聚碳酸酯板幕墻施工技術與試驗研究

賈 瑋

中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司 山西 太原 030024

聚碳酸酯（Polycarbonate，簡稱PC）板，是一種無定性熱塑性塑料，也被稱為陽光板。聚碳酸酯也稱防彈膠，特點是機械強度高、使用溫度范圍廣、電絕緣性能好等。陽光板具有良好的透光性，可以作為透明窗材、高層建筑幕墻、機場和體育場館透明建筑材料。

文獻[1]針對鐵路太原南站異形聚碳酸酯板采光屋面板與板之間采用專用防水鋁型材與倒魚刺形鋼龍骨連接固定，并通過屋面細部節(jié)點的構造進行防水設計及合理施工，解決了溫度變化引起的聚碳酸酯板伸縮變形以及滲漏等問題。文獻[2]從施工完成后的陽光板問題中總結(jié)出緊固件、焊縫、運輸?shù)葞讉€問題。文獻[3]針對深圳大運中心項目主體育館采用新型的聚碳酸酯板屋面系統(tǒng)，從原理上解決了聚碳酸酯板屋面溫度變形和雨水滲漏的問題。

許多學者[4-7]分別從實驗室控制單一因素老化試驗、室內(nèi)模擬大氣加速老化試驗、室外暴曬試驗來研究PC的老化失效規(guī)律，從反應機理上對PC老化失效規(guī)律做出一定的解釋，并通過極端自然環(huán)境條件下的戶外暴曬試驗嘗試建立戶外老化與室內(nèi)加速老化之間的聯(lián)系，以解釋PC在戶外老化的失效規(guī)律。而研究其在溫差及荷載作用下的結(jié)構性能，以便安全、可靠地將其應用于實際工程中是一項重要的研究內(nèi)容。

1 工程概況

重慶西站是重慶樞紐的新建車站，是集城市軌道、公交、長途、出租和社會車輛等各種交通方式為一體的客運綜合交通樞紐。站房綜合樓總建筑面積120 000 m2，主體站房地上2層，地下1層。東站房幕墻工程（圖1、圖2）包括玻璃幕墻系統(tǒng)、聚碳酸酯幕墻系統(tǒng)、鋁板幕墻系統(tǒng)等。對聚碳酸酯板材的結(jié)構性能，特別是服役耐久性的研究很少見諸文獻報道，研究時需要考慮荷載下的徐變性能和不同溫度下的承載特征，其會造成陽光板幾何特征的明顯改變，使得板材的邊界約束減弱，需要通過試驗來解決這一問題。

圖1 重慶西站東站房幕墻

圖2 重慶西站東站房幕墻剖面

2 聚碳酸酯板安裝關鍵技術

本工程建筑外型復雜，存在大量的不規(guī)則曲線，因此應先通過三維電腦建模，對弧線進行優(yōu)化，確定其控制點、坐標、弧線半徑，完成幕墻理論控制定位；再對實體主拱進行精細測量，與理論定位對比，確定各板塊的實際坐標；最后考慮外載、光、熱、雨、材性及相應效應等，制作標準化和個性化的復雜連接件，完成外形極度不規(guī)則的幕墻安裝。

聚碳酸酯板幕墻的防水、自重變形、顏色透光是工程中的主要問題。重慶西站聚碳酸酯板幕墻主要材料為厚15 mm聚碳酸酯實心板面板、200 mm×150 mm×8 mm鍍鋅鋼通豎向龍骨、80 mm×80 mm×5 mm鍍鋅鋼通橫梁。因板材長度超長，最長可達15 m，且板材呈向外傾斜趨勢，部分板需要有平面外翹曲，故板對位、固定等均有難度。施工時需要臨時固定，等第2塊板到位后再固定一邊，依次安裝下一塊。為了減少拼縫和漏水的幾率，在陽光板下側(cè)設置內(nèi)排水天溝。斜躺板自重由龍骨承受。兩側(cè)扭曲陽光板安裝采用冷成型處理扭曲板塊。聚碳酸酯板幕墻（上端固定，下端變形）采用明框形式固定（圖3）。

圖3 聚碳酸酯板安裝

陽光板上端開圓孔承受陽光板的自重，下端開φ60 mm長條孔以滿足伸縮變形的需要。幕墻立柱采用坐地式，在下端設置寬20 mm的縫隙使其能自由伸縮，上下端均與主體結(jié)構采用鉸接連接（圖4）。明框幕墻采用傳統(tǒng)的形式，鋁合金壓板跟鋁型材基座采用螺栓連接。

