海南波波利會(huì)所雙曲金屬幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

張海

摘 要 以實(shí)際工程為背景，通過(guò)研究其中的關(guān)鍵技術(shù)，如雙曲金屬幕墻的分格設(shè)計(jì)、防水設(shè)計(jì)和形態(tài)優(yōu)化、構(gòu)件加工工藝控制、測(cè)量放線(xiàn)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(xiàng)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(jì) 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(guān)的大型建筑和異形建筑越來(lái)越多。與此同時(shí)，建筑形態(tài)的復(fù)雜性也對(duì)建筑幕墻的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)提出了更高的要求。

鋁單板幕墻重量輕、強(qiáng)度高，防水、防污、防火、防蝕，加工性能好，維護(hù)費(fèi)用低，使用壽命長(zhǎng)。同時(shí)，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(guān)形體，賦予建筑物高貴典雅的氣質(zhì)。此外，可在工廠(chǎng)預(yù)制成型，使現(xiàn)場(chǎng)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(huì)所項(xiàng)目為例，詳解雙曲金屬鋁板幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)。

2項(xiàng)目概況

海南波波利會(huì)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(lè)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(xiàng)目是從三亞進(jìn)入樂(lè)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(guó)書(shū)法藝術(shù)形態(tài)為基本元素，將書(shū)法時(shí)而剛勁有力、時(shí)而溫潤(rùn)閑雅的風(fēng)格充分融合在建筑形態(tài)的變化中，使其在滿(mǎn)足基本功能以及交通流線(xiàn)的條件下，真正實(shí)現(xiàn)空間的多變性、順暢感和韻律感。平面布局以中國(guó)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(yáng)交感的意象充分融合在建筑平面布局中，在滿(mǎn)足基本功能條件下，使其平面布局以及交通流線(xiàn)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(xiàng)目難點(diǎn)

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

（1）建筑外表形態(tài)變化無(wú)規(guī)則可循，沒(méi)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(dá)到了1.4m，水平方向的彎曲半徑也達(dá)到了4m，金屬面板加工難度已達(dá)到國(guó)內(nèi)雙曲鋁板加工工藝能力的極限。

（2）為保證鋁板面板堅(jiān)挺的外觀(guān)效果，同時(shí)為了防止后期硅酮密封膠對(duì)鋁板面板污染而破壞建筑形象，本工程采用開(kāi)縫式設(shè)計(jì)，橫向縫寬設(shè)置為12mm，豎向縫寬設(shè)置為6mm，同時(shí)鋁板面板不能折邊。作為一個(gè)在海南海邊的項(xiàng)目，基本風(fēng)壓達(dá)到了0.85KN/m2，金屬幕墻的結(jié)構(gòu)安全及防水性能設(shè)計(jì)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(jì)也是本工程的難點(diǎn)之一。

4設(shè)計(jì)思路

異形建筑在給人們帶來(lái)視覺(jué)沖擊享受的同時(shí)，也給建筑施工帶來(lái)了巨大困難，必須突破、創(chuàng)新常規(guī)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)及施工工藝方法，才能把設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)理念真實(shí)地展現(xiàn)出來(lái)。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(wú)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(zhǔn)確表達(dá)異形幕墻的要求。同時(shí)施工測(cè)量放線(xiàn)則是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)且又非常重要的工作，我們?cè)谠摴こ痰氖┕み^(guò)程中，總結(jié)了一整套針對(duì)雙曲異型金屬屋面的設(shè)計(jì)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(dá)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(dú)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(jì)。

設(shè)計(jì)、效果、加工、施工的質(zhì)量均為本項(xiàng)目控制的主要因素。設(shè)計(jì)方案應(yīng)以外形控制為出發(fā)點(diǎn)，考慮指導(dǎo)施工，再?gòu)慕Y(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)、美觀(guān)、科學(xué)、質(zhì)量、安全、定位、進(jìn)度等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。方案除了做到性能一流、結(jié)構(gòu)安全，還應(yīng)達(dá)到容易安裝、施工安全、采購(gòu)方便、生產(chǎn)容易、補(bǔ)修可行等各項(xiàng)要求。

