【幕墙类型】金属幕墙技术

（本文来源于微信公众号“弗思特”——“罗忆大讲堂”）

金属材料，近年来在建筑幕墙中的应用越来越广泛，但如何选择合适的金属板，实际施工中又该如何与项目结合，达到最佳落地效果，却不是人人都能做到的。

铝金属帷幕即使用铝金属作为建筑外立面的帷幕，就外立面而言，具体可分为三种情况：

1、作为防水和装饰共同使用。

2、只作为装饰使用，铝金属帷幕开缝不密封。

3、作为遮阳使用，但建筑外观以遮阳为主，内层基本看不到。

就材料性质而言，可分为下列几种：

1、以铝板作材料，加工成外观所需形状，仅作外观或加密封防水。

2、以挤压铝合金型材作为防水和装饰。

3、以铝作为原料，通过铸造工艺（包括压铸和浇铸）制作成所需形状，以作外观或构造使用。

铝板在实际使用中，分类众多，包括铝单板、冲孔铝单板、弧形铝单板、双曲铝单板、青花瓷铝单板、热转印铝单板、氟碳铝单板、真空热转印木纹铝单板、艺术雕花铝单板等。

在其加工生产时，需要特别注意：

1、折弯圆角——取决于建筑师，建议R3或以上。

2、不允许刨坑折弯，以免影响连接强度。

3、注意种钉质量，防止假钉，渣钉。

4、加强框最好由型材正常合框，肋筋必须紧帖面板，必要时加金属胶。

另外，铝金属板一般采用1100、3003、5005牌号单层铝合金板为基材，表面涂层分为氟碳喷涂，粉末喷涂，聚酯漆喷涂、氟碳预辊涂等等。氟碳喷涂表面涂层按加工工艺分为二涂一烤，三涂一烤和三涂二烤，粉末喷涂表面涂层为一涂一烤。铝板厚度有1.2mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、4.0mm等各种规格，较好的成型铝单板最大尺寸为1500x4000mm。

铝金属板帷幕优点：

1、重量轻、刚性好、强度高，抗风压变形性能，抗雨水渗漏和抗空气渗漏，抗震性能均能满足结构设计要求。

2、加工性能好。可加工成平面、弧面、球面等复杂形状，完全满足各种造型设计要求。

3、色彩选择范围广，容易满足设计师的色彩要求。 

4、表面涂层耐候性强、色彩持久不变，腐蚀性能优良。 

5、施工安装方便快捷，易于维护，不易污染，便于清洁和保养。

6、可回收再生处理，有利环保。

以铝合金型材为外装饰和防水的建筑帷幕，有如下特征：

1、基于铝合金型材的挤出加工技术为主，机械加工为辅。

2、表面材料是挤压型材并经表面处理和简易加工，安装方便，价格便宜。

3、表面挺拔笔直，刚性好，不易变形。

基于构造形状特殊，铝合金格栅的设计全部采用铝型材，现场只需经过简单的插接便可组装，这样的做好最为常用且实用。

铸铝帷幕

铝金属通过铸造工艺（包括失蜡法、压铸和浇铸）制作成所需形状，作为帷幕外装饰或构造使用。

泡沫铸铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，它同时兼有金属和气泡特性。其特性是密度小、高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽性高、耐候性强、有过滤能力、易加工、易安装、成形精度高、可进行表面涂装。

一般情况下，泡沫铝板加工分为4个基本步骤，熔化铝合金→把熔化的金属送到发泡箱→注入气体形成液体泡沫→固化液体泡沫成需要的形状。

泡沫铝为轻质材料，密度仅为金属铝的0.1—0.4倍，但其抗弯比刚度为钢的1.5倍。同时具有高阻尼减震性能及冲击能量吸收率，较好的声学功能、电磁屏蔽性能、热学性能，不燃烧且有较好的耐热性，耐腐蚀性、耐候性好，低吸湿，不老化，无毒性，易加工易安装，是较好的建筑材料之一。

钛锌板为高级金属合金板，它的成份为99.995%纯锌以及少量的铜（0.08%）钛（0.06%）等合金材料，三种金属混合，改善钛锌板物理性能。钛锌板密度为7.18 g/cm³，导热性109W/mхk，熔点为418℃，纵向热膨胀系数0.022mm/mхοc，适合应用于公共建筑，如机埸、会展中心、文化中心、体育埸馆、高级住宅、高级写字楼之屋面。

