1 序言
本文主要討論不銹鋼板作為面板的幕墻相關(guān)技術(shù)。不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）板作為幕墻面板：①能為建筑師立面表達(dá)提供理想選擇。隨著大氣污染的加重，特別是隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)，具有高耐腐蝕性、高強(qiáng)度、低維護(hù)特性的不銹鋼面板材料在建筑幕墻領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視和推廣。因?yàn)椴捎貌讳P鋼板，建筑立面能長期保持初始質(zhì)感，能降低維護(hù)和更換成本，同時能為建筑師提供特殊質(zhì)感。例如不銹鋼特有的“堅(jiān)硬”和“純凈”感，為建筑增添高檔質(zhì)感和現(xiàn)代感。 經(jīng)過1930年的美國紐約Chrysler大廈、1968年意大利CSM,Castel Romano大廈(現(xiàn)在板質(zhì)感依如初新)、1992年西班牙巴塞羅那Mapfre Tower(43層，153m)、1996年馬來西亞吉隆坡石油雙塔等項(xiàng)目上80多年的實(shí)踐，奧氏體不銹鋼06Cr19Ni10(SUS 304)和06Cr17Ni7Mo2(SUS 316)已經(jīng)得到充分的認(rèn)可，而SUS316的耐腐蝕性更勝一籌。[圖1]為東昌財(cái)富的1.5mm軋花不銹鋼板幕墻（詞條“不銹鋼板幕墻”由行業(yè)大百科提供），于2004年完工并使用至今，歷經(jīng)十年多的風(fēng)雨，外觀效果依然亮新依舊;②不銹鋼板的性價比正在提高之中，特別是隨著國內(nèi)專業(yè)制造商工藝水平提高，市場價格處于下降趨勢。③不銹鋼板加工、組裝和安裝涉及不銹鋼材料特有的加工硬化（詞條“硬化”由行業(yè)大百科提供）、應(yīng)力殘余等需要認(rèn)真對待的技術(shù)問題，甚至涉及特殊制作工藝。例如，芝加哥云門(CLOUD GATE)雕塑,花幾年時間采用168塊用Octomill 八面銑刀精準(zhǔn)加工的雙曲面厚不銹板，無縫焊接而成[圖2];上海盛大中心“不銹鋼城堡”，則采用針對性很強(qiáng)的短周期(2.5月)、低成本冷彎施作工藝完成[圖3];所以研究和總結(jié)不銹鋼幕墻有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和價值。
目前建筑外墻領(lǐng)域，采用大面積不銹鋼板幕墻案例不多，即使大面積采用，也往往不追求其高平整度，只表達(dá)其強(qiáng)烈質(zhì)感[圖4]：如洛杉磯WALT DISNEY 音樂廳和Zollhof 大廈。Zollhof 大廈，做到了以明亮的不銹鋼質(zhì)感，既從周圍“古老”色調(diào)脫穎而出，又以反射周圍建筑而融入環(huán)境。而國內(nèi)大面積使用不銹鋼板的幕墻案例也是不多，[圖5]深圳平安金融中心，采用的是2mm厚316材質(zhì)的布紋不銹鋼板，幕墻面積超過7萬平米，雖正在施工當(dāng)中，但已經(jīng)明顯體現(xiàn)了不銹鋼板所獨(dú)有的強(qiáng)烈質(zhì)感和現(xiàn)代氣息。不銹鋼大致可分為平面鋼板和凹凸鋼板。而平面鋼板又分為三類：板面光反射率在90%以上者，為鏡面鋼飯。板面反射率90%--70%者，為有光鋼板，反射率小于50%為亞光鋼板。凹凸鋼板也分為浮雕板、淺浮雕花紋板和網(wǎng)紋板等。平面鋼板通常是經(jīng)研磨、拋光工序而制成的。凹凸鋼板通常是正常的研磨與拋光之后.再經(jīng)輥壓、腐蝕、雕刻（詞條“雕刻”由行業(yè)大百科提供）等加工，更后再經(jīng)特殊研磨而創(chuàng)成的?？梢姴讳P鋼板反射率高，對板面非平整度敏感，隨著不銹鋼板大面積使用于建筑立面，對其平整度提出更高要求，將追求采用更薄、更平整的幕墻。
