張海

摘 要 以實際工程為背景，通過研究其中的關(guān)鍵技術(shù)，如雙曲金屬幕墻的分格設(shè)計、防水設(shè)計和形態(tài)優(yōu)化、構(gòu)件加工工藝控制、測量放線方法、構(gòu)件安裝精度控制、三維掃描在判定主體結(jié)構(gòu)與幕墻相互關(guān)系中的應(yīng)用等，為后續(xù)項目提供相關(guān)的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞 雙曲金屬幕墻 分格形態(tài)優(yōu)化 防水設(shè)計 構(gòu)件加工控制

1異形建筑與幕墻技術(shù)

隨著建筑業(yè)的飛速發(fā)展，建筑技術(shù)水平在不斷提高，技術(shù)含量高、造型復(fù)雜、漂亮美觀的大型建筑和異形建筑越來越多。與此同時，建筑形態(tài)的復(fù)雜性也對建筑幕墻的設(shè)計和施工技術(shù)提出了更高的要求。

鋁單板幕墻重量輕、強度高，防水、防污、防火、防蝕，加工性能好，維護費用低，使用壽命長。同時，可加工成弧形及異形，且可與玻璃幕墻等組合成不同的外觀形體，賦予建筑物高貴典雅的氣質(zhì)。此外，可在工廠預(yù)制成型，使現(xiàn)場安裝施工方便快捷，可回收再利用，較環(huán)保。因此，鋁板金屬幕墻已經(jīng)成為異形外表皮的第一選擇。本文主要以海南波波利會所項目為例，詳解雙曲金屬鋁板幕墻構(gòu)造設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)。

2項目概況

海南波波利會所建筑所屬規(guī)劃區(qū)域東接三亞市，南臨大海、西接龍騰灣、北望九所新區(qū)，而建筑用地南北西側(cè)皆為別墅區(qū)，東側(cè)為商業(yè)建筑，該區(qū)域是樂東濱海特別旅游規(guī)劃區(qū)中唯一背山面海的灣區(qū)。本項目是從三亞進入樂東的橋頭堡，處于大三亞黃金度假圈的西翼。

建筑形態(tài)以具有悠久歷史文化傳承的中國書法藝術(shù)形態(tài)為基本元素，將書法時而剛勁有力、時而溫潤閑雅的風格充分融合在建筑形態(tài)的變化中，使其在滿足基本功能以及交通流線的條件下，真正實現(xiàn)空間的多變性、順暢感和韻律感。平面布局以中國另一具有悠久歷史的太極八卦形態(tài)為基本元素，將太極八卦的彼此融合滲透、陰陽交感的意象充分融合在建筑平面布局中，在滿足基本功能條件下，使其平面布局以及交通流線更為順暢合理，與建筑空間形態(tài)更好地交融、配合（圖1，2）。

3項目難點

業(yè)主及建筑師對本工程的品質(zhì)要求較高，希望將該工程打造為整個片區(qū)開發(fā)的精品項目展示。本工程造型獨特，設(shè)計、構(gòu)件加工及施工安裝難度較大，主要有以下三點技術(shù)難點和挑戰(zhàn)。

（1）建筑外表形態(tài)變化無規(guī)則可循，沒有一塊形態(tài)相同的外飾鋁板，尤其是出入口上方的金屬面板，豎直方向的最小彎曲半徑達到了1.4m，水平方向的彎曲半徑也達到了4m，金屬面板加工難度已達到國內(nèi)雙曲鋁板加工工藝能力的極限。

（2）為保證鋁板面板堅挺的外觀效果，同時為了防止后期硅酮密封膠對鋁板面板污染而破壞建筑形象，本工程采用開縫式設(shè)計，橫向縫寬設(shè)置為12mm，豎向縫寬設(shè)置為6mm，同時鋁板面板不能折邊。作為一個在海南海邊的項目，基本風壓達到了0.85KN/m2，金屬幕墻的結(jié)構(gòu)安全及防水性能設(shè)計均面臨較大的挑戰(zhàn)。

（3）本工程在外層金屬表皮上切出了許多形狀奇特的窗洞，有的窗洞甚至在跨層區(qū)域，金屬幕墻及窗洞玻璃幕墻的龍骨布置、定位及窗洞邊緣的防水設(shè)計也是本工程的難點之一。