圖4 聚碳酸酯板頂部和底部安裝示意

陽光板主要施工流程為：施工準備→測量放線→鋼支撐安裝→鋼龍骨安裝→橫龍骨安裝→鋼表面氟碳噴涂→陽光板安裝→扣蓋安裝及打膠→清理。

3 聚碳酸酯板溫差和荷載作用下的應變測試與分析

重慶市屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫在14～18 ℃之間。最熱月份平均氣溫26～29 ℃，最冷月平均氣溫2～8 ℃。1951—2014年日最高溫≥40 ℃天數(shù)為78 d，居全國省會級大城市首位，是“三大火爐”之一?？紤]這一因素，且工程使用的聚碳酸酯板材在一個方向上尺寸大，最大可達15 m，為研究溫差和荷載引起板正常使用功能問題而進行本次試驗。

3.1 試驗方案

2塊聚碳酸酯實心板材，規(guī)格為1 0 0 0 m m×1 000 mm×15 mm，一塊為測試板，另一塊為溫度補償板；4次試驗對應環(huán)境溫度為21、32、35、43 ℃；每次試驗對應配重：一級為板自重面荷載17.645 kg，二級為板自重面＋跨中線荷載28.850 kg，三級為板自重面＋跨中線荷載39.375 kg，四級為板自重面＋跨中線荷載49.950 kg。試驗時，應保持設定溫度，加載后待應變穩(wěn)定時再加下一級荷載；每卸載一級荷載，待應變穩(wěn)定后再卸載下一級荷載，直至無配重，并等到應變穩(wěn)定后再停止記錄。受光面和背光面均進行應變連續(xù)記錄，以可調(diào)節(jié)溫度的燈光加熱，測溫槍測量板面溫度，百分表記錄變形，應變儀測量測點應變。板材兩對面懸空、兩對面豎向簡支，可以認為其在水平面內(nèi)四邊均可自由伸縮及繞水平軸自由轉(zhuǎn)動（圖5）。

圖5 聚碳酸酯板現(xiàn)場試驗

3.2 結(jié)果與分析

圖6所示為試驗板垂直加載方向各個位置的應變測試結(jié)果。藍線為加熱直射面測點應變，紅線為同一豎向位置的加熱背面測點應變。試驗時，分別在板的直射面和背面的相應位置放置應變片，并每隔0.3 s測量一次數(shù)據(jù)。

在陽光板自重作用下，隨著溫度的升高應變增大；直射面應變增加的速率大于背面，板產(chǎn)生伸長和翹曲；彎矩較大的區(qū)域應變增量明顯大于彎矩較小的區(qū)域。在支座區(qū)域，由荷載引起的應變變化小于相應的跨中位置；但完全撤掉外加荷載，卻能迅速恢復到接近加荷之前的位置。撤掉外加荷載和降低溫度后，兩面的應變部分恢復，但持續(xù)時間較長，存在殘留應變。整個加卸載、升降溫過程中，應變表現(xiàn)為明顯的非線性特征，其將導致實際工程中因荷載和溫差的存在，使對板的約束（或邊界條件）隨著時間的推移而減弱，可能出現(xiàn)走風、漏雨等問題。根據(jù)這一結(jié)果，本工程通過改變聚碳酸酯板的約束條件，使得邊界約束能夠持久和恒定。

圖6 聚碳酸酯板垂直加載方向跨中應變

4 結(jié)語

1）針對重慶西站聚碳酸酯板復雜曲面幕墻，先通過三維電腦建模對弧線進行優(yōu)化，確定其控制點、坐標、弧線半徑，完成幕墻理論控制定位；再對實體組合拱進行精細測量，與理論定位對比，確定各板塊的實際坐標；最后考慮外載、光、熱、雨、材性及相應效應等，制作標準化和個性化的復雜連接件，完成外形極度不規(guī)則的幕墻安裝。

2）聚碳酸酯板現(xiàn)場溫差和荷載試驗表明，隨著溫度的升高應變增大，板產(chǎn)生伸長和翹曲；撤掉外加荷載并降低溫度后，板兩面的應變部分恢復，持續(xù)時間較長，且存在殘留應變。整個加卸載、升降溫過程中，應變表現(xiàn)為明顯的非線性特征，工程中對板的約束將隨著時間的推移而減弱，可能出現(xiàn)走風、漏雨等問題。根據(jù)這一結(jié)果，本工程通過改變聚碳酸酯板的約束條件，使得邊界約束能夠持久和恒定。