淺談異形幕墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

岳亮　張亞彬

摘 要：文章分析了異形幕墻的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，有針對(duì)性的介紹了異形幕墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)方案比選、材料的選擇和加工、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造提出見解，供同業(yè)者參考。

關(guān)鍵詞：異形幕墻；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；方案比選

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展和社會(huì)審美的變遷，越來越多的新建建筑采用各種標(biāo)新立異的外觀設(shè)計(jì)。幕墻由于其對(duì)優(yōu)秀的抗變形性能和外觀表現(xiàn)力，被廣泛地應(yīng)用在這些高端建筑物乃至地標(biāo)級(jí)建筑物上。因此，異形幕墻越來越受得建筑行業(yè)的重視。筆者就多年來從事異形幕墻設(shè)計(jì)工作中遇到的經(jīng)驗(yàn)做以總結(jié)，交流分享。

1 異形幕墻的概念

由于幕墻主要由型材和板材決定其最終外觀，而型材和板材通常都是平直材料，因此幕墻更容易制作成平直外觀，或者折線形外觀，許多建筑由于體量龐大，雖然外觀呈曲面形狀，但進(jìn)行細(xì)部節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，其大尺寸的半徑完全可以用折線來近似表達(dá)，最終將曲線轉(zhuǎn)化成折線，例如迪拜的海灣之門，其技術(shù)要點(diǎn)可以完全參照折線形幕墻，因此不在本文討論之列。

對(duì)于曲面半徑較小，用折線近似的方法無法滿足外觀和使用要求的異形幕墻，我們可以將其分為三類，水平曲面幕墻，豎直曲面幕墻，雙向曲面幕墻。由于幕墻多數(shù)以豎框?yàn)橹饕芰U件，豎直曲面幕墻在受力分析和設(shè)計(jì)加工方面都較水平曲面幕墻更困難。雙向曲面幕墻由于板材延展性和節(jié)點(diǎn)復(fù)雜度等因素，設(shè)計(jì)加工難度較前兩者呈幾何級(jí)數(shù)增加。

圖為德國(guó)法蘭克福航空鐵路中心（ACFK）工程的雙向曲面幕墻，水平曲線最小半徑<30米，豎向曲線最小半徑<7米。單元幕墻，夾層中空玻璃，雙曲鋁板中間開排水洞口。雙向曲面部分設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)歷時(shí)近三年。

2 異形幕墻的方案比選

框架幕墻由于便于現(xiàn)場(chǎng)加工配做，精度要求低，現(xiàn)場(chǎng)施膠，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)量小，成本較低，在低端工程和小面積異形幕墻中有廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工人要求高，車間化程度低，質(zhì)量不易保證。

單元幕墻則相反，高度車間化生產(chǎn)，節(jié)點(diǎn)復(fù)雜，外觀和功能質(zhì)量均好于框架幕墻，但設(shè)計(jì)難度大，是目前高端幕墻的一個(gè)重要研究方向。德國(guó)法蘭克福航空鐵路中心工程就是其中的代表。

3 異形幕墻的材料選擇和加工

異形幕墻的邊框主要有鋼型材和鋁型材。前者的優(yōu)點(diǎn)是拉彎加工中截面變形率小，成品率高，成本較低；后者則輕巧美觀，對(duì)承重節(jié)點(diǎn)要求較低。這是要提出的是，無論使用哪種型材，必須先拉彎后做表面處理，否則變形產(chǎn)生的涂層裂紋將大大降低型材的耐侵蝕性。穿條斷鋁型材需先合模后接彎，斷熱條需具有良好的塑性，大多數(shù)國(guó)產(chǎn)斷熱條無法勝任，泰諾風(fēng)的斷熱條由于通過工藝處理使相當(dāng)部分碳纖維沿長(zhǎng)向分布，在拉彎加工中表現(xiàn)較好。

玻璃由于其工藝特點(diǎn)，在幕墻企業(yè)中大多采取訂制采購(gòu)，所以常成為異形幕墻的技術(shù)瓶頸，需要與玻璃廠商加強(qiáng)合作。一般而言，異形玻璃的加工難度由低到高分別分單片玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、夾層+中空玻璃。夾層玻璃加工成弧形時(shí)，半徑越小，其膠片最小厚度越大。彎弧鋼化玻璃比平板鋼化玻璃更易發(fā)生自爆，所以通常用均質(zhì)半鋼化玻璃或夾層玻璃代替。

板材對(duì)異形幕墻的最終外觀影響極大。通常根據(jù)半徑選擇合適硬度的鋁單板牌號(hào)。板材下料需充分考慮板材的延展性，必要時(shí)須對(duì)板逐一進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模放樣。由于先折彎后噴涂的工藝順序，導(dǎo)致加強(qiáng)筋不能采用膠粘連接方式，通常以栽釘機(jī)械連接，為保證外飾面效果，栽釘電壓電流必須經(jīng)試驗(yàn)確認(rèn)。幕墻表面的眩光會(huì)使曲面的不連貫性更明顯，所以噴涂亞光表面效果優(yōu)于鏡光表面，宜優(yōu)先選用。不銹鋼板宜沿曲線方向拉絲。

4 異形幕墻的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

異形建筑不只對(duì)幕墻提出了較高的要求，建筑主體結(jié)構(gòu)施工的誤差往往也較大，因此，幕墻節(jié)點(diǎn)必須具備更大的調(diào)整范圍來適應(yīng)自身和結(jié)構(gòu)的誤差。這意味著更大尺寸的轉(zhuǎn)接件，更長(zhǎng)的頂栓，更長(zhǎng)的膠條企口，更大的膠縫寬度。

異形幕墻必須加強(qiáng)力學(xué)驗(yàn)算和三性實(shí)驗(yàn)，以保證其安全和功能質(zhì)量。對(duì)于復(fù)雜的異形幕墻，增加一道密封線是一個(gè)好的選擇。對(duì)于豎向曲面和雙向曲面幕墻，其上下橫框的型材開模設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮節(jié)點(diǎn)防水，通過型材設(shè)計(jì)使水平膠縫保持水平甚至略向外傾斜，可以有效的改善水密性。

板材的安裝宜使用長(zhǎng)條孔，兩對(duì)邊宜一邊固定一邊自由，以吸收板材溫度變形。幕墻與結(jié)構(gòu)之間的封堵板材宜采用自由搭接。

由于豎向曲線使得單元的重心偏移，單元起吊過程中，與單元就位后的姿態(tài)會(huì)有一定的夾角，因此需考慮增加一個(gè)水平牽引索的系點(diǎn)，以幫助單元安裝就位。單元就位后水平節(jié)點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生水平分力，并逐層傳遞，因此最底跨豎框必須充分考慮該水平力作用。

豎向曲線還會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)接件難以實(shí)現(xiàn)3D調(diào)整，有一個(gè)簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)辦法是將Z向調(diào)整變成沿豎框切向調(diào)整，再增加Y向調(diào)整范圍來抵消切向調(diào)整在Y向上的分量。

異形幕墻目前在技術(shù)上仍有很大的研發(fā)空間，良品率、產(chǎn)能、成本等都有待改善，隨著技術(shù)的發(fā)展，異形幕墻必然逐漸走向成熟，在未來的高端建筑中大放異彩！