4設(shè)計思路

異形建筑在給人們帶來視覺沖擊享受的同時，也給建筑施工帶來了巨大困難，必須突破、創(chuàng)新常規(guī)設(shè)計節(jié)點及施工工藝方法，才能把設(shè)計師的設(shè)計理念真實地展現(xiàn)出來。本工程幕墻與金屬屋面部分幾乎全部是雙曲面，而且曲面并無規(guī)律。以往常規(guī)的圖紙表述方式——平面圖、立面圖、剖面圖已不能準確表達異形幕墻的要求。同時施工測量放線則是一項專業(yè)性較強且又非常重要的工作，我們在該工程的施工過程中，總結(jié)了一整套針對雙曲異型金屬屋面的設(shè)計施工技術(shù)。

本工程建筑端部采用了異形百葉及雙曲鋁單板幕墻系統(tǒng)，主入口位置采用了通透性好、效果震撼的全玻幕墻系統(tǒng)，最高處高度達到11m，寬度為1.5m，中間部位還設(shè)置了懸挑2m的玻璃雨篷，頂?shù)撞渴湛谖恢貌捎卯愋武X單板幕墻系統(tǒng)，屋面設(shè)置了外形獨特的采光頂天窗。外幕墻由大量雙曲面鋁合金板及玻璃幕墻組成，地面以下采用了石材幕墻作為接地設(shè)計。

設(shè)計、效果、加工、施工的質(zhì)量均為本項目控制的主要因素。設(shè)計方案應(yīng)以外形控制為出發(fā)點，考慮指導(dǎo)施工，再從結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟、美觀、科學(xué)、質(zhì)量、安全、定位、進度等方面進行優(yōu)化設(shè)計。方案除了做到性能一流、結(jié)構(gòu)安全，還應(yīng)達到容易安裝、施工安全、采購方便、生產(chǎn)容易、補修可行等各項要求。

5現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)掃描

因整體建筑的造型較不規(guī)則，主體鋼結(jié)構(gòu)加工難度大，精度不容易控制，為保證建筑效果能夠?qū)崿F(xiàn)，需用三維掃描儀對現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)進行掃描分析，判定現(xiàn)場結(jié)構(gòu)是否與理論模型有較大沖突，以便在理論設(shè)計階段進行調(diào)整，具體步驟如圖3所示。

經(jīng)上述分析，現(xiàn)場實際鋼結(jié)構(gòu)整體安裝精度控制較好，偏差大部分在50mm以內(nèi)，且基本都是往內(nèi)側(cè)偏移，在幕墻安裝偏差可接受范圍內(nèi)，不會影響鋁板及鋁板骨架的安裝。

6 立面分格優(yōu)化設(shè)計

立面分格優(yōu)化設(shè)計是異形金屬鋁板幕墻設(shè)計的關(guān)鍵步驟，即結(jié)合目前雙曲金屬面板的加工生產(chǎn)能力，劃分適宜的面板分格，既能保證建筑的整體效果，同時也為項目的可操作性奠定基礎(chǔ)。在本工程中，考慮到雙曲鋁板加工安裝的特殊性，有意識地將主入口曲率較小部位的豎向分格線基本采用平面與鋁板面板的交線，確保鋁板的分格線在同一平面內(nèi)，如圖4所示，如此大大降低了雙曲鋁板的加工難度，幕墻龍骨定位及校核也較為方便可控，而且不影響建筑的整體形態(tài)。

7雙曲鋁板節(jié)點設(shè)計

本工程位于海邊，基本風壓較大，常年有超級臺風經(jīng)過，對幕墻的抗風壓性能要求較高，且鋁板表皮與結(jié)構(gòu)之間的距離和方向不斷變化，同時由于建筑給幕墻預(yù)留的空間距離較小，幕墻構(gòu)件可調(diào)節(jié)范圍有限。為滿足安裝及性能要求，設(shè)計了特殊節(jié)點，如圖5，6所示。該節(jié)點設(shè)計可三維調(diào)節(jié)，隨著曲面面板與主體結(jié)構(gòu)間變化的差異而調(diào)整，角度及距離的充分可調(diào)節(jié)性確保了鋁板安裝層龍骨的安裝精度，且加工、定位方便，給異形金屬面板提供了較好的安裝條件。

