矩阵孔铝单板幕墙施工工法

摘要：文章所介绍的矩阵孔铝单板幕墙施工工法具有前瞻性、科学性和创新性，描述精细，施工方便，亮点突出（烟囱效应在幕墙工程中的创新应用和光学理论在幕墙工程中的创新应用），工法运用系统的工程原理，把先进的科学技术和科学管理结合起来，在无锡新区金融服务区组合式幕墙工程实践中成功应用，形成综合配套的施工方法，为今后幕墙设计施工技术创新提供了经典案例。

关键词：铝单板幕墙；幕墙工程；施工工法；烟囱效应；光学理论

中图分类号：TU228 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0079-07

工法一词来自日本，日本《国语大辞典》将工法释为工艺方法和工程方法。在中国，工法是指以工程为对象，工艺为核心，运用系统工程的原理，把先进的技术和科学管理结合起来，经过工程实践形成的综合配套的施工方法。它必须具有先进、适用和保证工程质量与安全、环保、提高施工效率、降低工程成本等特点。

1 工法内容简介

铝单板系金属幕墙中的第二代产品，采用优质铝合金面板为基材，先进的数控折弯技术，确保板材在加工后能大面平整不变形，折边线条平直，棱角分明，切口光滑无毛刺。在安装过程中抗扭曲、弯折、挤压，性能良好。表面涂层采用氟碳喷涂涂料，保证表面色泽均匀，抗紫外线辐射，抗氧化，耐腐蚀。

矩阵孔铝单板幕墙主要由面板、加强筋、连接角码、挂耳等组成。一般面板四周折20mm宽的折边，挂耳与折边主要用抽芯铆钉连接，面板通过挂耳与龙骨相连，面板背面焊有螺栓，通过螺栓把加强筋和面板连接起来，形成一个牢固的整体，加强筋起到增加铝单板刚性的作用，保证铝单板在长期使用中的抗风压特性和平整性。

图1 大体量矩阵孔铝单板幕墙图片

矩阵孔铝单板是基于铝单板进行冲孔加工的特殊板材（图1），对单板的刚度有一定削弱，应采取良好的加固措施。措施主要分为材质选用、中心加固和边缘加固两种。

（1）材质选用：如果开孔率较大，应选用至少4mm厚铝板作为基材，应尽量选用硬度大的铝材标号。

（2）中心加固：首先对加强筋的间距进行控制，以不小于600mm为宜。同时，加强筋的截面应采用U型挤出铝型材。连接部位最少采用M5不锈钢植钉，配平弹垫，保证栓接牢固。

（3）边缘加固：对于面板较大的折边，在折弯长度有限的情况下，不能一次完整进行折边操作，应对搭接的折边进行有效连接，连接方式为采用铝衬板和抽芯铆钉铆接或焊接。

2 工法特点

2.1 矩阵孔铝单板幕墙特性

（1）矩阵孔铝单板幕墙板钢性好、重量轻、强度高。

（2）矩阵孔铝单板幕墙板工艺性好，铝板可加工成平面、弧型及各种异形体板块。

（3）矩阵孔铝单板幕墙板具有时尚的造型艺术。

2.2 支承体系

规则形状面板的支承体系为：面板所受荷载通过加强筋传递到折边，由折边传递到钢龙骨。该支承体系较为简单，荷载传递路径明晰。对于异形面板，宜进行有限元分析，合理布置加强筋，简化传力路径。如折边无法承担面板荷载，应考虑在加强筋处与龙骨连接，分担折边荷载。对于龙骨设计和施工，应使每根龙骨充分发挥支撑作用，确保结构整体变形协调，使结构整体达到设计分析模型所假定的受力状况。

2.3 烟囱效应在幕墙工程中的创新应用

（1）烟囱原理的引用。烟囱原理就是气压原理的延伸。具体的说，烟囱上方的空气流动造成烟囱出口处的气压减小，而烟囱底部与周围大气压相同，即比烟囱口处的气压大些，于是即使是冷空气也会从烟囱底部周围被压入烟囱里面，再从高处的出口跑出去（图2）。

