幾種異型幕墻 的構(gòu)造設(shè)計(jì)

    幕墻作為建筑的外衣，既需要保證結(jié)構(gòu)維護(hù)、保溫隔熱、遮風(fēng)避雨的功能，同時也成為表達(dá)建筑師創(chuàng)意的重要載體，體現(xiàn)城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的風(fēng)景線。而幕墻的功能性和裝飾性這兩大要求正隨著技術(shù)的進(jìn)步和建筑設(shè)計(jì)概念的日新月異不斷地產(chǎn)生著矛盾。建筑設(shè)計(jì)中外立面的多種異型幕墻就讓幕墻設(shè)計(jì)師不得不煞費(fèi)苦心。比較典型的就是建筑立面水平方向的非常規(guī)角度、立面垂直方向的非常規(guī)角度、曲面甚至雙曲面等等造型。本文中，筆者將根據(jù)自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對以上幾種異型幕墻的構(gòu)造設(shè)計(jì)進(jìn)行剖析，并給出供參考的解決方案。

    圖1為一個建筑的局部效果圖，該建筑幕墻采用單元式構(gòu)造。圖中立面尖銳的轉(zhuǎn)角為45°。由于幕墻板塊和主體結(jié)構(gòu)間必須留有一定的結(jié)構(gòu)連接空間，如果采用常規(guī)90°轉(zhuǎn)角的板塊組合設(shè)計(jì)（圖2）就會使得立柱型材寬度非常大，經(jīng)過圖紙放樣，寬度達(dá)到500mm以上。該寬度在當(dāng)前鋁合金型材擠壓設(shè)備條件下很難達(dá)到，并且如此大的寬度將給轉(zhuǎn)接件的設(shè)計(jì)和施工帶來巨大困難。

    對于該轉(zhuǎn)角過小的情況，筆者嘗試了另一種方案(圖3)。設(shè)計(jì)一個轉(zhuǎn)角立柱將相鄰的板塊組合成一個“>”型板塊。

    方案說明：考慮到橫梁和立柱靠自攻螺釘連接，該組合板塊的45°角轉(zhuǎn)角立柱由圖中1和2兩根立柱拼合而成，以保證拼裝預(yù)留空間；考慮到尖角過小，設(shè)計(jì)了圖中7所示的小蓋板，避免玻璃棱角暴露在外，容易損壞；圖中6為中空玻璃，室外容易透過玻璃看到2的表面，因此對2的表面需做噴涂等表面處理，以保證室外視覺效果。

    方案優(yōu)點(diǎn)：解決了轉(zhuǎn)角過小帶來的施工和加工困難。

    方案缺點(diǎn)：由于板塊為“>”型，運(yùn)輸和吊裝將會比普通板塊困難。

    無論角度如何，水平方向轉(zhuǎn)角都是建筑不可避免的，但是立面豎直方向上的立面角度就是純?yōu)轶w現(xiàn)外觀造型的設(shè)計(jì)了。圖4為一個國外已完工幕墻工程的立面造型。該造型酷似參差不齊的魚鱗，為單元式構(gòu)造。該單元構(gòu)造的思路是以樓板作為分界線，將分界線上和分界線下的“魚鱗”分別作為兩個單元板塊，這樣就存在了陰角和陽角兩種單元板塊。圖5為樓板中間的上下板塊縱剖節(jié)點(diǎn)。由于板塊交角為鈍角，即橫梁截面和立柱交角尚不尖銳，且需保證上下橫梁水槽接近水平放置以確保不會積水，所以考慮橫梁仍使用常見的單元式做法。

    對于該角度的處理，使用了圖5中3（鋁合金副框）來作調(diào)整，該副框可以看做橫梁的延伸部分，且由于構(gòu)造簡單，開模方便，并且使得陰角和陽角的主橫梁可以通用，僅需通副框來體現(xiàn)外觀效果，也節(jié)省了成本。

    方案說明：該方案需注意三點(diǎn)，①該方案僅適用于鈍角或不是十分尖銳的角度；②由于副框跟梁有拼縫，所以該處的防水需注意，可加防水板或注膠；③橫梁靠近室內(nèi)的尾部需超出立柱一段距離，此處會在室內(nèi)出現(xiàn)一個接口縫隙，為了不影響室內(nèi)美觀，所以需配合采用圖5中6（鋁合金蓋板）來封口。

    方案優(yōu)點(diǎn)：解決了立面豎直方向角度的問題，簡化了材料，成本較低。

    方案缺點(diǎn)：分段構(gòu)造，施工較繁瑣，拼縫較多，需注意細(xì)節(jié)。

    曲面和雙曲面因其形式多變，造型豐富，近幾年來也被建筑師非常熱衷地使用。國內(nèi)外的單曲及雙曲面幕墻成功的案例不勝枚舉。這一方面取決于現(xiàn)代建筑的造型求新求變，另一方面取決于各種三維設(shè)計(jì)軟件，曲面建模軟件在幕墻設(shè)計(jì)中的推廣，再者就是各種加工器械對異形板材加工能力的提升，以及施工中定位和安裝技術(shù)的大大提高。圖6為2010上海世博會阿聯(lián)酋館的效果圖，該項(xiàng)目屋面和外墻融為一體，為雙曲面造型，材料為進(jìn)口不銹鋼蜂窩板。建筑師的想法是體現(xiàn)阿聯(lián)酋國的地貌特征—沙丘。對于此類項(xiàng)目，利用軟件建模的重要性就顯而易見了，加工圖和后期施工定位都將依賴于模型的準(zhǔn)確度和精細(xì)度。

