千思板幕墙的优化设计
文章来源： 更新时间：2016/2/26 13:49:41
千思板幕墙的优化设计
摘要：建筑物外墙面采用新材料的设计越来越多，千思板作为新一代的建筑材料，虽然并未像玻璃、铝板、石材一样大面积普及,但作为一种新事物，千思板以其特有的优势仍然显示出鲜活的生命力。目前在建工程及投标工程中经常用到。本文介绍的千思板设计是在参考国内外常规作法的基础上对其的优化设计，采用小单元挂式安装工艺，其特点为安装速度快，连接强度合理。同时取消了一根横龙骨，竖龙骨采用分段式设计，有效降低了铝型材的使用量。一个成功的设计应当是根据业主的投资意愿或消费倾向，结合工程特点，因此在方案设计或实际施工中即要发挥艺术性，也要考虑经济因素，为业主提供高性价比的产品。本文同时提供该产品的成本分析，供业内人士参考。
关键词：千思板 优化设计 成本分析 结构特点 密封特点等
- 前言
随着时代的进步，科学技术的突飞猛进，现代建筑的造型越来越复杂，形式也各异，各种新技术、新材料、新工艺应运而生，极大的丰富了日新月异的现代建筑。建筑幕墙作为建筑的外围护构件，理所当然地要吸纳新技术、新材料、新工艺的精华，将自己包装起来。千思板作为新一代的建筑材料，越来越受到建筑师的青睐。在实际工程的应用中也越来越多，诸如北京旺座中心、成都双流机场新航站楼、香港新机场、重庆江北机场老候机楼、即将施工的中国人民大学科教中心等项目。
- 千思板材料介绍
千思板是由热固树脂基材，混以木质纤维强化，在高温高压下成型的平行板材，运用特殊技术，使材料具有一体化的三聚氰氨装饰面层。
千思板有着极佳的耐刮擦性能，在潮湿的环境影响下没有任何不良反应。基于良好的耐化学腐蚀性，板材清洁可以用各种清洁剂，这些清洁剂对材料性能和表面都没有影响。此外板材抗弯强度和弹性的组合使千思板具备高抗冲击性能，表面致密，不易挂灰，很容易清洗。板材的防火性能很好，在火中不会熔化滴落，能长时间地保持稳定性，维护简便，表面和边缘都不必采用保护措施。
加工方便：千思板采用加工硬木的标准碳钨合金刀头，可以用来完成各道加工工序，如钻孔、切割和铣削。
自重轻：千思板的另一突出优点是自重轻，其自重仅有11.2kg/m2 （8mm厚） 约为石材的七分之一、中空玻璃的三分之一，因此对主体结构荷载要求较为严格的建筑或旧楼改造项目，千思板不失为一种理想的材料。中国人民大学科教中心项目外墙体装饰材料即为千思板，该项目由沈阳黎东幕墙装饰有限公司中标，目前正在前期设计中。
- 设计特点
（1）结构特点（见图一）
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该结构横框角铝与板块分格相对应（见图三），通过铝合金上下挂板与勾板，实现一托二的设计理念，减少一根横龙骨。国外设计及部分国内厂家为上下挂板分别对应一根横龙骨（见图二），该横龙骨与板块背部加强肋属重复设置，型材用量较高。板块上挂点一侧设限位螺钉，另一侧为自由端，既保证板块准确定位，又保证板块在温差及主体结构位移作用下自由伸缩（见图一）。
千思板横剖节点（图一）
- 该结构板块固定靠型材的挂接来实现，板块直接挂于横竖龙骨上的特殊槽口上，靠龙骨本身定位，使连接强度更加合理，消除了人为因素产生的安全隐患，安全可靠，可适用于高层建筑。
- 外挂单元板块加工方便、简捷，工厂内加工组合，加工精度高。
- 安装简便，易于调整，有序安装，安装速度快，施工周期短,更换亦简捷易行。
- 所有型材接合部位均设有弹性胶垫，横竖框连接采用浮动式伸缩结构，可从根本上消除热变形伸缩噪音。
- 弹性连接结构可吸收一定的横竖框安装阶差，且抗震能力强。
- 挂接量较大，可吸收较大的安装误差，横竖框间距及板块几何尺寸的累积误差小于等于3mm时，均可正常顺利安装。
常规设计节点（图二） 优化设计节点（图三）
（2）密封特点
横向插片式插接（见图四）和竖向企口式搭接（见图五）
- 当板的厚度不小于8mm时，可以在板的垂直边采用插片式连接，水平节点可采用企口式搭接，这样就构成了一个密封的节点系统。最小节点尺寸如下 。
- ■槽：采用铝插片不小于2.2×15mm，采用千思板插片不小于3.2×15mm
- ■插片：铝插片2×30mm，千思板插片3×30mm
- ■企口节点尺寸：20mm
横向接口节点（图四） 竖向接口节点（图五）
（3）背部加强肋设计
千思板的固定分可见式固定与不可见式固定两种方式，本文设计仅针对不可见式固定，板厚为8mm以上的板材可以用锚栓或其它五金件在板的背面将金属挂件作不可见的固定，板材被固定在龙骨系统上。千思板的分格一般较大，仅靠四个挂点的切口螺钉受力是不安全的，因此板背面必须有加强肋，（见图六）隔一定间距布后置切口螺钉，详见表一。
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板厚（mm） 最大固定点中心距 |
8mm 10mm 13mm |
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在同一方向上有两个固定点其间距 |
600 750 950 |
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在同一方向上有三个或三个以上固定点其间距 |
750 900 1,200 |
表一
这部分设计主要包含三个方面的内容：
- 主挂点与加强肋必须牢固连接。其主要作用是将面荷载传给主挂点，再传给横竖龙骨，将四点支承板转化成四边支承板，防止板翘曲。
- 钉距必须符合表一的基本要求，为安全需要。
- 主挂点、加强肋、横龙骨不得相互干涉，为安装需要。
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背部板块连接节点（图六）
(4)竖龙骨间断式布置设计：
图七以中国人民大学科教中心项目为例，讲述竖龙骨间断式布置设计.