图2 矩阵孔铝单板幕墙烟囱效应原理示意图

（2） 烟囱效应应对措施。由于矩阵孔铝单板无防水功能，便设置背衬板防水层，为消除因施工缺陷造成背衬板渗漏水，根据烟囱原理，在背衬板与保温层之间采用烟囱效应应对措施，在敷设背衬板时应与保温层留50mm间隙，在该间隙顶部（女儿墙压顶侧面）设置排水透气孔（图3）和底部折边处设置通风孔道（图4），使幕墙内层空气沿着有垂直坡度的空间上升或下降，造成空气层联通，形成烟囱效应，建筑高度越高，烟囱效应越强烈，冷热空气在幕墙内层交换，及时将幕墙夹层内潮湿空气排出，消除室内墙面渗漏水隐患。

图3 烟囱效应结构施工图（顶部设置排水透气孔）

图4 烟囱效应结构施工图（底部折边处设置通风孔道）

2.4 光学理论在幕墙工程中的创新应用

（1）光学理论的应用。随着科学技术的不断发展以及与人类社会的紧密结合，建筑幕墙设计施工技术的不断创新，光学理论在幕墙工程中应用越来越被人们重视，无锡新区金融服务区矩阵孔铝单板幕墙工程成功应用光学理论，设计师在矩阵孔铝单板幕墙设计中发挥无限的创新创意，数控系统上巧用子程序来加工线性矩阵孔铝单板，幕墙设计运用光的反射原理，将自然现象和生活实践结合起来，掌握各种光线的性质、方向、角度、作用及其阴影之间的关系，把自然光线和人造光线巧妙地结合到矩阵孔铝单板幕墙上来，经过多次的工法理论研究与实践，把具有镜面效果的大红色三涂氟碳涂料层铝背衬板作为矩阵孔铝单板幕墙反射光照的基础，同时将人造光源LED泛光灯与自然界太阳、月亮及其他光源融合到一起，相互间反射光照（图5），使幕墙装饰展示出神奇效果，呈现出各种色彩缤纷的光学现象，更具有时代特色和科学性（图6）。

（2）光线阴影的产生与消除。光线阴影的产生。阴影形成的直接因素是光线，而光线来自于光源。随着阳光和视觉位置的变化，矩阵孔铝单板幕墙在铝单板上下折边连接处出现不同程度的光线阴影（图7），严重影响穿孔铝单板幕墙的整体设计效果。

图7 光线阴影的产生

光线阴影的消除。在穿孔铝单板幕墙背衬板上，顺光线阴影方向布置一排LED泛光灯，以光学增益消除光线阴影。泛光灯应采用线光源，布置在接缝内部，照射角度朝向背衬板，灯具线缆布置在上下接缝内，灯具应具有自防水设计。

2.5 节能节材

矩阵孔铝单板的孔径大小、穿孔率、穿孔方式直接影响到材料的利用率，应合理配置母板的尺寸。一般来说，方形和圆形孔对穿孔板利用率较高，对基板的刚度影响较小。孔径应根据立面分格尺寸和所需要的效果确定，不宜超过50×50mm，孔间距不宜超过25mm。穿孔方式应采用多排模具冲孔，提高效率，减少损耗。