突出优点：

钛锌板使用寿命长，金属面层具80—100年的生命期，依靠本身形成的碳酸锌保护层保护，可防止进一步腐蚀，无须涂漆保护，具有真正的金属质感，并有划伤后自动愈合不留划痕、免维护等特点。其板材具良好的延伸率和抗拉强度，可塑性好，可在现场三维弯弧异型，充分满足业主和建筑师丰富的创作想象力和灵感要求。

可加工性：

鉴于其物理化学特性，钛锌板拥有较高的韧性和延展性，使其适用于任何对延展性、弯曲度等有要求的场景。钛锌板加工时，应至少在10℃的环境温度下进行，否则需利用热风机等合适的加热装置对钛锌板进行预加热，以防造成脆裂现象，加热后，钛锌板的折弯效果更好。

钛锌板的最小折弯内半径，欧标为钛锌板厚度的3倍，美标为钛锌板厚度的6倍。在加工过程中，应避免大力拉拽、摔落、尖锐物刮伤，任何不恰当的操作都会导致钛锌板的变形、凸凹或划伤，损坏钛锌板的外观，乃至可能损坏其结构完整性导致板材开裂。

可焊性：

钛锌板拥有极好的焊接性，无论是采用传统的软钎焊方式通过锡铅合金与其进行焊接，还是最新的TIG或感应焊接工艺，表现都十分出色。机械连接钛锌板的情况下，通过螺钉或钉子方式，其利用的可兼容材质为铝、镀锌钢或不锈钢。

钛锌板还具有方向性，须按照保护膜箭头方向安装，否则钛锌板表面可能会出现轻微色差影响。其保护膜应在完成立面所有施工工序之后，再集中时间一起撕除。

材料缺点：

钛锌板具有不可同质焊性，不能像铝和不锈钢一样焊接，只能用锡焊，不能起结构作用。性质比铝硬，比不锈钢软，虽然可塑性好，但折叠后的脆性比不锈钢差，热膨胀系数比不锈钢大很多，比铝少一点点。综合的性价比不如不锈钢和铝镁锰板，这也是其无法大量普及使用的原因之一。

基于材质表面表现力强的特点，建筑师和业主选择使用有特色的材料是值得赞赏的。钛锌板比重大，单价相对比较贵，所以大量产品较薄，适宜开幅尺寸较少，钛锌板适用于板块尺寸小、连接方便的屋面或幕墙，用于做一些艺术类建筑更加合适。

使用铜金属作为建筑外立面的帷幕，就材料性质而言，可分为下列几种：

1、以铜板作材料，加工成外观所需形状，仅作外观或加密封防水。

2、以铜板材通过雕刻、腐蚀、手敲造型，机械拉伸，得到一个表面装饰效果的材料。

3、以铜作为原料，通过铸造工艺制作成所需形状，以作外观或构造使用。

中国“工艺美术”承载着的中国文化，是在多代匠人长期的文化和工艺积淀中得以发展，才能呈现出当下既有的深厚传统文化内涵，又有创新技术、创新意识、创新内容、创新手工艺并兼容其他门类艺术之多元性状态。

琴台文化艺术中心有近万平方米的铜雕艺术幕墙，包括手工敲制而成和蚀刻而成的各种饰面，图案选用楚汉文化中的各种抽象艺术作品，包括图腾图形、文字文饰等楚汉文化符号。其“琴键”设计，除了夸张的两侧清水混凝土琴键外，还有内侧的铜“琴键”。

在板块构造设计上，铜饰面材与混凝土、石材截然不同，但有点与铝板饰面近似。在铜琴键之间，是透明的中空玻璃幕墙，它低于铜幕墙，使“琴键”得以形成。琴键帷幕同样有结构层、保温层、防水层、装饰层。施工中，也要用钢结构先做好构造。另一方面，铜饰构造的密封似乎不比铝合金好做，大部分都要按照干性密封的办法做防水，与石材陶板幕墙一样。琴键的屋顶平面防水板展开图。由于过长，采用中间断开做水沟的做法，利用虹吸进行排水。

在铜饰面材下面做防水，采用铝镁锰直立锁边金属屋面，它的泛水板，要分离水流。在琴键形状的屋面容易漏水的问题上，透明的玻璃采光顶边上没有天沟，需要做很好的泛水，使之流向屋面板上自然排走。琴键的泛水有些有外墙边缘，要妥善处理与玻璃幕墙或铝板幕墙节点，使屋面水流自然排走。

