,喷涂空间灰尘颗粒多,影响铝单板表面质量;室内常温喷涂,靠固化剂来缩短油漆干燥时间等,这些方案都存在一个相同的问题,铝单板氟碳喷涂本身就容易产生色差,如果喷涂工艺条件改变,喷涂质量肯定不一样,很难保证铝单板喷涂后不会出现色差。试验验证,也是如此。
  对于这种情况,在铝单板板面尺寸无法调整的前提下,我们从铝板厂家加工工艺方面寻找铝板的解决方法。首先我们将铝单板折线处加工>90°角。一般折线角度>90~135°。具体可根据实际情况再定,根据铝单板的形状尺寸来定,以通过喷涂线为准。喷涂完成后,将铝板折成所需要的角度,然后通过连接角片、螺栓连接紧固,防止铝单板变形。见图2b(略)。
  如果铝单板尺寸较大,也可以先喷涂,喷涂好后,再根据产品尺寸要求,进行折边,折边时,在加工刃口部位,面板要做好防护,防止因加工过程造成铝单板喷涂面的破坏。再通过连接件片连接加固。
  特殊情况,对铝单板有特殊要求时,可在连接角片的折边接口处,打密封胶。
  3..转角铝单板的连接
  有时候,转角铝单板受到原始铝板材料的限制,用一块铝板也是无法完成的,在这种情况,铝单板加工厂一般都是采用对边焊接工艺加工。
  铝单板焊接加工有如下缺点:
  (1)焊接生产周期长,加工成本高。
  (2)铝的热传导系数大,抗变形能力差,焊接容易变形。
  (3)大面积的焊接,存在焊接缺陷,铝板容易渗漏。
  (4)铝板焊接强度不高,产品外形大,周转中容易开焊。
  (5)焊接铝单板需要足够的加强筋固定,以克服板面的不平整。
  为了减少铝单板焊接问题,不少铝单板生产厂家做了很多方案,比如,压缝断续焊接等。也有的采用螺栓连接,见图3a,就是将铝板折成两个45°角,然后采用螺栓连接。这种工艺有两个缺陷,一是螺栓连接孔不能同时加工,预加工孔容易偏,对不上。一是铝板加工有圆角,螺栓连接需要一定的空间,螺栓连接距离板面尺寸大,容易开口,即使打胶密封也容易开裂,外观质量不好。
  在工程设计时,为了铝单板减少焊接,克服螺栓连接存在连接造成的外观缺陷,我们直接把铝单板连接采用阴角过渡,这样把加工工艺缺陷变成设计的需要,解决了45°角连接的缺陷问题。见图3b(略)。
  4.铝单板流水槽设计
  在幕墙设计中,铝单板一般都与玻璃幕墙开启扇、玻璃窗接口,如果幕墙开启扇或玻璃窗上为铝单板,那么,铝单板设计就要考虑滴水问题。设计的一般形式除了将铝单板安装预留流水坡度形成滴水落差外,就是在铝单板上设计流水槽。见图4a(略)。
  铝单板流水槽的形状也不一样。不管如何变化,都给铝单板加工带来困难,有的甚至不能加工。一次,在设计时,我们也尽量满足加工厂工艺要求。图4a所示的滴水槽,整体折边难度很大,焊接存在不可抗拒的缺陷,因此,根据加工工艺能力,我们将流水槽部位设计成两件板,见图4b。这样,可以大大改善了铝单板的加工难度。
  5.综述
  本文仅列举了几个实例的铝单板设计。其实幕墙铝单板的形状千奇百怪,各种各样的越来越复杂。在铝单板加工时难度也是越来越大,如何简化设计,简化加工难度,是摆在我们幕墙设计员面前的课题。只有简化加工难度,才能节约成本,降低资源消耗。
  铝单板加工,随着加工厂的不同,每家加工能力的变化,其生产工艺也不一样,一家的生产工艺,不一定适合另一家的生产。
  因此,将设计与生产工艺结合起来,设计考虑生产工艺,工艺设计尊重幕墙设计,满足幕墙设计理念,尽量满足设计要求。把产品设计与工艺设计结合起来,通过提高工艺能力来实现设计的水平。
  (1)陶土板幕墙面板安装要保证可靠的三维的调节,以克服加工、安装的误差,满足幕墙表面平整,线条整齐流畅。同时,也满足幕墙变形位移的需要,减小幕墙因内部应力原因造成的破坏。
