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　　摘要:本文通過工程案例，簡要闡述混凝土制品-高性能混凝土(以下簡稱HPC)在幕墻工程中的應用。《中國人民大學新校區-西區學部樓》幕墻工程，本項目幕墻主要有復合新型高性能混凝土幕墻(以下簡稱HPC復合新型幕墻)、矩陣型洞窗（詞條“窗”由行業大百科提供）、框支承明框玻璃幕墻、菱形夾具點支撐玻璃幕墻、金字塔玻璃采光頂等幕墻,主要以HPC復合新型高性能混凝土幕墻為主，占整個項目幕墻的80%左右。

　　本文通過《中國人民大學新校區-西區學部樓》幕墻工程案例，簡要闡述HPC復合新型幕墻設計過程及要點，并且結合已完《江蘇園博園孔山礦片區-崖壁劇院》工程，講述HPC復合新型幕墻的應用心得。

　　作為復合新型幕墻體系， HPC復合新型幕墻完美的適應了當下建筑節能要求，能夠滿足建筑節能功能需要。HPC板可單層使用，也可以復合使用，當單層使用時，保溫巖棉可與HPC板粘貼，通過熱鍍鋅鋼板和背負鋼架一起復合使用。當復合使用時，保溫巖棉夾在內、外頁板之間，復合產品最小厚度可做到160mm左右，建筑整體熱工可達0.43 W/㎡.K以下。

　　HPC復合新型幕墻作為建筑幕墻的新成員，可滿足《建筑設計防火規范》、《高層民用建筑設計防火規范》及保溫、節能等相關規范要求。

　　HPC復合新型幕墻的生產制作，完全滿足工業化生產標準的要求。產品生產、制作等工藝均在工廠完成，工地現場主要是組織吊裝、安裝等工藝。在某種程度上，此產品的生產工藝、產品品質、外觀特征，決定了建筑本身的品質和質量，同時也提升了建筑的藝術品質。

　　關鍵詞：高性能混凝土(以下簡稱HPC)、超高性能混凝土(以下簡稱UHPC)、背負鋼架、玻璃幕墻、框支承、點支承、建筑品質、HPC復合新型高性能混凝土幕墻(HPC復合新型幕墻)。

　　1.引言

　　隨著時代的發展，建筑幕墻產品類型日新月異，新型產品層出不窮，在這種時代背景的召喚中，一種新型高強度的混泥土制品幕墻孕育而生，它打破了常規幕墻的外墻保溫（詞條“外墻保溫”由行業大百科提供）傳統，與建筑外墻保溫體系相結合，組合成一種新型自帶保溫的幕墻新體系—復合新型高性能混凝土幕墻。本文通過項目案例，對這種復合新型高性能混凝土幕墻在幕墻設計中應注意的基本細節、連接體系及受力體系進行簡要闡述。

　　在工程實際應用中，用于建筑幕墻的高性能混泥土制品主要有高性能混凝土制品(簡稱HPC)和超高性能混凝土制品(簡稱UHPC)，HPC和UHPC是一種高強度的混凝土制品。在常規的工程應用中,混凝土制品的開裂是無法避免的,而HPC和 UHPC對較普通混凝土來說,其韌性、抗裂性能及抗壓強度（詞條“抗壓強度”由行業大百科提供）等均有大幅度提升,并且在一些特殊的環境里也有優良的結構穩定性（詞條“穩定性”由行業大百科提供）。HPC復合新型幕墻既有普通幕墻的基本功能(即建筑的美觀性，幕墻的安全性，水密性、氣密性、保溫性、隔聲性、抗震性等性能)，也有其獨特的外觀藝術性。其產品在生產施工方面，HPC復合新型幕墻全方位的實現了產品工業化生產。HPC復合新型幕墻產品均在工廠生產、加工、組裝，有效的提升了建筑幕墻產品的質量，增強了建筑產品的品質，同時也為建筑幕墻行業發展提供了新的發展方向。

　　2.項目工程概況

　　中國人民大學通州新校區位于北京市通州區潞城鎮，北京城市副中心核心區域，毗鄰北京行政辦公區，四至范圍為東至春明西街、南至運河東大街、西至前北營街、北至兆善大街。中國人民大學通州新校區-西區學部樓(以下簡稱本項目)位于北京市通州新城地塊內，地處新校園區西入口北側，毗鄰副中心行政辦公區，東臨暢合西路(35米城市次干路)，南臨明德街(35米城市支路)，北側為綠地，總建設用地面積約19880.805㎡。新校區學部樓共劃分為新聞學院樓、藝術學院樓、未來傳播創新中心，整個學部樓是新校區的重要的空間節點（詞條“節點”由行業大百科提供）。集教學、研究、辦公為一體的綜合型學部樓。

