雙層雙曲面穿孔烤瓷鋁板幕墻設(shè)計與施工研究

林娜 楊新輝 包軍良 吳小平 陳天馳

杭州運河中央公園外立面大量采用白色穿孔鋁板幕墻，為空間雙曲面造型，繞著玻璃幕墻蜿蜒而上，猶如水波形狀，不規(guī)則的多邊形孔洞體現(xiàn)江南窗花的肌理，富有傳統(tǒng)韻味。公園將運河文化意境和中國傳統(tǒng)文化元素完美結(jié)合,成為運河文化新起點、杭州城北新中心以及生態(tài)文明新地標(biāo)。

穿孔鋁板幕墻造型復(fù)雜，穿孔沒有規(guī)律，每個板塊的形狀都不一樣，對設(shè)計和施工都是巨大的挑戰(zhàn)。為了體現(xiàn)表皮的輕盈與簡潔，設(shè)計師認(rèn)真研究了幕墻的施工工藝及用材，大膽構(gòu)思幕墻的系統(tǒng)構(gòu)造，對幕墻龍骨及板塊的安裝方式進(jìn)行創(chuàng)新。建筑師希望達(dá)到的立面效果，通過幕墻得到淋漓盡致的體現(xiàn)。

1.設(shè)計難點

（1）穿孔鋁板幕墻為螺旋空間雙曲面造型，板塊的多邊形孔洞分布毫無規(guī)律，沒有一個標(biāo)準(zhǔn)板塊。

（2）采用雙層鋁板，鋼龍骨隱藏于穿孔鋁板中間。

（3）鋼龍骨為雙曲面不規(guī)則造型，鋼結(jié)構(gòu)加工及安裝難度高。

（4）面板為雙曲面，均為非標(biāo)板，工廠化加工拼裝難度大。

（5）白色鋁板長期暴露在自然環(huán)境中，容易附著灰塵，表面被污染。

2.系統(tǒng)設(shè)計特點

（1）根據(jù)穿孔鋁板幕墻的構(gòu)造特點，研發(fā)出一套特殊的系統(tǒng)，面板采用雙層鋁板單元板塊，并將受力的鋼結(jié)構(gòu)包裹在單元板塊的拼接處，幕墻外觀輕盈簡潔。

（2）對整個幕墻體系進(jìn)行精確三維建模，鋁板曲率、分格及開孔尺寸完全根據(jù)實際尺寸進(jìn)行1∶1 放樣。通過參數(shù)化設(shè)計，形成板塊的理論尺寸數(shù)據(jù)，與現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進(jìn)行比對校核，即可用于鋼結(jié)構(gòu)與鋁板加工。

（3）鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間三維整體建模，采用等截面格構(gòu)式進(jìn)行整體計算分析，鋼構(gòu)架簡潔、輕盈。

（4）鋁板表面采用烤瓷工藝，其自潔性較常規(guī)噴涂面有很大提升，雨水沖刷即可除去表面灰塵。

3.雙層雙曲面穿孔鋁板加工及施工要點

3.1 現(xiàn)場根據(jù)BIM 建模放樣數(shù)據(jù)進(jìn)行受力鋼龍骨的拼裝焊接

鋼龍骨的拼裝焊接流程：（1）地面鋪設(shè)鋼板安裝平臺；（2）間隔一定距離，從上平臺豎直固定一根臨時支撐鋼管，根據(jù)BIM 模型，確定支點位置鋼管高度（鋼架為不規(guī)則曲面造型）；（3）以軸線為分界，水平方向進(jìn)行空間鋼架焊接，組成一個鋼架單元；（4）切斷臨時支撐管，將組裝成型的鋼架豎向放置，吊裝到預(yù)定高度，由玻璃幕墻的鋼結(jié)構(gòu)橫向挑出支撐結(jié)構(gòu)，將懸空的鋼架固定在指定區(qū)域。

3.2 采用BIM 優(yōu)化

采用三維掃描儀對現(xiàn)場安裝好的龍骨進(jìn)行空間點位掃描，獲取具體點位數(shù)據(jù)，輸入BIM 模型進(jìn)行校核調(diào)整后。鋁板加工廠家可根據(jù)精準(zhǔn)的三維模型進(jìn)行穿孔鋁板的加工，確保單元板塊的加工尺寸與現(xiàn)場實際放樣尺寸相吻合，大大減少加工誤差，提高安裝精度。

圖1 實景照片

圖2 穿孔鋁板與鋼龍骨裝配三維圖

圖3 穿孔鋁板現(xiàn)場安裝圖

圖4 穿孔鋁板幕墻BIM 建模

圖5 曲面鋼結(jié)構(gòu)拼裝圖

3.3 鋁板表面烤瓷處理

烤瓷鋁板表層是由純無機樹脂和無機顏料形成的涂膜，高溫加熱后形成化學(xué)穩(wěn)定性很強的涂層。其特點有：

（1）表面光滑、高硬度、高耐磨，涂層的表面硬度達(dá)到6H 以上。

（2）耐高溫，300℃不會變色或受損，耐久性≥25 年。

（3）抗污性能好，不易粘附大氣中的污染物質(zhì)，具有自潔性。

（4）涂膜顏色種類多，可滿足不同效果需求。

烤瓷鋁板生產(chǎn)工藝：開卷→精剪→切角→折彎→燒焊→裝配→拋光打磨→清洗→噴砂→噴烤瓷漆→固化→包裝→出廠。

3.4 現(xiàn)場安裝

完成以上加工，成型單元板塊運至現(xiàn)場前，相應(yīng)位置鋼龍骨已經(jīng)焊裝完畢，成品板塊在現(xiàn)場只需吊裝后，通過緊固件與鋼龍骨固定即可完成安裝，安裝過程十分便捷，現(xiàn)場沒有一個單元板塊因加工誤差而安裝不上，板塊利用率極高。

4.結(jié)語

運河大劇院項目，將烤瓷穿孔鋁板的運用提升到一個新的高度。使用新制作工藝和新的系統(tǒng)設(shè)計理念，鋁板幕墻不再局限于傳統(tǒng)的使用方式，而是可以有更大的發(fā)展空間。本文以運河大劇院項目的鋁板幕墻設(shè)計和施工過程中得出的經(jīng)驗為依據(jù)，將該項目雙層穿孔鋁板的特殊做法進(jìn)行了總結(jié)和歸納，以期給同行帶來幫助。