5現(xiàn)場(chǎng)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描分析，判定現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)是否與理論模型有較大沖突，以便在理論設(shè)計(jì)階段進(jìn)行調(diào)整，具體步驟如圖3所示。

經(jīng)上述分析，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際鋼結(jié)構(gòu)整體安裝精度控制較好，偏差大部分在50mm以?xún)?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(huì)影響鋁板及鋁板骨架的安裝。

6 立面分格優(yōu)化設(shè)計(jì)

立面分格優(yōu)化設(shè)計(jì)是異形金屬鋁板幕墻設(shè)計(jì)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(shí)也為項(xiàng)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(shí)地將主入口曲率較小部位的豎向分格線(xiàn)基本采用平面與鋁板面板的交線(xiàn)，確保鋁板的分格線(xiàn)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(diǎn)設(shè)計(jì)

本工程位于海邊，基本風(fēng)壓較大，常年有超級(jí)臺(tái)風(fēng)經(jīng)過(guò)，對(duì)幕墻的抗風(fēng)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(shí)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(mǎn)足安裝及性能要求，設(shè)計(jì)了特殊節(jié)點(diǎn)，如圖5，6所示。該節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)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(kāi)縫形式設(shè)計(jì)，鋁板邊緣不折邊，保證了鋁板邊緣的平整度和線(xiàn)條美。鋁板的加強(qiáng)肋采用根據(jù)加強(qiáng)肋布置處的鋁板造型切割而成的鋁板焊接成U形，加強(qiáng)肋與鋁板的連接采用焊接，同時(shí)設(shè)置不銹鋼焊釘作為加強(qiáng)。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(diǎn)是拉彎精度易于控制、平面方向角度易于放樣、連接節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)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(kāi)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(jì)

8.1鋼龍骨加工設(shè)計(jì)

鋼龍骨的加工精度對(duì)幕墻安裝有著至關(guān)重要的作用，同時(shí)鋼龍骨吸收了由于主體鋼結(jié)構(gòu)安裝偏差帶來(lái)的影響，因此對(duì)于鋼龍骨的加工偏差進(jìn)行了嚴(yán)格控制，對(duì)每一根龍骨都進(jìn)行了編號(hào)，在實(shí)體模型中進(jìn)行放樣，同時(shí)出廠(chǎng)的鋼材都做100%的1：1檢測(cè)（圖8），鋼材在外邊線(xiàn)以?xún)?nèi)都為合格。通過(guò)上述控制，大部分鋼材都在內(nèi)邊線(xiàn)以?xún)?nèi)，加工誤差控制在3mm以?xún)?nèi)。

8.2鋁板面板的預(yù)拼裝

為減少安裝中可能存在的問(wèn)題，我們要求所有鋁板必須在加工廠(chǎng)進(jìn)行預(yù)拼裝，避免發(fā)生安裝現(xiàn)場(chǎng)由于鋁板加工精度不滿(mǎn)足要求而無(wú)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(gè)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(jìn)行，既要考慮到前期的測(cè)量需要，又必須考慮到后期的測(cè)量需求，同時(shí)盡量采用簡(jiǎn)易的方法得到測(cè)量安裝的數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)放線(xiàn)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(guò)以下四點(diǎn)措施對(duì)復(fù)雜的空間定位做了簡(jiǎn)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(biāo)高位置切出140mm×80mm×6mm鋼通龍骨的平面布置（圖11）；3）通過(guò)延長(zhǎng)龍骨的中心線(xiàn)，得出龍骨與平面軸線(xiàn)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(shí)直接做出標(biāo)記（圖13），安裝連接基座時(shí)操作方便，精度可控，安裝完成后，可通過(guò)全站儀進(jìn)行點(diǎn)位校核。

通過(guò)上述各項(xiàng)控制措施，本項(xiàng)目取得了較為理想的施工效果（圖14，15）。

10結(jié)語(yǔ)

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(shì)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(jì)，只有運(yùn)用好分格設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝及優(yōu)化安裝條件才能設(shè)計(jì)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(guò)合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)來(lái)滿(mǎn)足各項(xiàng)要求，鑒于異形幕墻的無(wú)規(guī)律性，具體工程還需具體設(shè)計(jì)，也需要幕墻設(shè)計(jì)師在實(shí)踐中不斷學(xué)習(xí)和提高。