不規(guī)則拼圖單元式鋁單板幕墻設(shè)計與施工

周 健，賈文寶

（1.常熟市建筑管理處/建筑安全監(jiān)督站，江蘇 蘇州 215500；2.常熟市華麗堅裝飾工程有限公司，江蘇 蘇州 215500）

引言

時代不斷進(jìn)步，人們對城市建筑審美能力也在不斷提高。傳統(tǒng)馬賽克、墻磚、石材等建材因長期受日曬雨淋、風(fēng)吹雨打等影響容易脫落，建筑外墻維護(hù)成本高、運行風(fēng)險大。鋁單板幕墻具有重量輕、強(qiáng)度好、殘值高、經(jīng)久耐用、色彩豐富、易于保養(yǎng)等優(yōu)點，市場應(yīng)用越來越多。如圖1，在諸如政務(wù)中心、展覽館等城市地標(biāo)建筑中，鋁單板幕墻上設(shè)計有角度不一、縱橫交錯的線條凹槽，將立面切割成若干不規(guī)則的幾何圖形，隨意鑲嵌的采光玻璃使平面局部凹陷，增加了立體感，加上傾斜外墻、區(qū)域分色等手法，建筑外形錯落有致、色彩豐富、現(xiàn)代化氣息強(qiáng)烈。施工成品要達(dá)到上述設(shè)計效果，必須保證分割線條連續(xù)、通順、平直，幾何圖形棱角分明，因此本工程的難點是含有線條、玻璃等非標(biāo)準(zhǔn)單元板的設(shè)計、制作和安裝。

圖1 不規(guī)則拼圖鋁單板幕墻效果圖

1 主要材料和設(shè)備機(jī)具

龍骨中立柱、橫梁等組成骨架的主要構(gòu)配件均采用熱鍍鋅材料，龍骨與主體結(jié)構(gòu)和單元板之間的連接件采用鋁合金、不銹鋼或熱鍍鋅材料。單元板的基材板采用3.0 mm 厚的3003 系列的優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)度鋁合金板材，鋁合金型材符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋁合金建筑型材》（GB 5237）高精級要求。單元板表面采用先加工后噴涂技術(shù)，顏色按設(shè)計有米黃和銀白兩種。硅酮耐候密封膠、結(jié)構(gòu)膠的性能符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《硅酮建筑密封膠》(GB/T14683）和《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》(GB16776）的要求[1]。

單元板加工機(jī)械主要包括數(shù)控沖?；剞D(zhuǎn)頭壓力機(jī)、折彎機(jī)、氬弧焊機(jī)、打磨機(jī)、全自動靜電噴涂機(jī)、膜厚儀、寬度控制塊等；現(xiàn)場安裝主要機(jī)具包括水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、切割機(jī)、電鉆、電焊機(jī)、手動噴槍、鋁合金導(dǎo)向條等。

2 深化設(shè)計

2.1 設(shè)計思路

如圖2，根據(jù)幕墻立面總體設(shè)計方案和現(xiàn)場實際情況進(jìn)行深化設(shè)計，運用計算機(jī)對幕墻進(jìn)行平面分割，使每個“單元板”平面尺寸相同，對具有拼圖線條、玻璃等的非標(biāo)單元板根據(jù)位置統(tǒng)一編號，如“A2-02-05”表示位于第A2 區(qū)域、高度方向第二排、水平方向第五塊單元板。標(biāo)準(zhǔn)單元板采用統(tǒng)一加工圖，非標(biāo)單元板應(yīng)對組成的各“單元塊”逐一設(shè)計，并以單元板編號為前綴進(jìn)行編號，如“A2-02-05-1A”表示編號為“A2-02-05”單元板的第一個單元塊的加工圖（“1A”中1 表示單元塊序號，A 表示加工圖，B 表示下料圖）。單元板和單元塊的編號貫穿應(yīng)用于設(shè)計、加工、現(xiàn)場安裝等各個階段，盡量將同一單元板的所有單元塊設(shè)計在同一塊基材板上，并保證各單元塊沖孔邊緣與裁剪線距離滿足加工要求[2]。

圖2 立面分割示意

2.2 單元板設(shè)計

單元板平面設(shè)計見圖2，A、B（a、b）為單元格（單元板）設(shè)計邊長，t 為單元板間縫寬。標(biāo)準(zhǔn)單元板加工制作見圖3，下料見圖4，a′、b′為單元板下料尺寸，δ 為板厚度，h 為單元板折邊尺寸。非標(biāo)單元板設(shè)計以圖2的“A2-04-05”單元板為例，單元板平面設(shè)計見圖5，a1、a2、b1、b2為單元塊設(shè)計邊長，α 為拼圖線條與幕墻豎向分格縫的設(shè)計夾角，T、a0、b0為拼圖線條設(shè)計寬度以及水平和垂直分量，幾何關(guān)系為T=a0cosα=b0sinα。拼圖線條安裝見圖6，f 為搭接長度，w 為拼接板寬度，w=T+2f。三角形單元塊的加工制作見圖7，下料見圖8；五邊形單元塊的加工制作見圖9，下料見圖10，幾何關(guān)系如下[3]：