铜雕艺术屋面施工

屋面施工一定要做好基层防水和构造设计以及牢靠的机械固定。玻璃采光顶与金属屋面之间要理清关系，彻底做好保温防水。在屋面，玻璃是铜“琴键”的基础下方，形成水沟，先做下方，再做上方，才是防漏水的基本做法。玻璃采光顶、金属屋面，立面和平面的关系和连续延伸，是建筑成功的关键。

屋面玻璃与铜“琴键”在外表是延续的，钢结构在里面，不影响外观。其侧面上的艺术纹，是建筑师对汉江文化的理解、加工、施工工艺的综合运用。铜“琴键”与索网幕墙的巧妙结合，也有点意外向酷弦。铜“琴键”与清水混凝土的明暗对比，更具钢琴特色。紫铜“琴键”的安装与铝金属幕墙无异，只是建筑师要求缝隙不大于5mm，这就给设计和施工带来一系列难题。

铜雕艺术纹饰

建筑师要求屋面紫铜琴键的质感可以用化学腐蚀的方法生产，艺术纹饰的主要形式有凤鸟纹、龙纹、云纹、几何纹、花瓣纹、菱形纹、变形龙凤纹、兽面纹、蟠螭纹等等。立面示人的紫铜面必须手工打造，以抽象的手敲铜作画面反映武汉当地文化的艺术作品。艺术纹样一般分为单独纹样、隅饰纹样（即角隅纹样）、边饰纹样、散点纹样、连续纹样（包括二方连续、四方连续）等。

上半期课程到这里就结束了，下半期关于钛金属、蜂窝、不锈钢等帷幕技术的课程，敬请留意后续直播课程，精彩不容错过！

钛金属因其无毒、无磁、亲生物性等特性，被称为“生命金属”。它具有极强的耐腐蚀性，强度之高，位列金属之首，它常用于航空航天相关行业，是“太空金属”和“深海金属“。钛金属熔点1668±4℃，不惧极热(500℃)，极冷(-253℃)，极压，极酸碱腐蚀，导热系数λ=15.24W/（m.K）约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14。

钛金属的特点

1、强度高：纯Ti具备优异的机械强度，耐力及抗冲击性。它会在突发的强力运动（如地震）下伸缩，抵御风暴或冲击而无损坏。纯Ti的密度仅为钢的58%（4.5g/cm3），但强度与钢无异，能满足建筑材料轻质高强的要求。

2、低热膨胀系数：在已有的建筑用金属材料中，Ti的热膨胀系数是最低的。

3、优异的耐蚀性：Ti材表面有一层不超过10nm的氧化膜。它在腐蚀环境中非常稳定，对空气、海水及城市、工业、山区、沙漠、热带各种化学试剂具有优越的耐腐蚀性，是目前最能适应各种腐蚀环境的原材料。

4、使用寿命长：钛材的耐腐蚀性优良，不需要进行维修，可保证100年不会被腐蚀穿透。

5、重量轻：钛的比重仅为钢的58%，是铝的1.7倍。使用时，它减少了抗击腐蚀的附加费用，并能使重量进一步减少。

6、良好机械和加工性能：钛材焊接性和剪切性极好，并且可对钛材的表面进行加工，诸如蚀刻、压花、旋压、喷砂、喷丸、电镀和打孔等。

7、自然的表面光泽：作为一种建筑材料，钛材不但拥有自然光泽，而且经氧化能呈现不同色彩。

单层钛板在实际使用过程中，厚度一般为2～3mm，钛材间使用钛焊工艺连接，钛与密封层间应留300-500mm的维护层，支撑、连接结构使用不锈钢为宜，钛折弯使用可参考铝板幕墙，结构胶对钛的结构或密封作用类似不锈钢。

国内外钛金属帷幕工程

复合板材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方式，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料，而满足和适用各种不同要求。

在材料力学中，工字梁结构具有降低材料截面尺寸同时保持材料刚度的特点。复合板应用这一原理将金属材料与非金属芯层材料通过先进可靠的工艺进行复合，以得到复合后整体材料的刚度。复合后的材料在力学上具有重量轻、强度高、承载能力强、易加工成型等优势。

复合板固定在金属屋面上的原理

荷载均匀传导到金属屋面系统的肋骨系统上，固定的铝管必须具有弯度。装饰板用在外立面时必须作一个内角，使其灰尘受水时不会出现“眼泪”。

复合板工程案例

蜂窝板的设计思想来源于工字梁，面板相当于工字梁的板，弯曲变形时主要承受正应力，中间蜂窝芯相当于工字梁的腹板,弯曲时主要承受剪应力，两侧面板用的是强度高、弹性模量大的材料，面板远离中芯层的缘故，使其具有了较大的截面惯性矩，从而增大了抗弯刚度和抗弯截面模量，中间芯层仿生于自然界的蜂窝。

