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摘要:本文通过工程案例，简要阐述混凝土制品-高性能混凝土(以下简称HPC)在幕墙工程中的应用。《中国人民大学新校区-西区学部楼》幕墙工程，本项目幕墙主要有复合新型高性能混凝土幕墙(以下简称HPC复合新型幕墙)、矩阵型洞窗（词条“窗”由行业大百科提供）、框支承明框玻璃幕墙、菱形夹具点支撑玻璃幕墙、金字塔玻璃采光顶等幕墙,主要以HPC复合新型高性能混凝土幕墙为主，占整个项目幕墙的80%左右。
本文通过《中国人民大学新校区-西区学部楼》幕墙工程案例，简要阐述HPC复合新型幕墙设计过程及要点，并且结合已完《江苏园博园孔山矿片区-崖壁剧院》工程，讲述HPC复合新型幕墙的应用心得。
作为复合新型幕墙体系， HPC复合新型幕墙完美的适应了当下建筑节能要求，能够满足建筑节能功能需要。HPC板可单层使用，也可以复合使用，当单层使用时，保温岩棉可与HPC板粘贴，通过热镀锌钢板和背负钢架一起复合使用。当复合使用时，保温岩棉夹在内、外页板之间，复合产品最小厚度可做到160mm左右，建筑整体热工可达0.43 W/㎡.K以下。
HPC复合新型幕墙作为建筑幕墙的新成员，可满足《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》及保温、节能等相关规范要求。
HPC复合新型幕墙的生产制作，完全满足工业化生产标准的要求。产品生产、制作等工艺均在工厂完成，工地现场主要是组织吊装、安装等工艺。在某种程度上，此产品的生产工艺、产品品质、外观特征，决定了建筑本身的品质和质量，同时也提升了建筑的艺术品质。
关键词：高性能混凝土(以下简称HPC)、超高性能混凝土(以下简称UHPC)、背负钢架、玻璃幕墙、框支承、点支承、建筑品质、HPC复合新型高性能混凝土幕墙(HPC复合新型幕墙)。
1.引言
随着时代的发展，建筑幕墙产品类型日新月异，新型产品层出不穷，在这种时代背景的召唤中，一种新型高强度的混泥土制品幕墙孕育而生，它打破了常规幕墙的外墙保温（词条“外墙保温”由行业大百科提供）传统，与建筑外墙保温体系相结合，组合成一种新型自带保温的幕墙新体系—复合新型高性能混凝土幕墙。本文通过项目案例，对这种复合新型高性能混凝土幕墙在幕墙设计中应注意的基本细节、连接体系及受力体系进行简要阐述。
在工程实际应用中，用于建筑幕墙的高性能混泥土制品主要有高性能混凝土制品(简称HPC)和超高性能混凝土制品(简称UHPC)，HPC和UHPC是一种高强度的混凝土制品。在常规的工程应用中,混凝土制品的开裂是无法避免的,而HPC和 UHPC对较普通混凝土来说,其韧性、抗裂性能及抗压强度（词条“抗压强度”由行业大百科提供）等均有大幅度提升,并且在一些特殊的环境里也有优良的结构稳定性（词条“稳定性”由行业大百科提供）。HPC复合新型幕墙既有普通幕墙的基本功能(即建筑的美观性，幕墙的安全性，水密性、气密性、保温性、隔声性、抗震性等性能)，也有其独特的外观艺术性。其产品在生产施工方面，HPC复合新型幕墙全方位的实现了产品工业化生产。HPC复合新型幕墙产品均在工厂生产、加工、组装，有效的提升了建筑幕墙产品的质量，增强了建筑产品的品质，同时也为建筑幕墙行业发展提供了新的发展方向。
2.项目工程概况
中国人民大学通州新校区位于北京市通州区潞城镇，北京城市副中心核心区域，毗邻北京行政办公区，四至范围为东至春明西街、南至运河东大街、西至前北营街、北至兆善大街。中国人民大学通州新校区-西区学部楼(以下简称本项目)位于北京市通州新城地块内，地处新校园区西入口北侧，毗邻副中心行政办公区，东临畅合西路(35米城市次干路)，南临明德街(35米城市支路)，北侧为绿地，总建设用地面积约19880.805㎡。新校区学部楼共划分为新闻学院楼、艺术学院楼、未来传播创新中心，整个学部楼是新校区的重要的空间节点（词条“节点”由行业大百科提供）。集教学、研究、办公为一体的综合型学部楼。
新校区学部楼幕墙总面积约4万平方米，幕墙主要有： HPC复合新型幕墙、HPC单板幕墙、金属铝板幕墙、金字塔玻璃采光天窗、夹板点式玻璃幕墙、锈蚀耐候钢栏板、矩阵型洞窗、铝（词条“铝”由行业大百科提供）拉板网幕墙等。新校区学部楼主要以HPC复合新型幕墙、HPC单板幕墙为主。约占整个建筑幕墙的80%左右。
3、高性能混泥土(HPC)的组成及原理：