穿孔废料应予以回收利用，可作为连接衬板，折弯角码使用。

龙骨分布设计应尽量考虑合理节约，可设计为单向板模型，在面板长边处作为支承构件，节省材料。

3 适应范围

本工法适用于规则造型和异形铝单板幕墙工程。

4 工艺原理

本工法采用的工艺原理为充分利用铝板的自身强度和刚度，对于冲孔部位合理设计，局部加强，达到立面效果和防水保温功能。

5 幕墙主龙骨安装关键技术

5.1 双角码安装焊接关键技术

双角码安装焊接为2级焊缝质量标准，焊缝形状为月亮形状（图8），焊缝过分饱满，增加焊缝的受缩应力，使焊缝产生横向裂缝，相反会影响焊缝的焊接质量。

图8 双角码安装焊接标准图片

5.2 双角码安装标准图片

双角码连接能控制立柱在平面内受力均匀（图9）。

图9 双角码安装标准图片

5.3 主龙骨安装关键技术

矩阵孔铝单板幕墙主龙骨安装关键技术要点如下：

（1）主龙骨连接形式的重要性。主龙骨承担由面板和次龙骨传递的荷载，并将荷载通过连接件传递到主体结构，是幕墙结构的重要构件。主龙骨与连接件的结合方式直接影响到幕墙结构安全性能（图10），是幕墙施工的关键环节。

（2）主龙骨定位控制。根据铝单板规格要求，将横、竖框架龙骨的具体位置，高层建筑需用经纬仪控制校正，要求横平竖直。

图10 主龙骨安装图片

（3）主龙骨材料质量的控制。主龙骨壁厚对铝单板幕墙质量起到至关重要的作用，严格控制主龙骨的厚度（图11）。

图11 监理严格控制主龙骨的厚度

（4）双角码螺栓连接。双角码主要控制立柱在平面内受力均匀（图12），对侧向稳定性有利。螺栓连接为

合理铰接点，且受剪截面控制，施工方便，质量有保障。

图12 双角码螺栓连接图片 图13 短立柱背面焊接连接

（5）短立柱焊接连接。短立柱由于跨度较小，可以采用焊接方式，钢材与混凝土结构之间变形量可以忽略。短立柱支座应用同规格方管放置于背面焊接（图13），

使得侧向受力对称，但是短立柱表面平整不容易控制。

（6）不规范支座连接（图14）。

a.不规范支座连接 b.大偏心受拉构件连接图片

图14

立柱属于受拉构件，上端悬挂，下端竖直方向释放，工程实施过程中主要采用平面双角码连接。如采用单侧方管与立柱焊接，幕墙面内严重偏心，在幕墙构件自重作用下，连接件沿垂直于幕墙面中心线有扭转的风险，对根部焊缝不利。在侧向应力作用下，立柱受到荷载转化，加大连接件根部焊缝的弯矩，受力工况复杂。立柱幕墙焊缝设计、施工应尽量使焊缝受力简单，主要考虑受拉、受压、受剪，避免弯矩和扭矩的产生。

（7）矩阵孔铝单板幕墙主龙骨设置。竖向骨架采用80×60×4镀锌钢矩形管。幕墙工程视受力情况及立面板材分布情况，一般间距控制在900mm。

矩形管与预埋件的连接，由两侧角钢码依托焊接。设置后补预埋钢板，可以避免因结构偏差造成的进深移位。为避免钢结构热膨胀因素，以每层楼面层高尺寸作为一个独立单位，依次排列，如楼层中间遇横向结构梁，可采用化学锚栓或穿墙螺杆等搭接件进行连接，如楼层大于4000，中间又没有横向结构梁，应采取其他连接措施，可减少弯矩，增大抗拉能力，在任何强暴风骤雨的情况下，能保证幕墙面平整不变形。