    圖7為該項(xiàng)目屋面和玻璃幕墻整體定位模型。從該模型上可以看出幕墻設(shè)計(jì)思路。由于雙曲面板材加工有難度，且如此多且復(fù)雜的面板如果都做雙曲面，費(fèi)用極其昂貴，因此考慮用三角形面板擬合，邊長控制在1m左右。在建模過程中，需將三角形面板拼縫中心線作為定位線，得出控制點(diǎn)。該控制點(diǎn)也作為現(xiàn)場施工放線參照點(diǎn)。

    在控制點(diǎn)周圍最多將有6個板塊交匯，由于要求精度高，為確保現(xiàn)場施工誤差在可控制范圍內(nèi)，該交匯處面板的可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)是項(xiàng)目的關(guān)鍵點(diǎn)。圖8為該交匯處使用的圓形托盤實(shí)體模型圖。該托盤采用鋁合金圓形底盤和鋁合金擠出滑槽組成，上部為螺栓組和橡膠墊塊。螺栓組的螺母為特制圓蓋形，上開內(nèi)六角槽。安裝時可先將螺栓反裝卡進(jìn)鋁合金滑槽內(nèi)，面板連接碼對孔后靠螺栓在滑槽內(nèi)滑動以調(diào)整角度，后用內(nèi)六角螺絲刀擰緊。

    對于大面積雙曲面造型，采用平板擬合的方法很容易滿足外觀效果，且便于操作，設(shè)計(jì)、施工和加工精度也可保證，節(jié)省了成本，是目前幕墻設(shè)計(jì)中主要考慮的做法。

    用平面擬合的方法出來的雙曲面實(shí)際上可稱為“假雙曲面”，或者說擬合度不夠精細(xì)。在面積較小的造型中采用，往往會比原建筑效果失真很多，甚至?xí)�破壞建筑設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)，很難滿足建筑師的要求。但是真正的雙曲面造型在工業(yè)設(shè)計(jì)，日常用品，汽車制造中已不足為奇。原因就在于這些行業(yè)中的模具復(fù)雜多變，可以用擠壓，拉伸，沖壓，澆注等多種方法來實(shí)現(xiàn)雙曲造型。同樣，在建筑室外裝飾中，為達(dá)到建筑效果，同樣可以采用類似方法。圖9為某裝飾造型實(shí)體效果圖。該造型為兩組相互對稱并獨(dú)立的柱形結(jié)構(gòu)，高度從20m到9m不等。從效果圖看出每根都是一個扭曲向上的造型。寬度只有1.6m，該設(shè)計(jì)方案如采用平板來擬合將會破壞流線型的效果，并且扭曲角度也不大，故選擇了直接采用立面分格為雙曲面板的方案。

    由于蜂窩鋁板兩側(cè)鋁板較薄，便于開模沖壓，在成型后加六角孔狀夾層，面板彎曲強(qiáng)度較大，撓度可以控制在很小的范圍，故選擇蜂窩鋁板作為飾面板，每塊面板高度1.1m。圖10為單片蜂窩鋁板的模型圖。從圖中可以看出，雖然整個造型呈扭曲的走向，但是每塊面板實(shí)際扭曲程度并不大，沿中心扭轉(zhuǎn)的角度為5°。該角度對于模具的要求不高。另外需要考慮的是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的做法。結(jié)構(gòu)跟面板的配合是施工是否順利的關(guān)鍵。對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用了主次立柱加橫梁連接的鋼龍骨設(shè)計(jì)。該龍骨也需精準(zhǔn)建模，如圖11所示，內(nèi)部龍骨采用了跟隨外觀變化的扭曲設(shè)計(jì)，以確保結(jié)構(gòu)跟面板的配合間隙。



    圖12為橫剖節(jié)點(diǎn)圖，無論在施工圖設(shè)計(jì)過程中，還是模型建立過程中，需要找準(zhǔn)控制截面，并標(biāo)出截面中心線。該中心線作為鋼結(jié)構(gòu)和面板加工控制線，也作為施工現(xiàn)場定位和檢查的依據(jù)。

    以上僅對幾種典型的異形幕墻或外裝飾造型進(jìn)行了方案性分析，篇幅有限，對每個項(xiàng)目詳細(xì)數(shù)據(jù)不便提供。希望能給幕墻設(shè)計(jì)施工者提供參考，并歡迎探討、指正。
    
    文/胡蓓