高性能混泥土主要成分是水、高标号白色硅酸盐水泥，精制石英砂、耐碱玻璃纤维、减缩剂(高效减水剂、塑化剂、缓凝剂、早强剂、防锈剂（词条“防锈剂”由行业大百科提供）等)、膨胀剂、配以适量钢筋、不锈钢丝网片等材料，以紧密堆积理论设计配合比的混合细骨料产品。其中玻璃纤维、减缩剂、膨胀剂对产品的的工作性能、力学性能、体积稳定性影响较大。主要涵盖如下情况:
(1)对于高性能混泥土的工作性能,玻璃纤维、减缩剂、膨胀剂的使用会导致高性能混泥土流动性降低,并且流动性随着掺量的增加而降低。
(2)对于高性能混泥土的力学性能和开裂性能,玻璃纤维可以提高抗压强度和抗折强度,并均随着掺量的增加而增大。减缩剂和膨胀剂的使用,会引起其抗压强度和抗折强度出现适当减小,并且减缩剂和膨胀剂的掺量越多,抗压强度和抗折强度减小的越明显。
(3)对于高性能混泥土的体积稳定性,减缩剂和膨胀剂的使用对其体积收缩现象也有抑制作用。对于力学性能,其抗压强度、劈裂抗拉强度均随着掺量的增加而增大。对于热工性能,玻璃纤维会是的降低导热系数,提高保温性能。
(4)对于高性能混泥土的抗裂性及强度,增加玻璃纤维的掺量，无疑是最好的技术措施，综合考虑高性能混泥土的性价比，可适当配以少了的钢筋和不锈钢丝网片，也可提升高性能混泥土的抗裂性及强度。
4、HPC复合新型幕墙设计原则
HPC复合新型幕墙作为建筑幕墙新成员，其设计原则和方法，遵循《金属与石材幕墙工程技术规范》和《玻璃幕墙工程技术规范》等规范的相关原则和规定，主要设计原则如下：
4.1. HPC复合新型幕墙结构应进行承载能力（词条“承载能力”由行业大百科提供）极限状态和正常使用极限状态设计。HPC复合新型幕墙的结构设计使用年限不应少于25年;大跨度钢结构支承体系和预埋件的设计使用年限宜按主体结构的设计使用年限确定。
4.2 非抗震设计的HPC复合新型幕墙，应计算重力荷载和风荷载效应;抗震设计的HPC复合新型幕墙，应计算重力荷载、风荷载和地震作用效应。
当温度作用不可忽略时，高性能混泥土幕墙结构设计（词条“结构设计”由行业大百科提供）应考虑温度效应影响。
4.3. HPC复合新型幕墙结构在施工阶段和正常使用阶段的作用可按弹性方法分别计算，并按规范规定的要求进行作用组合。HPC复合新型幕墙结构应按最不利作用组合进行设计。
4.4. HPC复合新型幕墙结构构件（词条“结构构件”由行业大百科提供）应按下列规定验算承载力和挠度：
向受弯杆件，两个方向的挠度应分别符合本条第3款的规定。
4.5 当HPC复合新型幕墙相对于结构挂点有偏心时，结构挂点设计时应考虑重力荷载偏心产生的不利影响。
4.6 结构构件的受拉承载力应按净截面计算;受压承载力应按有效净截面计算;稳定性应按有效截面计算。构件的变形（词条“变形”由行业大百科提供）和稳定系数可按毛截面计算。
4.7 采用螺栓连接、挂接或插接的HPC复合新型幕墙构件，应采取可靠的防松动、防滑移、防脱离措施。
4.9 除上述规定外，HPC复合新型幕墙的金属支承结构及面板设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017、《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB 50018和《铝合金结构设计规范》GB 50429的有关规定。
5、本项目的HPC复合新型幕墙设计：
中国人民大学通州新校区幕墙主要以HPC复合新型幕墙为主，约占本项目幕墙整体数量的80%左右。HPC复合新型幕墙采用内、外HPC页板复合而成。内、外HPC页板通过不锈钢空间网格片一体浇筑，内、外页板厚度不小于30mm，中间复合层为不小于100mm厚、容重不小于120Kg/立方米的保温岩棉，总厚度不小于160mm。四周各端部采用不小于60mm厚A级聚苯颗粒或聚氨酯等保温材料密封封堵，内、外墙板（词条“墙板”由行业大百科提供）边部采用带尼龙断热的钢桁架（词条“钢桁架”由行业大百科提供）连接，中间间距@500mm布置加强肋板、面积不大于0.5平米，采用带断热的钢筋网片进行内外面板一体浇筑连接。
HPC复合新型幕墙产品预制时,将连接埋件、连接奥氏体不锈钢螺栓套筒一起浇筑，确保有可靠连接。HPC复合新型幕墙单元板块之间通过铝合金单元框组合、硅橡胶条密封，胶条通过单元框插接形成等压空腔。幕墙受力体系可采用挂接或坐立受力体系均可。挂接或坐立受力端应通过转接牛腿与主体结构连接，同时满足三维调节。设置防滑、防脱落措施。
