几种异型幕墙的构造设计

2013-04-09 14:05:59 作者: 来源: 【大中小】我要评论（2）

【第一幕墙网】
【摘要】本文列举了非常规角度的幕墙造型、折线拟合曲面及双曲面造型的案例，对几种异形幕墙的外观和构造进行分析，并提出了合理的设计方案。

1. 前言

幕墙作为建筑的外衣，既需要保证结构维护、保温隔热、遮风避雨的功能，同时也成为表达建筑师创意的重要载体，体现城市规划设计的风景线。而幕墙的功能性和装饰性这两大要求正随着技术的进步和建筑设计概念的日新月异不断地产生着矛盾。建筑设计中外立面的多种异型幕墙就让幕墙设计师不得不煞费苦心。比较典型的就是建筑立面水平方向的非常规角度、立面垂直方向的非常规角度、曲面甚至双曲面等等造型。本文中，笔者将根据自己的设计经验对以上几种异型幕墙的构造设计进行剖析，并给出供参考的解决方案。

2. 水平方向非常规角度

图1为一个建筑的局部效果图，该建筑幕墙采用单元式构造。图中立面尖锐的转角为45°。由于幕墙板块和主体结构间必须留有一定的结构连接空间，如果采用常规90°转角的板块组合设计（图2）就会使得立柱型材宽度非常大，经过图纸放样，宽度达到500mm以上。该宽度在当前铝合金型材挤压设备条件下很难达到，并且如此大的宽度将给转接件的设计和施工带来巨大困难。

对于该转角过小的情况，笔者尝试了另一种方案(图3)。设计一个转角立柱将相邻的板块组合成一个“>”型板块。

方案说明：考虑到横梁和立柱靠自攻螺钉连接，该组合板块的45°角转角立柱由图中1和2两根立柱拼合而成，以保证拼装预留空间；考虑到尖角过小，设计了图中7所示的小盖板，避免玻璃棱角暴露在外，容易损坏；图中6为中空玻璃，室外容易透过玻璃看到2的表面，因此对2的表面需做喷涂等表面处理，以保证室外视觉效果。

方案优点：解决了转角过小带来的施工和加工困难。

方案缺点：由于板块为“>”型，运输和吊装将会比普通板块困难。

3. 竖直方向非常规角度

无论角度如何，水平方向转角都是建筑不可避免的，但是立面竖直方向上的立面角度就是纯为体现外观造型的设计了。图4为一个国外已完工幕墙工程的立面造型。该造型酷似参差不齐的鱼鳞，为单元式构造。该单元构造的思路是以楼板作为分界线，将分界线上和分界线下的“鱼鳞”分别作为两个单元板块，这样就存在了阴角和阳角两种单元板块。图5为楼板中间的上下板块纵剖节点。由于板块交角为钝角，即横梁截面和立柱交角尚不尖锐，且需保证上下横梁水槽接近水平放置以确保不会积水，所以考虑横梁仍使用常见的单元式做法。

对于该角度的处理，使用了图5中3（铝合金副框）来作调整，该副框可以看做横梁的延伸部分，且由于构造简单，开模方便，并且使得阴角和阳角的主横梁可以通用，仅需通副框来体现外观效果，也节省了成本。

方案说明：该方案需注意三点，①该方案仅适用于钝角或不是十分尖锐的角度；②由于副框跟梁有拼缝，所以该处的防水需注意，可加防水板或注胶；③横梁靠近室内的尾部需超出立柱一段距离，此处会在室内出现一个接口缝隙，为了不影响室内美观，所以需配合采用图5中6（铝合金盖板）来封口。

方案优点：解决了立面竖直方向角度的问题，简化了材料，成本较低。

方案缺点：分段构造，施工较繁琐，拼缝较多，需注意细节。

4. 平面拟合双曲面

曲面和双曲面因其形式多变，造型丰富，近几年来也被建筑师非常热衷地使用。国内外的单曲及双曲面幕墙成功的案例不胜枚举。这一方面取决于现代建筑的造型求新求变，另一方面取决于各种三维设计软件，曲面建模软件在幕墙设计中的推广，再者就是各种加工器械对异形板材加工能力的提升，以及施工中定位和安装技术的大大提高。图6为2010上海世博会阿联酋馆的效果图，该项目屋面和外墙融为一体，为双曲面造型，材料为进口不锈钢蜂窝板。建筑师的想法是体现阿联酋国的地貌特征—沙丘。对于此类项目，利用软件建模的重要性就显而易见了，加工图和后期施工定位都将依赖于模型的准确度和精细度。

图7为该项目屋面和玻璃幕墙整体定位模型。从该模型上可以看出幕墙设计思路。由于双曲面板材加工有难度，且如此多且复杂的面板如果都做双曲面，费用极其昂贵，因此考虑用三角形面板拟合，边长控制在1m左右。在建模过程中，需将三角形面板拼缝中心线作为定位线，得出控制点。该控制点也作为现场施工放线参照点。

在控制点周围最多将有6个板块交汇，由于要求精度高，为确保现场施工误差在可控制范围内，该交汇处面板的可调节设计是项目的关键点。图8为该交汇处使用的圆形托盘实体模型图。该托盘采用铝合金圆形底盘和铝合金挤出滑槽组成，上部为螺栓组和橡胶垫块。螺栓组的螺母为特制圆盖形，上开内六角槽。安装时可先将螺栓反装卡进铝合金滑槽内，面板连接码对孔后靠螺栓在滑槽内滑动以调整角度，后用内六角螺丝刀拧紧。

对于大面积双曲面造型，采用平板拟合的方法很容易满足外观效果，且便于操作，设计、施工和加工精度也可保证，节省了成本，是目前幕墙设计中主要考虑的做法。

5. 双曲面

用平面拟合的方法出来的双曲面实际上可称为“假双曲面”，或者说拟合度不够精细。在面积较小的造型中采用，往往会比原建筑效果失真很多，甚至会破坏建筑设计的亮点，很难满足建筑师的要求。但是真正的双曲面造型在工业设计，日常用品，汽车制造中已不足为奇。原因就在于这些行业中的模具复杂多变，可以用挤压，拉伸，冲压，浇注等多种方法来实现双曲造型。同样，在建筑室外装饰中，为达到建筑效果，同样可以采用类似方法。图9为某装饰造型实体效果图。该造型为两组相互对称并独立的柱形结构，高度从20m到9m不等。从效果图看出每根都是一个扭曲向上的造型。宽度只有1.6m，该设计方案如采用平板来拟合将会破坏流线型的效果，并且扭曲角度也不大，故选择了直接采用立面分格为双曲面板的方案。

由于蜂窝铝板两侧铝板较薄，便于开模冲压，在成型后加六角孔状夹层，面板弯曲强度较大，挠度可以控制在很小的范围，故选择蜂窝铝板作为饰面板，每块面板高度1.1m。图10为单片蜂窝铝板的模型图。从图中可以看出，虽然整个造型呈扭曲的走向，但是每块面板实际扭曲程度并不大，沿中心扭转的角度为5°。该角度对于模具的要求不高。另外需要考虑的是内部结构的做法。结构跟面板的配合是施工是否顺利的关键。对于内部结构，采用了主次立柱加横梁连接的钢龙骨设计。该龙骨也需精准建模，如图11所示，内部龙骨采用了跟随外观变化的扭曲设计，以确保结构跟面板的配合间隙。