该楼层间高为3.65m , 竖龙骨布置在梁位置，高度为1.6m，龙骨上端与同一标高窗间龙骨齐平，保证整体效果统一，通过这种方式设计，竖龙骨用量大幅下降。
板块背部龙骨布置图（图七）
- 成本分析
影响幕墙成本的因素很多，诸如结构形式，材料选择，费率等。在面材及费率已定情况下，结构形式便成为影响造价的主要因素。表二为优化设计与常规设计的型材用量对比。以人大科教中心工程为例，计算单元取一个层间(参考图七-分格图)，对二者进行对比分析。其中竖龙骨采用80x60xδ3 （也可用T型龙骨）背部加强肋均选用δ3槽铝(见图六)，常规节点设计未表示背部加强肋（见图二）板容易翘曲，因此成本计算时按有加强肋考虑。（见表二）
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优化设计与常规设计的铝型材用量对比 |
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BxH=1.6x3.650 |
竖龙骨 |
横龙骨 |
托板 |
挂板（上+下） |
加强肋 |
用量（kg/m2） |
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优化设计 |
线密度（kg/m） |
2.19 |
1.05 |
1.63 |
2.01 |
0.84 |
3.47 |
|||
|
计算长度（m） |
1.60 |
1.60 |
0.09 |
0.05 |
13.70 |
|||||
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布置形式 |
分段 |
二支 |
四个 |
四个 |
周边 |
|||||
|
单项小计(kg) |
3.50 |
3.36 |
0.59 |
0.40 |
11.45 |
|||||
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||||||||
|
常规设计 |
线密度（kg/m） |
2.19 |
1.16 |
0 |
1.25 |
0.84 |
4.88 |
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|
计算长度（m） |
3.65 |
1.60 |
0 |
0.05 |
13.70 |
|||||
|
布置形式 |
通长 |
四支 |
0 |
四个 |
周边 |
|||||
|
单项小计(kg) |
7.99 |
7.42 |
0 |
0.25 |
11.45 |
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对比差值 |
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4.49 |
4.06 |
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|
0.00 |
1.41 |
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表二
从上表可以看出优化设计与常规设计的型材用量相差1.41kg/m2, 优化设计后的型材用量为常规设计的71%,目前型材单价为21.5元/kg ,则成本相差21.5x1.41=30.31元/ m2 . 以人大科教中心工程为例，千思板的用量约为11，000 m2则成本节约33.34万元。
- 结束语
从以上对比分析可以看出，结构型式的选取及优化设计是成本节约的关键。随着市场竞争的加剧，优质低价的产品才更能适应这一市场需求。优质不等于高价，低价不等于低质，因此广大幕墙从业人员只要能够开动脑筋，集思广益，就一定能开发出优秀的产品。
作者 E-mail:dudongxin@yahoo.com.cn
作者姓名：杜东新
职位：
幕墙设计一院院长
高级工程师
装饰行业幕墙高级设计师C36HWD000668
中国建筑装饰协会专家 D092028
联系方式：
作者 E-mail:dudongxin@yahoo.com.cn
QQ:2282033954
13588305625
曾经发表的论文：
论千思板的优化设计 《中国建筑装饰》杂志2003.11期
免胶施工铝板幕墙系统设计《中国建筑装饰》2005.6期
单元式幕墙构造解析 《中国建筑装饰》杂志2005.12期
大角度扭转（面）单元幕墙模拟设计 《中国建筑装饰》杂志2011.06期
再论建筑装饰装修行业设计与施工的彻底分离 《幕墙设计》