横向板材支撑采用60×40×4镀锌钢矩形管。

拐角处龙骨过度施工技术要点。拐角砼独立柱应设置双立柱（图15），过度自然、牢固。

6 保温棉安装关键技术

6.1 保温棉与铝背衬板防水层的设置

保温层为60mm玻璃棉，玻璃棉通过岩棉钉复合在墙面上。外侧设置2.5mm厚铝单板防水层。

6.2 玻璃棉安装技术要点

（1）玻璃棉安装质量要求（图16）安装牢固（玻璃棉钉伸入墙内不小于3～4cm），表面平整。

（2）立柱背面玻璃棉接头要靠紧，不留缝隙，保证节能效果。

（3）玻璃棉水平连接缝的设置：应设置在距离横梁上下5cm的部位（明缝）。

（4）玻璃棉水平连接缝的封口应牢固，封口胶条8～10cm宽。

（5）玻璃棉与横梁之间的空间不小于2cm，横梁边水平方向上下5cm处各均匀压4根岩棉钉。

7 背衬板安装质量控制

7.1 背衬板的重要性

（1）本工法中大红色背衬板主要是用于防水层。

（2）透过矩阵孔铝单板的孔隙，大红色背衬板与其他光线发生反射和光照，具有良好的光学作用。

7.2 背衬板加工质量控制

背衬板加工质量必须符合设计要求，严格控制背面加劲板间距（图17）。

图17 背衬板加工质量控制

7.3 背衬板安装顺序

背衬板安装采用坡屋面盖瓦施工方法，背衬板按从右向左，从下向上顺序压板缝进行安装（图18），保证水流畅通。

图18 背衬板安装顺序

7.4 背衬板安装关键技术

（1）背衬板四边与龙骨必须铆接，铆钉间距300～400mm，背衬板不得架空，连接不到龙骨的部位，必须增加龙骨，背衬板平面连接不允许存在空缺、孔洞现象，杜绝漏水隐患。

（2）背衬板长短应一致，接缝平直。

（3）背衬板与窗框侧壁应是密缝，最大缝隙控制在3mm以内。

（4）靠窗口部位背衬板折边裁剪，加工厂不可能按照现场实际尺寸单个加工，容易导致裁剪预留尺寸超过实际尺寸，产生空缺、孔洞现象，因此，加工厂只能按照设计尺寸加工，偏位及不足部分由现场进行二次人工裁剪（图19）。

a.二次人工裁剪保证

接头平整、接缝严实b.二次人工裁剪

打造优质产品

图19

8 背衬板密缝胶施工质量控制

8.1 背衬板嵌缝防水综合治理方法

铝单板幕墙背衬板密缝胶嵌缝防水施工，推行“防、排、截、堵”综合治理的施工方法，背衬板密缝胶施工一旦发现渗漏水是无法修补的，将直接影响工程的使用功能。

8.2 背衬板细部渗漏水隐患处理

（1）压缝太大。用聚乙烯发泡材料堵塞平，再压一道大红色密缝胶（图20）。

图20 竖缝、横缝过大

（2）窗边缝隙过大。背衬板与窗边缝隙过大或有孔洞现象，用聚乙烯发泡材料填塞平后再打密封胶，并贴密封胶膜（图21）。

图21 背衬板与窗边缝隙过大

（3）窗角孔洞。背衬板与窗角之间孔洞，用聚乙烯发泡材料填塞平后再打密封胶，并贴密封胶膜

（图22）。

（4）窗角压板悬空、脱节。用聚乙烯发泡材料填塞平孔洞，再用小块衬板贴在上板内侧进行修补（图23）。

（5）背衬板边口不整齐。超长背衬板块或缩短背衬板块需返工，确保压边整齐、美观、防水（图24）。

（6）背衬板压不到龙骨。凡是背衬板压不到龙骨的均应当增加龙骨，确保四边连接（图25）。

8.3 背衬板密缝胶防水施工质量控制

（1）密封胶的质量保证。选用优质品牌密缝胶：郑州中原（思蓝德）、广州白云、杭州之江。密缝胶送审检验，严禁过期使用。

（2）密缝胶施工关键技术。施工前应对注胶区域进行清洗，应保证缝内清洁无尘土。严禁下雨天进行密封胶施工。背衬板四个方向外边接口用密封胶嵌缝，密封胶面不能出现凹凸、流淌、裂缝、溢出等感官质量问题。密封胶在5℃温度以下不能施工，温度越低，固化时间越长，固化时间越长，密封胶的收缩性越大，胶缝边缘容易出现裂纹。密封胶在高温度下同样不宜施工，温度宜在15℃～30℃之间，相对湿度不宜低于50%。根据密封胶缝隙的宽度和厚度，采取相应措施，防止密封胶收缩开裂。密封胶的施工宽度不应小于施工厚度的2倍。缝内注胶应密实，厚薄要均匀，胶缝应饱满、平直、光滑，不得有气泡等缺陷。密缝胶缝超厚部位要分层施工，要有1～3天的时间差。背衬板密封胶第一次施工完成一周后进行二次补胶，补胶三天后进行抗雨水渗漏性能检查，渗漏修补后，在密封胶外侧再贴一层密封胶膜。

