鏤空鋁型材幕牆施工工法

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》是中鐵建工集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是許慧、張廣平、畢彥春、張國洪；適用範圍是建築外立面裝飾及類似幕牆的施工。

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》主要的工法特點是大面積的鏤空幕牆；大量地採用了鋁材焊接連線；採用電腦雕刻刀進行精細線條的切割；使用冷氟碳噴塗。

2008年1月31日，《鏤空鋁型材幕牆施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：鏤空鋁型材幕牆施工工法
• 工法編號： YJGF142-2006
• 完成單位：中鐵建工集團有限公司
• 主要完成人：許慧、張廣平、畢彥春、張國洪
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）

形成原因

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》的形成原因是：

鏤空鋁型材幕牆（以下簡稱鏤空幕牆）是一種新型的外立面裝飾形式，這種幕牆是一種裝飾幕牆，是由義大利KOKAISTUDIOS（柯凱建築設計顧問有限公司）和同濟大學建築設計研究院共同構思，最終通過中鐵建工集團有限公司的樣品試製、樣板製做、試驗和二次設計而完成施工的。

鏤空幕牆是陽泉市文化廣場工程外立面的一個建築亮點。該工程下部兩層為斜牆，外貼超薄的仿城牆磚，體現了該工程的古樸厚重。上部的外立面為玻璃幕牆外加設鏤空鋁型材幕牆。設計的主要意圖是在厚重的城牆磚的基座上方、透明的玻璃幕牆外側通過線條、圖案和光影效果營造一種古老與現代相輝映、厚重與輕靈秀逸相融合的視覺效果，移步換景，從而達到良好的外立面效果。

通過近7個月的努力，這種新型的幕牆從紙面上的線條構思變為造型新穎的幕牆，達到了良好的外裝飾效果。

工法特點

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》的工法特點是：

1.鏤空鋁型材幕牆是一種新型的裝飾幕牆，大面積的鏤空幕牆在中國國內罕見，在中國之外也少有類似形式的幕牆。設計人員在施工圖紙上只能反映出鏤空鋁型材幕牆的外輪廓和線條構思，無法達到按圖施工的要求，因此要想真正體現設計意圖需要在施工過程中進行二次設計，不斷的實驗、試製，從而確定具體的構造、節點和結構形式，最終實現設計意圖，達到應有的效果。

2.鏤空鋁型材的外掛板鋁線條之間大量地採用了鋁材焊接連線。

3.在製做鋁掛板的模具時，採用電腦雕刻刀進行精細線條的切割，確保線條成型準確、流暢。

4.在鏤空幕牆的鍍鋅鋼骨架上嘗試使用冷氟碳噴塗並取得良好的效果，避免了由於二次焊接、螺栓連線造成鍍鋅層破壞引起的鋼材的遠期鏽蝕。

操作原理

適用範圍

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》開拓了建築外立面設計的思路，豐富了外立面裝飾的形式，隨著這種幕牆的成功實施，類似形式的幕牆將會套用到更多的工程中，該工法將為類似幕牆的施工提供思路和經驗。

工藝原理

鏤空鋁型材幕牆是在透明的玻璃幕牆外側加掛的一層外裝飾幕牆。這種裝飾幕牆由鋁板線條組成的單元格拼接而成，通過線條的圖案和光影效果與內側玻璃幕牆共同營造出外立面獨特的裝飾效果，達到移步換景的效果。幕牆的外立面效果見圖1。

圖1 鏤空鋁型材幕牆成品的局部夜景

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》主要工藝原理如下。

1.鏤空幕牆與玻璃幕牆（或外實體牆）的距離為800毫米，800毫米的距離主要考慮兩個方面：鏤空幕牆與玻璃幕牆之間要形成較好的光影效果，兩者之間應有一定的距離；玻璃幕牆的清洗應預留足夠一人上下的空間；結構的安全度和經濟性。