  (2)不同的金属材料(不锈钢除外)接触时,之间设置尼龙垫片,以防止不同材料的电化学腐蚀。同种材料之间和陶土板连接接触位置设置三元乙丙橡胶垫,以减少相对细小位移产生的噪音。
  (3)陶土板保证安装和拆卸方便,每块陶土板都是一个独立的单元,更换时不影响上下、左右的构件与面板。
  (4)幕墙设计时考虑建筑结构的抗震缝、伸缩缝、沉降缝等部位的功能要求。保证幕墙和建筑结构的完整、一致。
  (5)本工程的防火要求为二级防火,在门窗周边按照防火规范要求进行防火边封。内置保温材料采用防火的岩棉,不采用聚苯板、挤塑板等可燃材料。
  (6)由于建筑结构为钢结构,陶土板幕墙立柱与横梁均为钢材,壁厚4.0mm,连接钢件与结构接触面积大,满足防雷设计要求。与圆钢结构连接时,焊接前清除原有结构保护漆面 ,焊后焊缝防锈漆二遍。连接板,幕墙钢构件均为镀锌处理。
  6.幕墙钢龙骨构件设计
  (1)立柱采用矩形钢管-120*60*4.0mm,表面热浸镀锌。间距为2倍的陶土板长度,L=1200mm。
  (2)立柱与钢结构连接,采用8.0mm钢板螺栓连接,螺栓M16~120,每个固定点2套。
  (3)上下立柱之间,留15mm间隙,采用矩形管插芯过渡连结。
  (4)横梁采用角钢40*4,表面热浸镀锌。
  (5)立柱与横梁之间采用过渡角码连接。螺栓M12-30,间距600mm。陶土板幕墙钢龙骨(立柱、横梁等)设计,参照《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ133)的规定。
  7.铝质连接件设计
  连接件采用铝合金型材,表面氧化处理。考虑连接调整的需要,我们将设计挂钩和挂件两体。这样,便于安装以拆换。每块陶土板需要两个挂钩,四个挂件。
  由于陶土板尺寸较小,600*300mm,这样挂钩、挂件所用材料较多,成本增加。开始设计时,我们采用4件陶土板组合,组成一个比较小的单元,这样可以成倍减小挂钩、挂件数量。但是,本工程外墙面为曲面,组成的小单元不适合曲面过渡,安装后,也会造成墙面不平整,挂件连接产生很大的内应力。因此,我们对连接件的系统做了改进。主要从降低成本出发,将挂钩取消,用钢制件角钢。见图5(略)。
  8.陶土板面板设计
  陶土板面板设计,主要是根据分格模数进行确定板块尺寸。在陶土板设计时,我们考虑施工工期与陶土板加工厂家的生产周期,没有重新开模,模数按厂家现有产品进行设计,收边位置采用700*300陶土板和剪切陶土板处理。
  陶土板与石材不同。石材幕墙可以将石材端面裸露,也可以海棠角对接。陶土板为空心结构,端面不能直接裸露在外,也不能切成45°角对接。因此,我们在转(阳)角设计时,边缘固定38*38铝方管。见图6。从而解决了陶土板的转角问题。
  9.综述
  一般陶土板幕墙用在实体墙外,对保温层,防水要求不高,只要在墙面涂刷防水涂料(或粘贴防水膜即可),而本工程为钢结构主体,背后不是实体墙面。在以前我们没有遇到过。且在我们设计中还存在很多问题,比如陶土板幕墙设计只能参照玻璃、石材的技术规范,在计算软件中,没有单项计算程序,系统设计还要继续经过长期的实践检验等。
  随着市场的需求和科技的进步,越来越多的新产品、新材料、新工艺走进幕墙领域,这就需要我们幕墙设计人员不断学习,创新。陶土板幕墙随着市场的不断拓展,将在建筑幕墙应用越来越多。
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