科学家研究用同样多的材料制成各种形状，唯蜂窝状容积最大刚度最好。面板和蜂窝芯层优化组合成蜂窝板，便具备了质量小、抗弯刚度和抗弯截面模量大的优点，这也是蜂窝板最主要的一个特点，蜂窝板结构稳定、强度大、材质轻。

经过实验和计算，两层复合金属板和两层金属板中间加蜂窝芯（即蜂窝板）对比，他们的抗弯强度和比抗弯截面模量相差居然是几倍之多，同等面积相对面密度却并没多大的变化。

金属蜂窝结构复合板的定型原理（预成型）

预成型后，当蜂窝结构具有过弯趋势的内应力时，面板受拉力，底板受压力，这样就通过面、底板的平面内拉、压能力和蜂窝芯的支撑能力，将整个蜂窝结构进行定型，释放反弹应力，从而达到应力平衡。

金属蜂窝板的面板、蜂窝芯与底板之间形成比较密集的、互相多角度紧密连接的小工字梁结构，蜂窝芯的壁与面、底板垂直进行支撑，通过面、底板的平面内抗拉、压的能力使整个蜂窝板结构进行定型，具有良好的抗弯刚度和平面抗压能力，结构中包含了蜂窝的正六边形的最优支撑结构和工字梁原理的最优抗挠结构组合。

金属蜂窝结构复合板的加工原理

在数控电气及计算机三维定位作用下，多点成型设备对于多维度变化双曲块的生产难题将迎刃而解。

双曲钛蜂窝板特点：

在实际施工中，通常以粘结剂把蜂窝芯与两边面板牢牢地粘合在一起，在折弯边部（有时内外边叠加）加角码固定板块。将薄边折弯成框，作为单元结构实施固定，安装方法与铝板帷幕类似。

可调节安装系统

将薄边折弯成框，作为单元结构实施固定，很显然不是一种很可靠的办法。内外层板材太薄，是需要强度很好才可以，最好是镶嵌一个结构框在内部或边部。由于粘结剂的原因，蜂窝板并不适合用于永久建筑，其边缘的密封、加固是蜂窝板耐候性的关键，蜂窝板用于室内较用于室外有优势。

蜂窝板工程案例

城市化进程加快，大气污染严重，具有耐腐蚀性、耐划伤性能的不锈钢材料在建筑表皮的应用越来越广。不锈钢板能使建筑立面长期保持原始设计质感，降低维护成本。不锈钢的“坚硬”和“纯净”，可以为建筑增添高档质感。但是不锈钢重量重，表面喷涂难以处理，加工难，价格也相对昂贵。

不锈钢优点&缺点：

常见不锈钢分类使用（不锈钢中铬、镍含量，决定了它的防锈能力）：

1、200系列，Cr－Mn－Ni，201、202等：以锰代镍，耐腐蚀性比较差，国内广泛用作300系列的廉价替代品。

2、300系列，Cr－Ni，304、316等，标准成分是18%铬加镍，最常用。

3、400系列，Cr，430，铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品，具有良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。

4、500系列及600系列都不太不常用。

不锈钢板按表面分类可分为三类：

板面光反射率在90%以上者，为镜面钢板，板面反射率90％--70%为有光钢板，反射率小于50%为亚光钢板。凹凸钢板也分为浮雕板、浅浮雕花纹板和网纹板等，平面钢板通常是经研磨、抛光工序而制成的，凹凸钢板通常是经过正常的研磨与抛光后，再经辊压、腐蚀、雕刻等加工，最后再经特殊研磨而成的。

不锈钢表面处理大致分为五类：

轧制表面加工、机械表面加工、化学表面加工、网纹表面加工、彩色表面加工。形成的产品常有镜面、拉丝、网纹、蚀刻、电解着色、涂层着色等。

不锈钢板构造节点：

通常做幕墙公司会把不锈钢幕墙当作玻璃设计，结构胶粘上附框，按照单元式幕墙插接固定。

其实无论钛、锌、铝、不锈钢板材，虽然它们都各有特点，但节点处理是有共性的。要板边齐口，就得种钉固定。板材间连接用亚弧焊，面板与密封层间应留300MM维护层，支撑、连接结构使用不锈钢为宜。折弯使用可参考铝板幕墙，结构胶对不锈钢的结构或密封作用不如铝。

不锈钢帷幕工程

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