2 不銹鋼板應(yīng)用于幕墻及相關(guān)技術(shù)
2.1不銹鋼板品種及特性
幕墻常用不銹鋼板按構(gòu)造分，一般有三大類：單板(盒型、扣接型和切板)、復(fù)合板和蜂窩板。表1中對這三類不銹鋼板性能的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對比說明：
不銹鋼復(fù)合板在保留了不銹鋼材料良好的裝飾效果和經(jīng)久耐用的特性基礎(chǔ)上，克服了不銹鋼金屬板加工難、加工平整度差的缺點(diǎn)，具有良好的隔聲、隔熱效果，可方便的進(jìn)行剪切、彎弧、刨槽折邊、鉆孔等加工。使用不銹鋼復(fù)合板另外還要考慮幾個因素：不銹鋼的耐蝕性、強(qiáng)度、耐性和物理功能、加工成形功能等。[圖6]為越南VTB大廈(工商銀行)不銹鋼復(fù)合板幕墻，不銹鋼為兩層0.3mm厚316材質(zhì)。[圖7]為上海某工程不銹鋼復(fù)合板墻體，從外觀上可以感受到很強(qiáng)的機(jī)理性和金屬質(zhì)感。
另外，由于不銹鋼復(fù)合板是兩種材料的復(fù)合材料，使用時要考慮其熱脹冷縮時產(chǎn)生的溫度應(yīng)力，可能會出現(xiàn)應(yīng)力收縮（詞條“收縮”由行業(yè)大百科提供），裂紋，界面復(fù)合破壞等問題，以確保溫度應(yīng)力產(chǎn)生彎曲時的材料完整性，不會導(dǎo)致開裂。不銹鋼316的線膨脹系數(shù)：當(dāng)溫度0~100℃時為1.73×10-5/℃，約為碳素鋼（詞條“碳素鋼”由行業(yè)大百科提供）的1.5倍，略小于鋁合金。而聚乙烯芯板的膨脹系數(shù)：當(dāng)溫度為0~100℃時，約為1.50×10-4/℃。
不銹鋼蜂窩板，表板采用拉絲不銹鋼板或者鏡面不銹鋼板等，背板采用鍍鋅鋼板，芯材采用鋁蜂窩芯，經(jīng)過專用粘合劑復(fù)合而成。不銹鋼蜂窩板的主要特點(diǎn)：輕便、安裝負(fù)荷低;每塊面積大，平整度極高、不易變形，安全系數(shù)高;具有很好的隔音，保溫性能。成本低，質(zhì)量好，比2毫米不銹鋼單板價格低，但是平整度與3毫米不銹鋼單板接近。不銹鋼蜂窩板具有很強(qiáng)的耐蝕性。圖8顯示為不銹鋼蜂窩板幕墻，分格較大，表面平整度高，且兼顧保溫性能。
不銹鋼單板由于本身強(qiáng)度高，可用于高層超高層建筑;韌性（詞條“韌性”由行業(yè)大百科提供）大，可做折彎或彎弧加工，可實(shí)現(xiàn)較多建筑外觀效果;耐腐蝕性強(qiáng)，后期維護(hù)方便成本低。鑒于諸多的性能優(yōu)勢，深受建筑師的青睞。[圖9]顯示了不銹鋼單板幕墻外觀金屬質(zhì)感強(qiáng)，使用廣泛。[圖10]展示了上海東昌財(cái)富樓不銹鋼面板彎弧處理效果。韌性大，易于彎弧加工，這是不銹鋼復(fù)合板和不銹鋼蜂窩板不容易實(shí)現(xiàn)的。另外不銹鋼單板幕墻一般采用開縫加背襯板的防水（詞條“防水”由行業(yè)大百科提供）方式，這是因?yàn)椴讳P鋼板表面有一層油膜，施打密封膠之前，必須先對不銹鋼板表面清除油污處理，然后涂專用底漆，否則難于保證耐候密封膠與不銹鋼的黏接性能。