2.鏤空幕牆線條的形式：設計最初的構思圖鏤空幕牆的線條為10毫米寬，線條平行於牆面；為了達到較好的立面效果，中鐵建工集團有限公司製做了兩種形式的線條：（1）按照設計意圖線條平行於牆面；（2）10毫米寬的線條垂直於牆面。經過樣品試製後的效果比較，各方均選擇了方案2，認為這樣可以更好的體現線條的光影變換，立體感更強。

3.鏤空幕牆的骨架構造：由於設計主要意圖是要用飄逸的線條體現出雲與天的意向，其骨架要儘可能的弱化，以免削弱線條的效果。經過多次方案對比，鏤空幕牆用8號槽鋼形成外掛板的主要受力框架。8號槽鋼組成的框架尺寸為4.5米×7.5米，形成每5個單元格組成的一個大的單元的外掛板的骨架。這個骨架在水平方向每3.75米豎直方向每4.5米用變截面的H形鋼與主體結構相連。

4.鏤空幕牆的外掛板構造：飄逸的線條用10毫米寬的鋁板線條在模具完成各種形狀然後焊接連線。每一個單元格的線條固定在40×60×5的鋁折槽框線上，框線退至線條的後部。

施工工藝

• 工藝流程

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》施工工藝流程見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

操作要點

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》的操作要點如下：

一、鏤空鋁型材外掛板的製做

根據樣品試製、1:1樣板的製做、效果研討與論證、受力計算等一系列過程，最終確定鏤空幕牆外掛板的形式。

鏤空幕牆的外掛板由若干個單元組成，每個單元又由線條相互聯繫的單元格拼接而成。設計單元為7.5米×4.5米，由5個1.5米×4.5米單元格拼接成。要最大程度實現幕牆的效果，在施工中必須弱化單元格框線對線條的影響。通過幾個方案的分析和試製，最終選擇40米×60米×5米的鋁折槽作為單元格的框線，並將鋁折槽退後至線條後面。外掛板與鋼框架連線，最上邊、最下邊和幕牆轉角處均用3毫米的鋁單板進行封邊，封邊寬度200毫米。

外掛板的加工精度和對設備的需求都很多高，因此選擇了工廠製做。通過樣板製做和比較，最終確定鋁型材線條垂直於牆面的形式。鋁型材線條寬度100毫米，厚度3毫米，鋁型材線條之間及線條與外框線之間的連線方式採用鋁焊劑進行焊接，焊縫高度3毫米，在施焊時由技藝較高的技師操作，保證焊縫質量和外觀效果。為確保焊縫質量，僅對焊縫的焊劑進行清理，不對偶然形成的焊疤進行打磨。鋁線條之間的焊縫見圖3。

圖3 鋁線條之間的焊縫

考慮到溫度變形及安裝需要，外掛板的加工尺寸應比圖紙標識尺寸縮小1毫米。但長短邊的尺寸誤差均不大於1毫米，對角線誤差不大於2毫米，螺栓孔的累積誤差不大於3毫米。為確保外掛板加工完畢不變形，在每一個角部加設加強角，加強角構造見圖4。

圖4 加強角構造圖

外掛板加工的模具最終選擇了用鋁板製做。用電腦雕刻刀在10毫米厚的鋁板上精細的雕刻出鋁型材線條的形狀，使其流暢過渡自然。用電腦雕刻刀加工製做的模具參見圖5。

圖5 電腦雕刻刀加工製做的模具

二、鋼骨架的製做和安裝

鏤空幕牆是由線條組成的單元格拼接而成，每一個單元格相鄰時都要求線條過渡自然。鏤空幕牆與結構之間用鋼骨架連線，因此為確保鏤空幕牆的安裝精度，鋼骨架的製做和安裝的精度都要求很高。在鋼骨架安裝的時候要控制空間三維的整體變形並根據外掛板的尺寸進行微調。

每一個單元的外框橫豎向均為8號槽鋼，組成7.5米×4.5米的鋼框架。鋼框架通過異形變截面110×180×80的H形鋼與結構焊接連線，H形鋼間距3.75米×4.5米，型鋼鋼樑與主體混凝土結構內的鋼板焊接連線。由於鋼樑要穿過玻璃幕牆，在穿過玻璃幕牆的部位用鋁塑板封堵。鋼骨架的構造參見圖6。