HPC复合新型幕墙单元板块室内分格缝隙可采用铝合金、聚氨酯型材或不锈钢U槽嵌缝，或通过碳纤维网格布粘接。最终方式可由室内设计和甲方要求共同选择。
6、HPC复合新型幕墙层间设计
HPC复合新型幕墙层间设计遵循《金属与石材幕墙工程技术规范》、《玻璃幕墙工程技术规范》及《建筑设计防火规范》等规范的相关规定和原则：
(1)幕墙板块与主体结构的连接形式采用单支挂接设计，同时满足三维调节。
(2) 幕墙层间防火槛墙高度要求：室内有喷淋，防火高度不小于800mm，室内无喷淋，防火高度不小于1200mm。
(3) 上、下板块之间应留有不小于20mm的伸缩变形的缝隙，单元板块接缝采用通长铝合金型材插接，左、右板块采用长度不小于400mm的铝合金插芯连接，插芯与单元型材应紧密配合，通过硅橡胶条密封。
(4) 幕墙防火采用1.5mm厚热镀锌钢板支托、防火岩棉厚度不小于200mm、2道或通高填充。防火极限满足建筑设计要求。镀锌（词条“镀锌”由行业大百科提供）钢板与楼层板间缝隙，采用防火密封胶密封。各层水平防火层连续、不间断。
7、HPC复合新型幕墙抗震设计
根据建筑设计抗震规范要求，本项目按8度(0.2g)抗震设防设计。HPC复合新型幕墙的面板与主体的挂件采用防脱、防滑设计措施。抗震设防的基本原则遵循“三个水准”为抗震设防目标：
第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。
第二水准：当遭受相当于本地区的抗震设防烈度的地震影响时，可能损坏经一般修理或不需修理仍可继续使用。
第三水准：当遭遇高于本地区抗震设防烈度预估的罕遇地震影响时，不致于倒塌或发生危险及生命的严重破坏。
通过《预制外挂板抗震性能试验》检测，本项目抗震设计满足规范相关要求。抗震试验标准节点如下：
8、结论
《中国人民大学通州新校区学部楼》幕墙工程,地处北京市通州区，地面粗糙度为B类，建筑幕墙设计使用年限为25年，抗震设防烈度按8度(0.2g)，建筑高度为28.150米。建筑标准层高为4.4米， 裙楼标准层高5.1米。通过有限元（词条“有限元”由行业大百科提供）力学分析，幕墙满足本项目的设计要求。并在幕墙施工前进行幕墙性能检测，HPC复合新型幕墙各项性能，满足设计要求。
本工程幕墙防火等级为二级, 极限防火时效不低于1小时。防火岩棉的容重为140Kg/m3，防火层间防火岩棉厚度为100mm。层间防火层采用双道防火措施。防火密封胶密封。
依据建筑设计要求，外墙非透明幕墙整体传热系数不大于0.45 W/㎡.K。新型复合型高性能混凝土幕墙为非透明幕墙，内、外页板厚度为30mm，中间复合100mm厚容重120Kg/立方米的保温岩棉，端部为50mm厚聚苯A级保温颗粒封堵，通过软件计算，幕墙整体K值小于0.45 W/㎡.K，满足建筑设计要求。
参考文献
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[5] 《铝合金结构设计规范》 GB 50429-2007
[6] 《玻璃幕墙光学性能》 GB/T 18091-2000
[7] 《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012
[8] 《建筑物防雷设计规范》 GB 50057-2010
[9] 《建筑设计防火规范》 GB 50016—2014
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[11]《民用建筑热工设计规范》 GB 50176-2016
[12]《钢结构设计规范》 GB 50017-2003
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[14]《夏热冬冷地区居住建筑节能设计（词条“建筑节能设计”由行业大百科提供）标准》 JGJ 134-2010
[15]《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》 JGJ 75-2012
[16]《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001
作者单位：中国建筑设计研究院有限公司
建筑帷幕设计咨询中心