（3）窗口四周收口作业程序（图26）。

图26 窗口处压边和打胶施工图

窗安装→背衬板安装（距窗框1～3mm）→背衬板打密封胶→穿孔铝单板安装（穿孔铝单板折边距窗框边30mm）→穿孔铝单板折边阴角打密封胶→铝合金压板压窗边框（橡胶穿条压紧）→铝合金压板与穿孔铝单板之间打密封胶。

由于现场穿孔铝单板内背衬板与窗洞口四周难以密合，故在窗口四周收口设置多道防水措施，在穿孔铝单板折边与铝合金压板接口处增设密封胶（二遍成活），彻底消除窗口四周渗漏水隐患，确保穿孔铝单板幕墙工程质量。

铝合金压板连接必须达到窗套效果（图27），整齐有序，美观大方。

图27

9 矩阵孔铝单板加工安装质量控制

9.1 矩阵孔铝单板幕墙小样施工

（1）幕墙小样的优点。进一步完善幕墙施工组织设计方案，加快施工进度；更加明确幕墙工程中的施工重点难点，采取相应措施，避免施工过程中不必要的损失；保证幕墙工程材料加工的准确性，材料的合理使用及方便施工。

（2）幕墙小样施工的原则。按照设计要求进行小样施工，好的方案、好的施工工艺也可以作为小样试验，给业主、设计提供多方案比选。幕墙工程小样施工必须在材料加工质量认可和定位控制认可的情况下实施，合理调整门窗洞口位置。幕墙小样严格按照排版图施工，在幕墙中部取点实施。矩阵孔铝单板幕墙小样位置：压顶部位、窗洞口四周、节点收口及施工重点难点部位。

（3）幕墙小样（大样）施工质量要求。无渗漏水隐患。铝单板无弯曲，无色差，接口严密，槽口过度自然。大墙表面平整，线条顺直，缝隙大小一致。表面观感良好，看了心里舒服，无明显的区别。

9.2 矩阵孔铝单板与铝背衬板的合力作用

矩阵孔铝单板幕墙红色背衬板（图28），具备良好防雨水渗漏和镜面效果，红色背衬板反光透过阵列的孔隙，显示全彩动态效果，同时背衬板的镜面效果和LED光源融合到一起，光学效果显著，使得矩阵孔铝单板幕墙呈现出更加耀眼的朦胧效果。

图28 矩阵孔铝单板幕墙施工流程图片

9.3 “矩阵孔铝单板幕墙面狭缝密拼”技术管理

矩阵孔铝单板横向密缝交接的特点，拟定各阶段施工精细、管理科学的方案，协调好各单位配合工作，严格把控测试、施工技术要点和验收标准，确保建筑效果控制目标实现。

（1）施工前的准备工作。矩阵孔铝单板幕墙排版按大楼实际情况排版，排版前对大楼外立面进行全面实测实量，找出误差，采取补救措施，材料加工尺寸要准确，防止板块安装与排版图错位，做到排版图、材料加工与现场安装协调统一。

检查内容：水平度、垂直度、轴线位移、注意窗口位移、矩阵孔铝单板与背衬板是否协调。

（2）测量放线。测量放线的依据是平面立面分格尺寸和施工节点，放线同时应检查结构误差和埋件误差。如发现偏差较大，应及时与设计沟通，及时调整。

9.4 矩阵孔铝单板加工关键技术

（1） 本工程矩阵孔铝单板长度较长，长边设置加强筋（图29），在选材时应考虑优先选用平板铝单板原材，卷材铝单板对矩阵孔铝单板幕墙表面平整度有一定影响，尤其是折边接缝处平整度影响更大。