面板采用4mm厚鋁單板，開縫形式設(shè)計，鋁板邊緣不折邊，保證了鋁板邊緣的平整度和線條美。鋁板的加強肋采用根據(jù)加強肋布置處的鋁板造型切割而成的鋁板焊接成U形，加強肋與鋁板的連接采用焊接，同時設(shè)置不銹鋼焊釘作為加強。主龍骨采用了截面140mm×80mm×5mm的熱鍍鋅方鋼，采用方鋼的優(yōu)點是拉彎精度易于控制、平面方向角度易于放樣、連接節(jié)點簡單。保溫層采用140mm厚保溫防火巖棉；異形幕墻防水非常關(guān)鍵，尤其是異形開縫金屬幕墻，本工程采用硬防水和軟防水相結(jié)合的方法，采用1.5mm厚熱鍍鋅鋼板，外涂聚脲防水涂料，防水鐵皮穿透及接縫處采用焊接處理，防水效果較好（圖7）。

8構(gòu)件加工設(shè)計

8.1鋼龍骨加工設(shè)計

鋼龍骨的加工精度對幕墻安裝有著至關(guān)重要的作用，同時鋼龍骨吸收了由于主體鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差帶來的影響，因此對于鋼龍骨的加工偏差進行了嚴格控制，對每一根龍骨都進行了編號，在實體模型中進行放樣，同時出廠的鋼材都做100%的1：1檢測（圖8），鋼材在外邊線以內(nèi)都為合格。通過上述控制，大部分鋼材都在內(nèi)邊線以內(nèi)，加工誤差控制在3mm以內(nèi)。

8.2鋁板面板的預(yù)拼裝

為減少安裝中可能存在的問題，我們要求所有鋁板必須在加工廠進行預(yù)拼裝，避免發(fā)生安裝現(xiàn)場由于鋁板加工精度不滿足要求而無法安裝的情況。本工程雖然為雙曲面鋁板，但其邊緣卻是在一個平面上，校核較為方便（圖9）。

9 平面控制網(wǎng)和高程網(wǎng)的建立

平面控制網(wǎng)遵循先整體、后局部，高精度控制低精度，由外而內(nèi)的原則進行，既要考慮到前期的測量需要，又必須考慮到后期的測量需求，同時盡量采用簡易的方法得到測量安裝的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場放線的正確性和精確度與工程安裝質(zhì)量存在重要直接關(guān)系，本工程通過以下四點措施對復(fù)雜的空間定位做了簡化，具體如下：1）首先，建立1：1整體模型，包含所有的主要幕墻構(gòu)件（圖10）；2）在模型里按樓面標高位置切出140mm×80mm×6mm鋼通龍骨的平面布置（圖11）；3）通過延長龍骨的中心線，得出龍骨與平面軸線間的關(guān)系，將空間的定位轉(zhuǎn)化到平面后，定位難度大大降低，只需控制龍骨的兩端位置（圖12）；4）在模型上找出橫龍骨與豎龍骨相交的位置，在鋼龍骨加工時直接做出標記（圖13），安裝連接基座時操作方便，精度可控，安裝完成后，可通過全站儀進行點位校核。

通過上述各項控制措施，本項目取得了較為理想的施工效果（圖14，15）。

10結(jié)語

異形建筑幕墻整體的曲面形態(tài)、較為特殊的立面及空間效果是異形建筑幕墻的主要特色和優(yōu)勢所在。但現(xiàn)有的幕墻構(gòu)件加工生產(chǎn)能力制約了異形幕墻的設(shè)計，只有運用好分格設(shè)計、生產(chǎn)工藝及優(yōu)化安裝條件才能設(shè)計出優(yōu)美的異形幕墻。幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接形式以及幕墻結(jié)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)安全需通過合理的構(gòu)造設(shè)計來滿足各項要求，鑒于異形幕墻的無規(guī)律性，具體工程還需具體設(shè)計，也需要幕墻設(shè)計師在實踐中不斷學(xué)習(xí)和提高。