圖6 鋼骨架的構造

在施工過程中，嚴格三檢制度，從三維空間上進行檢查及時調整，保證鋼骨架的製做精度外掛板安裝之後，撕下保護的包裝，統一進行系統調整，以保證線條順直流暢同時鋁掛板在同一平面上。

三、連線方式

外掛板之間及外掛板與槽鋼的連線採用直徑12毫米的不鏽鋼螺栓相連：豎向4.5米方向為10個孔，橫向1.5米方向為4個孔。與槽鋼相連部分的外掛板考慮到槽鋼和外掛板之間的加工精度，邊部開孔為長圓孔，孔徑12毫米×16毫米；相鄰外掛板之間開孔為圓孔，孔徑12毫米。鋁材與型鋼之間連線處加設絕緣墊片。

四、外掛板的防腐、自潔以及鋼樑的防腐

外掛板的防腐及自潔選用了美國PPG公司生產的氟碳烤漆作為其面層處理工藝，氟碳噴塗塗層膜厚≥40微米，氟碳烤漆具有耐腐蝕性、無光污染、自清潔性等優點。

鋼樑採用熱鍍鋅工藝進行防腐處理，但焊接節點、鋼樑與螺栓連線等處熱鍍鋅防腐層在施工的過程中會不同程度遭到破壞。如果處理不當將會引起銹斑及銹水，影響外觀質量。因此必須在焊接及螺栓連線後進行二次防腐處理。在做了大量的諮詢和實驗後，最終採取了冷氟碳噴塗進行二次防腐處理。

冷氟碳漆是截至2005年新發展起來的一項金屬表面處理工藝，其耐久性略遜於氟碳烤漆的質量，但要優於其他的一些金屬表面處理的工藝。噴塗的幾個關鍵點：（1）由於鋁型材的表面處理為氟碳烤漆，而鋼結構為現場噴塗，兩種漆的品牌不一致，必須避免兩種漆之間出現色差；（2）鍍鋅鋼結構必須完全的清理乾淨；（3）在現場噴塗氟碳漆之前，要在已經清理乾淨的鋼結構表面先噴塗一層氟碳漆的附著力助劑以增加氟碳漆的附著力和耐久性。

五、雲彩鋁板線條的調整

鋼結構的製做誤差、安裝誤差、雲彩鋁板的製做誤差、安裝誤差，上述幾種誤差累加起來不可避免地使已經安裝好的雲彩鋁板之間的線條出現一些誤差，除了進行過程控制，嚴格限定各種製做及安裝過程的誤差之外，在雲彩鋁板安裝完畢之後要對鋁板線條進行整體的調整。鋁板線條寬度為100毫米，在焊接部位與邊側之間存在一定的變形餘量，因此可以用木錘或鉗子對線條外側進行輕微的調整，以達到相鄰單元格線條順暢的外觀效果。

材料設備

一、採用的材料

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》所用的材料明細如下：

1.外掛板所需的材料（表1）。

2.鋼骨架所需要的材料：熱鍍鋅鋼材。

二、採用的機具設備

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》所用的設備明細如下：

1.加工外掛板所需要的機具設備（表2）。

表2 加工外掛板所需要的機具設備

編號	名稱	數量	性能
1	數控剪板機	1	用於鋁板線條的切割
2	數控折彎機	1	用於弧度較大的線條成型
3	微電腦雕刻機	1	進行模具的繪製與切割
4	氬弧焊機	10	進行雲彩鋁板的焊接
5	台鑽	2	鋁板框線的開孔
6	氟碳噴塗生產線	1	雲彩鋁板的氟碳烤漆