不銹鋼單板作為金屬構(gòu)件除了能夠適應(yīng)切割、刨槽、折彎等加工處理，而焊接加工使不銹鋼板能夠?qū)崿F(xiàn)更多的造型成為現(xiàn)實(shí)。而一般焊接變形的控制主要有減少焊縫數(shù)量和間斷焊接、采用逆向回焊法施焊、剛性固定焊接、反變形技術(shù)、合理安排焊接順序、采用熱處理（詞條“熱處理”由行業(yè)大百科提供）去除焊后收縮力、減少焊接時間以及冷卻法等等。而對于薄板失穩(wěn)變形的控制是控制工藝參數(shù)、反變形法和控制溫度場等措施。而在生產(chǎn)實(shí)踐中，反變形法是更常用的方法之一，其具體方法是預(yù)先在焊接變形的相反方向，人為地施加一定的變形量，以此與焊接變形相抵消，使焊接結(jié)構(gòu)達(dá)到技術(shù)要求。通過完全剛性約束和反變形法可以實(shí)現(xiàn)采用1.5mm厚不銹鋼板激光焊接更大彎曲撓度（詞條“撓度”由行業(yè)大百科提供）的控制小于0.16mm。
圖11、圖12是東財(cái)財(cái)富不銹鋼筒體幕墻及節(jié)點(diǎn)，外觀平整。依靠專用模具，不銹鋼板切板彎弧成錐體，并與平板焊接，先均勻點(diǎn)焊控制整體尺寸及外形，再采用反變形法進(jìn)行焊接變形控制，實(shí)施剛性固定焊接，保證平板與彎弧板周邊焊后的平整度和緊密貼合，形成自然過渡，然后經(jīng)過打磨亮化處理，形成棱角分明的錐筒造型。
2.2不銹鋼板表面平整度的保證和提高
由于不銹鋼板材(特別是單板)韌性大，因此通過采用合理的安裝構(gòu)造及加工組裝工藝來消除內(nèi)部不均勻的殘余應(yīng)力，是應(yīng)對不銹鋼材料固有的對光的反射率高、對表面不平整的敏感度高的關(guān)鍵措施。
[圖13]所示為厚度1mm表面鏡光處理的316不銹鋼單板(反射率高于90%)做成的裝飾條，影像變形扭曲嚴(yán)重。[圖14]所示為厚度2mm表面亞光處理的316不銹鋼單板做成的金屬板幕墻。板分格寬度超過1.2米，表面波浪凹凸感強(qiáng)烈。單板厚度過薄、橫向分格過大，且由于鏡面不銹鋼的反射率大于90%，亞光不銹鋼其反射率也達(dá)到50%，受其對光反射率高的特點(diǎn)影響，不銹鋼板對表面不平整度的靈敏度很高，板自身變形(0.1%以內(nèi))和外力力的作用下和輕微的撓度變形，特別是溫度梯度的變化都會對外觀效果產(chǎn)生較大影響。因此不銹鋼板的安裝構(gòu)造和面板的強(qiáng)度和撓度控制成為不銹鋼板幕墻設(shè)計(jì)的重要考量因素。
2.2.1不銹鋼板支撐體系的設(shè)計(jì)
不銹鋼面板附著的支撐體系必須是穩(wěn)固的、平整的，且為了保證不銹鋼面板的易于更換和安裝，設(shè)計(jì)成小單元形式的掛板結(jié)構(gòu)體系或者通過扣接的形式，通過型材（詞條“型材”由行業(yè)大百科提供）咬合或者不銹鋼板材直接扣接的方式來實(shí)現(xiàn)與整體框架的連接與固定。
幕墻用不銹鋼單板的常用的支撐體系分為：切板結(jié)構(gòu)、扣接結(jié)構(gòu)以及盒型結(jié)構(gòu)。切板結(jié)構(gòu)外觀上突出了板材的棱角，但不銹鋼板材柔韌性大，適用于低層建筑或低風(fēng)壓區(qū)域;扣接結(jié)構(gòu)適合于薄型不銹鋼單板，平整度要求不高，對質(zhì)感和肌理感建筑效果要求強(qiáng)烈時采用。盒型結(jié)構(gòu)突出板框支撐體系的穩(wěn)固性，適用于高層建筑，抵抗風(fēng)壓能力強(qiáng)，另外還能體現(xiàn)不銹鋼獨(dú)特的建筑效果，因此被廣泛采用。