冬奥专篇 | 金属扩张网幕墙(附材料及结构分析)干货分享

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合金收缩网玻璃幕墙相关规范:《钢板网》 GB/T 33275–2016《隔离栅 第 6 部分:钢板网》GB/ T 26941.6-2011《钢板网》QB/T 2959- 2008注:1. 国标中“钢板网”英语国际标准中文名称为 Expanded Steel Net,其名词定义为“选用合金钢材或施伟斌经机械研磨延伸、收缩而产生的孔状网”,名词采用的是“合金”,并非特指“钢板”,与其英语国际标准中文名称存在冲突。

2. 行业国际标准仅对钢板网展开了规定,对于其它织物收缩网如铝合金等未做说明3. 《钢前大灯板及配套件 第 1 部分:钢前大灯板》(YB/T4001.1- 2007)中对钢前大灯板承载能力有明确规定(文章出自于论文《建筑物情境下的合金收缩网应用研究及冬奥会工程建设实践》。

作者系 中国建筑物设计研究院有限公司 张司藤 王彬钢 夏露 Jaunpur)1 合金收缩网金属材料介绍 合金收缩网(又称钢板网 、剪切网、冲剪网)作为建筑物金属材料,具备透光、经济、坚固、易于锻造、 美观的特点,应用领域宽泛,如装饰性玻璃幕墙、梁柱网络平台、抹灰层中的米洛韦、石栏、瓷砖、室内隔断、家 具、水箱等。

合金收缩网的加装采用可参考严格来说行业国际标准《钢板网》(GB/T 33275-2016),其 他合金织物收缩网在引用该国际标准的与此同时,也应符合其它金属材料相应的行业国际标准或行业国际标准 1.1 织物及表层处置  收缩网一般由合金板或合金施伟斌研磨而成, 板幅体积与全唇兰的板幅相关,纵向与新街镇幅基本相同,长向长于原有板幅。

常见织物为盒形、不锈 钢、铝、耐候钢,其它如黄铜、钛及镍等也偶有采用,但是多数以钢和铝收缩网为主一般具有一定韧性、可弯曲折叠的合金或合金钢材,理论上都可研磨为收缩网不同织物的收缩网在化学、力学操控性、加装方式、总体效果等方面皆有所区别。

比如,铝收缩网较同规格体积的钢收缩网总体强度低,但铝网更轻,保温操控性远优于花铁干,因此需根据实际工程建设情况选择金属材料合金收缩网归属于合金板的冷研磨,由于保温隔热问题,合金需要做表层处置,不同的表层处置直接影响表观质感及化学操控性,造价也相差较大。

常见的处置方式如电镀、弯果喷漆、粉末喷漆、阳极氧化等,适用于于合金金属材料表层的处置方式,基本也适用于于合金收缩网比如,位于法国圣路易斯文化体育社区中心Le Forum,选用了添加铜粉的涂料配色铝收缩网,表层形成红铜色与此同时又保持了铝的光泽,通过门廊的金属材料回应了该地区周边建筑物的红色屋顶所代表的工业历史。

1.2 锻造工艺技术       收缩网的锻造工艺技术较为成熟,主要选用冲剪工艺技术 冲剪机自合金板边缘开始向上冲剪,放在网络平台上的合金板在被研磨的与此同时被剪切,冲剪机向上抬起,研磨库季井字的无腺每冲剪一次,机床按梗丝宽度沿纵向推进合金板,刀具沿纵向、按长节距的一半移动,再展开向上冲剪。

收缩网 成型后,总体送入学平机的辊筒间展开平整,然后送入裁剪机按需求板幅展开裁剪,最后根据需求展开表层处置收缩网在锻造过程中归属于冷研磨,不仅能减少原钢材的浪费、避免锻造垃圾的产生,而且只通过物理研磨即可形成更大的板幅、更多样的空间结构。

1.3 形式体积       收缩网的外观样式主要分为纵向收缩网和纵向收缩网 ,其中纵向收缩网包括有筋收缩网、无筋收缩网(又称批荡网),这两种主要作为建筑物辅材应用于粉刷层,不在本文论述范围内纵向收缩网的结构体积参数包括:网面体积—网面长 度(L)、网面宽度(B),网格体积—短节距 (TL)、长节距(TB)、丝梗宽度(b),以及合金板厚度(d)、黏结带宽(N)。

其中, 短节距和长节距指投影面上的体积不同体积规格的纵向收缩网,效果迥异在实 际工程建设设计中,可参照国标中列出的常见形式体积筛选采用,也可根据实际需要定制如表1所示, 体积参数并不能直观反应其实际样式,因此实际工程建设中参数仅用于配合实体样板对金属材料展开描述。

上图是收缩网的结构体积示意图

上表是 不同体积收缩网的体积参数1.4 孔型        收缩网的无腺形式多样,包括菱形孔、鱼鳞孔、 六角形孔、圆形孔、异型孔、组合孔(如龟甲孔) 等孔型是外观样式的描述,是行业内约定俗称的称谓,国标中没有准确定义,甚至不同厂家指向性也并不统一。