　　新校區學部樓幕墻總面積約4萬平方米，幕墻主要有： HPC復合新型幕墻、HPC單板幕墻、金屬鋁板幕墻、金字塔玻璃采光天窗、夾板點式玻璃幕墻、銹蝕耐候鋼欄板、矩陣型洞窗、鋁（詞條“鋁”由行業大百科提供）拉板網幕墻等。新校區學部樓主要以HPC復合新型幕墻、HPC單板幕墻為主。約占整個建筑幕墻的80%左右。

　　3、高性能混泥土(HPC)的組成及原理：

　　高性能混泥土主要成分是水、高標號白色硅酸鹽水泥，精制石英砂、耐堿玻璃纖維、減縮劑(高效減水劑、塑化劑、緩凝劑、早強劑、防銹劑（詞條“防銹劑”由行業大百科提供）等)、膨脹劑、配以適量鋼筋、不銹鋼絲網片等材料，以緊密堆積理論設計配合比的混合細骨料產品。其中玻璃纖維、減縮劑、膨脹劑對產品的的工作性能、力學性能、體積穩定性影響較大。主要涵蓋如下情況:

　　(1)對于高性能混泥土的工作性能,玻璃纖維、減縮劑、膨脹劑的使用會導致高性能混泥土流動性降低,并且流動性隨著摻量的增加而降低。

　　(2)對于高性能混泥土的力學性能和開裂性能,玻璃纖維可以提高抗壓強度和抗折強度,并均隨著摻量的增加而增大。減縮劑和膨脹劑的使用,會引起其抗壓強度和抗折強度出現適當減小,并且減縮劑和膨脹劑的摻量越多,抗壓強度和抗折強度減小的越明顯。

　　(3)對于高性能混泥土的體積穩定性,減縮劑和膨脹劑的使用對其體積收縮現象也有抑制作用。對于力學性能,其抗壓強度、劈裂抗拉強度均隨著摻量的增加而增大。對于熱工性能,玻璃纖維會是的降低導熱系數,提高保溫性能。

　　(4)對于高性能混泥土的抗裂性及強度,增加玻璃纖維的摻量，無疑是最好的技術措施，綜合考慮高性能混泥土的性價比，可適當配以少了的鋼筋和不銹鋼絲網片，也可提升高性能混泥土的抗裂性及強度。

　　4、HPC復合新型幕墻設計原則

　　HPC復合新型幕墻作為建筑幕墻新成員，其設計原則和方法，遵循《金屬與石材幕墻工程技術規范》和《玻璃幕墻工程技術規范》等規范的相關原則和規定，主要設計原則如下：

　　4.1. HPC復合新型幕墻結構應進行承載能力（詞條“承載能力”由行業大百科提供）極限狀態和正常使用極限狀態設計。HPC復合新型幕墻的結構設計使用年限不應少于25年;大跨度鋼結構支承體系和預埋件的設計使用年限宜按主體結構的設計使用年限確定。

　　4.2 非抗震設計的HPC復合新型幕墻，應計算重力荷載和風荷載效應;抗震設計的HPC復合新型幕墻，應計算重力荷載、風荷載和地震作用效應。

　　當溫度作用不可忽略時，高性能混泥土幕墻結構設計（詞條“結構設計”由行業大百科提供）應考慮溫度效應影響。

　　4.3. HPC復合新型幕墻結構在施工階段和正常使用階段的作用可按彈性方法分別計算，并按規范規定的要求進行作用組合。HPC復合新型幕墻結構應按最不利作用組合進行設計。

　　4.4. HPC復合新型幕墻結構構件（詞條“結構構件”由行業大百科提供）應按下列規定驗算承載力和撓度：

　　向受彎桿件，兩個方向的撓度應分別符合本條第3款的規定。

　　4.5 當HPC復合新型幕墻相對于結構掛點有偏心時，結構掛點設計時應考慮重力荷載偏心產生的不利影響。

　　4.6 結構構件的受拉承載力應按凈截面計算;受壓承載力應按有效凈截面計算;穩定性應按有效截面計算。構件的變形（詞條“變形”由行業大百科提供）和穩定系數可按毛截面計算。

　　4.7 采用螺栓連接、掛接或插接的HPC復合新型幕墻構件，應采取可靠的防松動、防滑移、防脫離措施。

　　4.9 除上述規定外，HPC復合新型幕墻的金屬支承結構及面板設計應符合現行國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017、《冷彎薄壁型鋼結構設計規范》GB 50018和《鋁合金結構設計規范》GB 50429的有關規定。