2.現場施工所需要的機具及設備（表3）。

表3 現場施工所需要的機具及設備

編號	設備名稱	數量	性能
1	經緯儀	1台	用於鋁板幕牆的放線及定位
2	水準儀	1台	幕牆安裝前定位及安裝質量檢查
3	電焊機	3台	用於鋼結構的焊接
4	氣泵及噴槍	2套	用於現場氟碳噴塗
5	手電鑽	3把	現場雲彩鋁板的局部擴孔

質量控制

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

（一）鏤空幕牆的二次設計和施工主要執行和參照以下施工規範：《玻璃幕牆工程技術規範》JGJ 102-2003；《金屬與石材幕牆工程技術規範》JGJ 133-2001；《玻璃幕牆工程質量檢驗標準》JGJ/T 139-2001；《建築結構荷載規範》GB 50009-2001；《建築幕牆工程手冊》中國建築工業出版社。

（二）雲彩鋁板的加工誤差（表4）。

表4 雲彩鋁板的加工誤差

序號	項目	允許誤差	檢查頻率	檢驗方法
1	長邊尺寸	1毫米	總計100個單元格，每榀檢驗	鋼尺
2	短邊尺寸	1毫米		鋼尺
3	對角線	2毫米		鋼尺
4	平面方向翹曲和變形	2毫米		6米長20×76的鋁合金型材及塞尺

（三）槽鋼骨架的製做加工誤差參考《玻璃幕牆工程技術規範》JGJ 102-2003，允許偏差見表5。

表5 槽鋼骨架的製做加工的允許偏差

序號	項目	允許偏差	檢查頻率	檢驗方法
1	相鄰橫樑的水平標高偏差	1毫米	每3個檢查一次	水準儀
2	同層的橫樑水平標高偏差	5毫米	每層	水準儀
3	鋼框架的整體垂直度	10毫米	每10米	雷射儀
4	單元格豎向直線度	2毫米	每3個檢查一次	雷射儀
5	橫向構件水平度	2毫米	每3個檢查一次	水準儀
6	同高度相鄰兩根構件高度差	1毫米	每3個檢查一次	水準儀
7	幕牆橫向鋼樑整體水平度	5毫米	每10米	水平儀
8	分格後對角線誤差	3毫米	抽查1/10	5米鋼捲尺

（四）外掛板的安裝誤差（表6）。

表6 外掛板的安裝誤差

序號	項目	允許偏差	檢查頻率	檢驗方法
1	鋁折槽相鄰框線錯縫	1毫米	每榀	目測及尺量
2	線條之間過渡	2毫米	每榀	目測及尺量

二、質量保證措施

（一）外掛板的製做質量保證措施

1.詳細審核外掛板的加工圖紙，並根據加工圖紙繪製出相同的單元格詳細加工圖。

2.嚴格控制材料進場和半成品的加工從鋁材進場至運輸出廠全過程派專職的質檢員跟蹤檢查製做質量。鋁材全部採用華北鋁業的材料。

3.實行樣板制，每一種外掛板均先製做出樣板，經中鐵建工集團有限公司的項目總工程師認可後方能批量生產。

4.及時跟蹤：在過程檢查中，發現誤差及時糾偏。通過檢查，調整了線條的流暢性，改進了部分線條的走向，提高了模具製做的精確性；採用專門的加固件加固角部，保證了角部的剛度並使單元格成為一個幾何穩定體；改進螺栓孔的開孔措施：開螺栓孔常規的做法是從一邊向另一邊測量，累計誤差較大。而從中間向兩邊開孔降低了累計誤差。

（二）幕牆鋼結構安裝及外掛板安裝質量控制措施

1.嚴格三檢制，每一道工序完成之後，及時進行檢查，從三維空間上進行檢查及時調整，保證鋼骨架的製做精度。

2.外掛板整體安裝完畢之後統一進行調整。在調整之前，所有的保護膜不得拆除。

3.局部外掛板的微小偏差進行調整時，使用橡皮錘，以免破壞氟碳漆膜。

安全措施

採用《鏤空鋁型材幕牆施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

一、腳手架施工方案的確定

由於是雙層幕牆，在編制腳手架施工方案時要綜合考慮下部斜牆的構造、幕牆的工藝流程、施工順序和雲彩鋁板幕牆與玻璃幕牆之間的距離，經過仔細考慮，在局部搭設三排落地腳手架以滿足雙層幕牆的施工。