在设计文件中可对基本形式体积做出规定,并绘制相应大样图,直观地表达实际效果1.5 厚度       收缩网的形式特点决定了其实际空间厚度大于合金板本身厚度,可按式一展开粗略计算:

H 收缩网的空间厚度,TL短节距,b丝梗宽度,d合金板厚度      由于孔型、合金织物柔韧性的区别,实际收缩网的空间厚度可能会有所差别,但基本可用此推算在实际工程建设中采用收缩网时,时常选用角钢(角铝)或槽钢(槽铝)收边。

,因此需保证收缩网不会超出角钢体积,角钢的体积也会影响玻璃幕墙的总体计算1.6 丝梗斜度       纵向收缩网中短节距及丝梗宽度决定了每个截面的斜度,单元网格纵向截面丝梗斜度与板面方向夹角约为arccos(2b/TL)。

当设计中需要遮挡某些特定角度的视野或某一时段阳光时,便要确定收缩网单元网格丝梗的角度1.7 收缩率、孔隙率、理论重量      收缩率为本文定义的概念,指收缩网收缩后体积相对新街镇幅的百分比纵向收缩网只在纵向发生了收缩,收缩率指纵向方向的变化,其值约为短节距/两倍丝梗宽度(TL/2b)。

收缩率主要应用在生产备料及成本测算中收缩网是一种空间金属材料,其孔隙率指孔在板面的垂直投影的平面孔隙率,或每个孔所处空间面的空间孔隙率平面孔隙率可按式二展开粗略计算

上图是同一规格收缩网的平面投影与空间投影    为简便计算,忽略了钢材本身厚度的影响,钢材越厚、丝梗斜度越大、公式计算结果数值越大但作为装饰金属材料采用时,厚度往往不超过4mm,因此结果的偏差基本在可接受的范围内。

孔隙率多为遮阳、吸声隔声、通风等需求的选材依据,若在采用过程中需要更精确的孔隙率数据,仍需在实际项目中展开更深入的模拟分析空间孔隙率受金属材料的空间性、单元的弯曲变化等原因的影响,难以通过公式计算,但可通过。

局部单元三维建模的方式得到结果,而且由于网的空间特点,一般空间孔隙率会远大于平面孔隙率       收缩网归属于冷研磨金属材料,重量基本来自原金属材料本身,理论重量≈同厚度钢材理论重量/收缩率在实际工程建设中,收缩网也常通过重量核算造价。

2 收缩网的操控性及功用 2.1 力学操控性       相比于其它的半透明合金金属材料(如穿孔合金 板、合金编织网),收缩网有更好的面外强度,其总厚度大于全唇兰合金板,具有更好的惯性矩,这使其更适合加装在承受风荷载的门廊上。

国内关于收缩网力学操控性的研究较少,还未能完整建立其力学操控性与收缩网厚度、体积、板幅、金属材料等之间的关联体系但显而易见,其总体厚度、梗丝宽度、 全唇兰板厚对总体强度都有影响       国内有众多工厂生产用于承重的重型钢板网, 但国内无规范国际标准或其它依据说明其承载力与实际体积的关系,因此制约了其在正式工程建设中作为承重构件的应用。

前苏联钢板网国际标准中说明了其承载力与收缩体积的关系,与常见的合金承重金属材料钢前大灯板相比,同织物、同重量的情况下,钢收缩网承载力操控性优于钢前大灯板       目前在国内实际工程建设中难以将收缩网直接用作承重构件,但用作石栏、玻璃幕墙饰面金属材料时,仍会涉及抗侧推力计算、风荷载计算等,收缩金属材料的非线 性受力情况使得一般机构难以对其展开精确计算, 只能依靠供货方的工程建设经验和实际试验来确定。

笔者倡议开启收缩网结构强度方面的专项研究,并出台更 多规范国际标准,从而推广收缩网的应用2.2 吸声操控性       收缩网作为吸声金属材料在建筑物以外的领域已有所应用比如,机械设备排风口、音响设备表层的吸声机制与穿孔合金板相同,都归属于共振吸声结构。

      国内针对收缩网吸声的研究较少,但关于穿孔板共振吸声结构的研究非常全面,其结论也适用于于收缩网与其它吸声金属材料相比,合金收缩网具有价格低 廉、抗腐蚀、坚固、防火、防潮、美观、易清理等优点,更适用于于工厂、设备机房、公路等噪声环境。

       共振吸声结构需与背后空气层及基层形成的空腔共同作用,该结构在共振频率附近有最大的吸声系数,偏离共振峰越远,吸声系数越小,其最大吸声系数约为0.3~0.6合金收缩网的共振频率主要在中低频,因此对中低频的噪声有较好的吸声作用。

收缩网规格与吸声操控性相关性的具体变化规律如下表所示 

      随着空腔深度增大,在50~6 400Hz频率范围内,穿孔板共振吸声结构会出现多个共振频率,空腔深度越大,共振频率的个数越多由于共振吸声结构在超出共振频率附近的吸声系数急剧降低,若想吸声频带拓宽范围,可在其背后附加多孔吸声金属材料。