图29 阵孔铝单板长边设置加强筋

（2）矩阵孔铝单板短边折边时应考虑折弯半径，预留角部折弯拉伸的距离，应开槽后折边。植钉时应控制焊缝高度和温度，避免面板受热变形。加强筋紧固时应由中间向两边依次紧固，必要时应分两次进行，避免加强筋变形。

（3）矩阵孔铝单板与挂码的连接必须用不锈钢机械螺丝，不得用镀锌自攻螺丝，避免螺丝生锈。挂件应采用6063-T5铝合金材质，线切割或挤出开模，采用不锈钢自钻螺钉与加强肋连接，不允许焊接。挂件应控制整体进出间距，使得槽口水平和垂直向均成一线，误差不得超过2mm。

（4）矩阵孔铝单板喷涂氟碳前，厂家要进行塑性（永久性）变形矫正（图30），在搬运和堆放时，应采用木架固定，使板面垂直放置，避免长期局部荷载产生变形。

图30 矩阵孔铝单板安装前进行严格的质量验收

9.5 矩阵孔铝单板安装关键技术

（1）施工前板块堆放应竖向斜靠在固定支架上，避免变形。

（2）施工时将板块吊装到位后，预先固定角码后调直，然后再依次紧固。

（3）矩阵孔铝单板边缘孔位应上下左右对齐，表面平整，接缝平直。

（4）矩阵孔铝单板接头缝隙尺寸要精确，竖缝隙垂直，铝单板接头处没有错落感。

（5）门窗洞口处理要精细，美观，无渗漏水隐患。

（6）确保每个挂点入槽，前后调整到位，避免面板不平。

（7）矩阵孔铝单板安装的关键在于竖向保证方孔不错位，横向保证狭缝密拼精度，同时确保矩阵孔铝单板块面连接处无凹凸、翘曲。

10 工法科技创新亮点

本工法具有前瞻性、科学性和创新性，最耀眼的亮点是“烟囱效应在幕墙工程中的创新应用和光学理论在幕墙工程中的创新应用”，工法运用系统的工程原理，把先进的科学技术和科学管理结合起来，在无锡新区金融服务区组合式幕墙工程实践中成功应用，形成综合配套的施工方法。

本工法具有先进、适用和保证幕墙工程控制目标实现的作用。

本工法还具有艺术风格的多样性和一致性等特点，给人以美的享受。由此，打造建筑装饰精品工程，为今后幕墙设计施工技术创新提供经典案例，本工法可以推广使用。

11 应用实例

无锡新区金融服务区建筑工程，8栋9～18层综合办公大楼，总建筑面积约为25万m2，外围护体系为组合式幕墙，其中矩阵孔铝单板幕墙约6万m2。

该项目1标幕墙工程由江苏龙升幕墙工程有限公司施工总承包，江苏龙升幕墙工程有限公司是一家大型幕墙装饰私营企业，年产值超8亿元，在同行业中名列前茅。公司连续多年被评为江苏省十强建筑装饰企业，金融服务区幕墙装饰工程，在项目经理汪启安同志的精心策划和有效管理下，矩阵孔铝单板幕墙深化设计、材料加工、施工技术、施工工艺严格遵守本工法中的相关要求，由此打造城市建设精品工程，该项目获得江苏省扬子杯奖工程，企业产生直接经济效益：289.6万元；工期效益：148.9万元；总经济效益：289.6+148.9=438.5万元。

该幕墙项目施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态，无安全生产隐患，得到了各方的

好评。

作者简介：袁锦祥（1968-），男，无锡新区经济发展集团总公司副总经理，硕士，研究方向：建筑工程项目管理和建筑工程学术。

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