二、主要的安全措施

（一）現場作業安全文明保護措施

1.在現場設有專職安全負責人，專門負責與現場甲方，土建協調，落實有關安全生產的規章制度，進場前和施工中對安裝隊員進行安全教育。

2.特殊工種（電工、焊工）要有市級以上審批專業證書。

3.特種作業人員必須經專業培訓，並獲得操作證才能上崗作業。

4.工作前必須按規定佩戴好勞動保護用品，如工作服、安全帽、安全帶、手套、防護鏡、絕緣鞋等。

5.電工、電焊工工作時必須穿絕緣鞋。

6.工作中禁止閒談、打鬧，不準分散他人注意力。

（二）高處作業安全注意事項

1.六級和六級以上的大風天，看不清信號的霧天、暴雨天均禁止露天高處作業。

2.高處作業時禁止往下扔材料、工具、焊條頭、釘和其他物品，必要時需用繩套拴牢工具裝取送工具或材料。

3.高處作業時，所有的工具零件，凡有可能掉下的物體必須事先拴好系在繩上或固定物上。

4.高處作業時必須戴好安全帽，系好安全帶，安全帶要低作高掛。

5.施工時，施工人員創造上下和操作的安全條件並教育施工人員按指定的通道上下，禁止沿繩索或架桿上下，或在牆上行走操作。

環保措施

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》的環保措施如下：

1.建立了環境保護領導小組，制定了施工環境保護目標。在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律、法規和規章，嚴格規劃施工場地的位置，加強對施工揚塵的控制，加強對施工燃油、廢水、生產生活垃圾、棄渣的控制和治理，做到生活污水生產廢水、固體垃圾的處理率達到100%。

2.嚴格按照已經頒布的施工暫行規定，合理規劃生產場地的位置、規模，施工場地合理布置、規範圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。

3.嚴格遵守GB 12523《建築施工場界噪聲限界》的有關規定，對空壓機、鑽機、發電機、爆破等高噪聲機械，合理安排使用時間，減少噪聲污染。加強機械設備的維修和保養，保證機械設備的正常運轉，降低噪聲的等級。

4.在施工區域及施工便道安排專人、專車輛灑水保護，確保施工場地及便道無起灰塵現象。做好棄渣及其他工程材料運輸過程中的防散落與沿途污染措施，並按指定的地點和方案進行合理堆放和處治。

效益分析

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》的效益分析如下：

一、經濟效益方面

由於是新的建築幕牆形式，從製做工藝、二次設計、施工工藝上都沒有成型的資料可供參考，中鐵建工集團有限公司在前期研發過程中製做了一個1:1實樣的單元格。通過共同核算，建設單位給定的單價較成本價高出15%左右（不包含稅金）。該種幕牆的建築面積為3100平方米，經濟效益比較顯著。

二、社會效益方面

這種幕牆施工完畢之後，由於其創意新穎，表現出來形式美觀，立面效果獨特，日景可以體會到移步換景的效果，夜景流光溢彩、晶瑩剔透，體現了設計意圖，飄逸現代的鏤空幕牆與山西傳統建築的深邃博大結合在一起，在陽泉市本地和山西省均引起較大的反響，陽泉市領導和建設單位對這種幕牆的效果滿意，廣大市民也給予了較高的評價，社會效益明顯。

套用實例

《鏤空鋁型材幕牆施工工法》的套用實例如下：

陽泉市文化廣場工程是陽泉市的重點工程，集博物館、展覽館、圖書館為一體，建築面積30566平方米，框架剪力牆結構。該工程2006年2月19日開工，鏤空鋁型材幕牆的工程量約為3100平方米，已施工完畢。

榮譽表彰

2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《鏤空鋁型材幕牆施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。