圖3 標(biāo)準(zhǔn)板加工

圖5 單元板平面設(shè)計

圖6 線條拼接

圖8 三角板下料

圖9 五邊形板加工

2.3 孔位和掛耳設(shè)計

根據(jù)幕墻孔位總體設(shè)計方案中直徑、孔距、孔洞完整性等要求，結(jié)合單元塊設(shè)計平面尺寸，采用四舍五入取整的方法，估算出單元塊縱橫方向孔目數(shù)，再反推計算出實際孔距，為保證孔位布置的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，相鄰單元塊設(shè)計孔距差不超過1 mm，累計孔距差不超過3 mm。單元板掛耳設(shè)計間距不大于1 m，且每條邊不少于一個，相鄰兩個單元板掛耳位置應(yīng)錯開。

3 單元板加工制作

單元板加工制作工藝流程為：準(zhǔn)備→沖孔→拆分→折板→拼接→焊接打磨→安裝掛耳→表面處理。準(zhǔn)備：為每個非標(biāo)單元板準(zhǔn)備一個粘貼對應(yīng)編號的存儲框，存放單元板制作所需材料。沖孔：將基材板固定于數(shù)控機(jī)床，輸入加工圖進(jìn)行沖孔，若同一塊基材板上設(shè)計多個單元塊，各單元塊之間打密集小孔形成裁剪線。拆分：將基材板沿裁剪線進(jìn)行拆分并貼好單元塊標(biāo)簽，同一單元板的所有單元塊放置于對應(yīng)編號的同一存儲框內(nèi)。折板：將單元塊基材板放置于折彎機(jī)，調(diào)整位置后依次進(jìn)行折邊。拼接見圖11，先在操作平臺上固定一對直角靠山，各單元塊以“點A”為基點，緊挨靠山依次放置于操作臺，線條中間放置若干寬度控制塊，最后在對角利用另一對靠山壓緊并固定各單元塊。焊接打磨：在單元塊折邊相交部位和拼圖線條搭接部位采用氬弧焊接，修整打磨后撕除各單元塊標(biāo)簽。掛耳安裝：在單元板折邊處鉆孔，通過抽芯鉚釘將掛耳與單元板連接牢固。表面處理：對單元板進(jìn)行脫脂、水洗、酸洗、化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、烘干等處理，利用全自動靜電噴涂機(jī)噴涂氟碳涂料二道。單元板加工制作完成后現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)驗收[4]，拼圖線條部位按表1 進(jìn)行驗收[4]，驗收合格后貼膜保護(hù)并加貼單元板標(biāo)簽及安裝方向示意。

表1 拼圖線條加工允許偏差[4]

圖11 拼接

4 現(xiàn)場施工

鋁單板幕墻現(xiàn)場安裝工藝流程：施工準(zhǔn)備→龍骨安裝→單元板安裝→后處理。

4.1 施工準(zhǔn)備

幕墻施工前，外墻粉刷、保溫等工序已完成并經(jīng)驗收合格，檢查腳手架、吊籃等安裝輔助設(shè)施是否滿足要求。根據(jù)龍骨布置方案進(jìn)行現(xiàn)場放線，檢查主體結(jié)構(gòu)墻面平整度、傾斜角度或垂直度等施工質(zhì)量，復(fù)核門窗洞口、凸出墻面的構(gòu)件等位置，復(fù)核預(yù)埋件位置并查閱拉拔試驗等質(zhì)量控制文件[5]。

4.2 龍骨安裝

先根據(jù)放線位置從底向上將立柱用螺栓固定在預(yù)埋件上，然后逐一將橫梁固定于立柱，安裝過程隨時借助測量儀器校正立柱和橫梁位置，保證安裝垂直度、水平度和直線度，確保立柱和橫梁在同一平面內(nèi)[6]。安裝完成按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)[4]進(jìn)行驗收，按要求對面層受損構(gòu)配件進(jìn)行防腐處理。

4.3 單元板安裝

單元板進(jìn)場后根據(jù)編號有序豎立于墊木上，根據(jù)設(shè)計圖紙自下而上固定單元板，拼圖線條對接處，采用鋁合金條輔助安裝，提高拼圖線條的直線度，按工藝要求固定玻璃并做好防水處理。每塊單元板安裝完成后按表2 進(jìn)行檢查[4]，整體安裝完成后按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)驗收[4]。

表2 相鄰單元板安裝允許偏差[4]

4.4 后處理

撕開保護(hù)膜檢查表面涂層是否完好，發(fā)現(xiàn)有損傷的，輔助美紋紙利用手動噴槍噴射氟碳涂料修補。單元板之間的縫隙填充泡沫，然后在板縫兩側(cè)和拼圖線條等部位黏貼美紋紙，施打硅酮耐候密封膠，待密封膠固化后，用中性清潔劑清洗墻面。

5 結(jié)論

隨著鋁單板幕墻的廣泛應(yīng)用，其加工制作水平和現(xiàn)場安裝技術(shù)不斷成熟，幕墻造型越來越復(fù)雜，如曲面幕墻、立體幕墻，或利用沖孔、上色等辦法在鋁單板上形成“圖畫”，將城市特有的景點、人文、歷史等展現(xiàn)在建筑外墻上。曲面、立體幕墻的關(guān)鍵技術(shù)在于折板，圖畫幕墻的關(guān)鍵技術(shù)在于沖孔，與本文的主要研究方向不同，另行撰寫論文討論。