　　5、本項目的HPC復合新型幕墻設計：

　　中國人民大學通州新校區幕墻主要以HPC復合新型幕墻為主，約占本項目幕墻整體數量的80%左右。HPC復合新型幕墻采用內、外HPC頁板復合而成。內、外HPC頁板通過不銹鋼空間網格片一體澆筑，內、外頁板厚度不小于30mm，中間復合層為不小于100mm厚、容重不小于120Kg/立方米的保溫巖棉，總厚度不小于160mm。四周各端部采用不小于60mm厚A級聚苯顆粒或聚氨酯等保溫材料密封封堵，內、外墻板（詞條“墻板”由行業大百科提供）邊部采用帶尼龍斷熱的鋼桁架（詞條“鋼桁架”由行業大百科提供）連接，中間間距@500mm布置加強肋板、面積不大于0.5平米，采用帶斷熱的鋼筋網片進行內外面板一體澆筑連接。

　　HPC復合新型幕墻產品預制時,將連接埋件、連接奧氏體不銹鋼螺栓套筒一起澆筑，確保有可靠連接。HPC復合新型幕墻單元板塊之間通過鋁合金單元框組合、硅橡膠條密封，膠條通過單元框插接形成等壓空腔。幕墻受力體系可采用掛接或坐立受力體系均可。掛接或坐立受力端應通過轉接牛腿與主體結構連接，同時滿足三維調節。設置防滑、防脫落措施。

　　HPC復合新型幕墻單元板塊室內分格縫隙可采用鋁合金、聚氨酯型材或不銹鋼U槽嵌縫，或通過碳纖維網格布粘接。最終方式可由室內設計和甲方要求共同選擇。

　　6、HPC復合新型幕墻層間設計

　　HPC復合新型幕墻層間設計遵循《金屬與石材幕墻工程技術規范》、《玻璃幕墻工程技術規范》及《建筑設計防火規范》等規范的相關規定和原則：

　　(1)幕墻板塊與主體結構的連接形式采用單支掛接設計，同時滿足三維調節。

　　(2) 幕墻層間防火檻墻高度要求：室內有噴淋，防火高度不小于800mm，室內無噴淋，防火高度不小于1200mm。

　　(3) 上、下板塊之間應留有不小于20mm的伸縮變形的縫隙，單元板塊接縫采用通長鋁合金型材插接，左、右板塊采用長度不小于400mm的鋁合金插芯連接，插芯與單元型材應緊密配合，通過硅橡膠條密封。

　　(4) 幕墻防火采用1.5mm厚熱鍍鋅鋼板支托、防火巖棉厚度不小于200mm、2道或通高填充。防火極限滿足建筑設計要求。鍍鋅（詞條“鍍鋅”由行業大百科提供）鋼板與樓層板間縫隙，采用防火密封膠密封。各層水平防火層連續、不間斷。

　　7、HPC復合新型幕墻抗震設計

　　根據建筑設計抗震規范要求，本項目按8度(0.2g)抗震設防設計。HPC復合新型幕墻的面板與主體的掛件采用防脫、防滑設計措施。抗震設防的基本原則遵循“三個水準”為抗震設防目標：

　　第一水準：當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，一般不受損壞或不需修理可繼續使用。

　　第二水準：當遭受相當于本地區的抗震設防烈度的地震影響時，可能損壞經一般修理或不需修理仍可繼續使用。

　　第三水準：當遭遇高于本地區抗震設防烈度預估的罕遇地震影響時，不致于倒塌或發生危險及生命的嚴重破壞。

　　通過《預制外掛板抗震性能試驗》檢測，本項目抗震設計滿足規范相關要求。抗震試驗標準節點如下：

　　8、結論

　　《中國人民大學通州新校區學部樓》幕墻工程,地處北京市通州區，地面粗糙度為B類，建筑幕墻設計使用年限為25年，抗震設防烈度按8度(0.2g)，建筑高度為28.150米。建筑標準層高為4.4米， 裙樓標準層高5.1米。通過有限元（詞條“有限元”由行業大百科提供）力學分析，幕墻滿足本項目的設計要求。并在幕墻施工前進行幕墻性能檢測，HPC復合新型幕墻各項性能，滿足設計要求。

　　本工程幕墻防火等級為二級, 極限防火時效不低于1小時。防火巖棉的容重為140Kg/m3，防火層間防火巖棉厚度為100mm。層間防火層采用雙道防火措施。防火密封膠密封。

　　依據建筑設計要求，外墻非透明幕墻整體傳熱系數不大于0.45 W/㎡.K。新型復合型高性能混凝土幕墻為非透明幕墻，內、外頁板厚度為30mm，中間復合100mm厚容重120Kg/立方米的保溫巖棉，端部為50mm厚聚苯A級保溫顆粒封堵，通過軟件計算，幕墻整體K值小于0.45 W/㎡.K，滿足建筑設計要求。

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作者單位：中國建筑設計研究院有限公司

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