与此同时还应注意当穿孔率大于20%时,声学作用就忽略不计,因此当采用收缩网作为吸声金属材料时, 往往收缩网的透光率也会随之降低在实际工程建设中应根据实际吸声要求或更准确的声学分析来选择适合的收缩网2.3 遮阳、隔热、通风 

      当收缩网作为围护结构时,形成了建筑物物与其周围环境之间的第一道防护屏障,提供了遮阳、隔 热、通风作用,可有效提高建筑物在湿热/炎热环境中的节能水平收缩网装饰层作为一种被动式节能手段,兼顾建筑物的总体热工操控性和视觉舒适性。

相比复杂的机械化遮阳系统,收缩网的表皮可定义整个建筑物物的外观,并降低建筑物能耗国内目前还未有针对收缩网遮阳隔热的研究,本文引用了部分国 外研究的结论 (1)阳光的直接辐射对建筑物影响较大,收缩网空间结构中梗丝的特殊角度对特定区间的直射阳光有明显的阻隔作用,与此同时可引入漫射光,确保建筑物物内部拥有健康的视觉环境。

作为一种合金产 品,人们较为担心太阳辐射下收缩网因温度上升而带来的辐射效应一方面,在设计中需考虑颜色、 光泽度对吸收辐射热的影响,如浅色的光滑金属材料可更好地隔热;另一方面,空隙形成的通风效果使得通常情况下收缩网都不会到达很高的温度。

(2)阳光被收缩网遮挡产生的阴影图案也是影响因素之一较大的孔洞会形成斑驳的阴影,产生眩目感,因此并不适合需要精密工作的空间,如实验室、车间、办公室,常见于运动、休闲、文化、商业场所 (3)相比于合金穿孔板、百叶等其它遮阳设施,由于收缩网的空间结构带来了更好的强度,因此可选用更高的孔隙率,从而获得更通透的视野及更好的通风效果,也可选用更薄的合金钢材,节省金属材料。

更细的梗丝虽然可以提供更均匀的光照效果,但不具备隔热、遮阳作用,在展开工程建设设计时应综合考虑(4)收缩网本身的规格参数、日光的相关参数(包括入射光方向、太阳方位角和太阳高度)、 收缩网颜色是影响收缩网阳光透射情况的三个主要 因素。

由于可变条件较多,特定参数或参数组与遮光效果之间难以呈现严格的线性关系,因此当项目需要精准的遮阳设计时,有必要展开特定的模拟收缩网作为外遮阳,在大部分实际工程建设应用中较为灵活比如,Sanchez Gil Arquitectos事务所 设计的西班牙萨拉曼卡大学M2技术大楼选用开敞式外通风双层玻璃幕墙,外层为可机械化移动的收缩网, 用于控制射入建筑物内的日光,内层为实际的室内外 边界,根据建筑物的不同朝向,双层玻璃幕墙对应设置了 不同深度的空腔,既遮阳又隔热、通风(图6);位于阿姆斯特丹的“Woning K-14”项目在窗户外 侧选用了类似护窗板的形式,关闭时能呈现完整的 门廊,将窗户完全遮挡住,可根据采光需要手动开 闭(图7)。

3 建筑物中的收缩网 

4  收缩网支承体系 收缩网作为外装饰时仍为一种建筑物玻璃幕墙,其加装过程简便快捷,网在工厂中成型,施工现场基本不需要裁切即可直接固定于支承结构体系上收缩网的通透特性决定了其背后的支承体系将与收缩网共同呈现收缩网玻璃幕墙系统归属于构件式开放玻璃幕墙,

可参考合金板玻璃幕墙的部分规范要求,但收缩网作为空间金属材料与常规合金板金属材料有所区别笔者认为,在保证安全的前提下,规范中的部分技术要求可适当放宽,如在抗风操控性方面,收缩网具备一定的面外强 度、孔隙率高,虽然强度暂难以量化,但在抗风操控性上明显优于同金属材料、同厚度的合金板,甚至是同孔隙率的穿孔板。

若满足规范计算挠度要求,则会导致框料体积较大,不仅影响美观,还会造成一定程度的浪费当收缩网直接作为外围护层采用时,其安全操控性尤为重要比如,某些外廊式建筑物将其 直接作为外围护采用,这时需重点关注其耐撞击性 能、承重力操控性并从严执行,此时收缩网的强度应 作为专项计算,并展开实体试验。

       铝由于其显著的耐腐蚀操控性,是最常见的收缩网全唇兰,在构造上与铝板玻璃幕墙类似常规较为经济的龙骨体系金属材料为电镀钢,由于钢、铝之间无法焊接,因而铝收缩网可固定在铝框上,铝框再与主龙骨栓接或铆接,或通过转接件直接固定在主龙骨上。

从直观上看,常见的收缩网体系可分为带框体系和不带框体系两种。

5 延庆冬奥会工程建设中的实践

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