李偉

摘 ? ?要：本文針對(duì)某劇院幕墻的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了解析和說(shuō)明，詳述了雙曲鋁板幕墻和雙曲玻璃幕墻的設(shè)計(jì)流程及注意事項(xiàng)，供同行在今后的設(shè)計(jì)中參考。

關(guān)鍵詞：雙曲鋁板幕墻;雙曲玻璃幕墻

1 ?引言

若干年前受限于二維圖紙的表達(dá)，建筑的形體偏簡(jiǎn)單平面化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，設(shè)計(jì)師對(duì)負(fù)高斯曲面的表達(dá)越來(lái)越流暢，建筑的造型也就越來(lái)越復(fù)雜了。

某劇院項(xiàng)目位于青島市黃島區(qū)，建筑設(shè)計(jì)靈感源于海螺，采用橫向貝殼帶狀紋路，是典型的雙曲幕墻。外立面由三角形白色鋁板和平行四邊形橙色夾膠玻璃構(gòu)成。夜晚在燈光映襯下，更富韻味。

本項(xiàng)目總建筑面積2.4萬(wàn)平方米，設(shè)2000座觀眾席，臨海而立，業(yè)已成為青島新地標(biāo)。工程效果圖見(jiàn)圖1。

本工程的幕墻系統(tǒng)主要分為以下幾個(gè)類(lèi)型：

FS-01-大面雙曲3mm白色鋁板幕墻。

FS-02-大面雙曲橙色中空夾膠玻璃幕墻。

FS-03-入口中空夾膠玻璃幕墻。

FS-04-金屬屋面及采光天窗

這些幕墻體系中，尤其以FS-01大面雙曲鋁板幕墻及FS-02大面雙曲玻璃幕墻有特色，設(shè)計(jì)難度較高。

2 ?雙曲鋁板幕墻

土建主體結(jié)構(gòu)在前場(chǎng)區(qū)（靠近主入口側(cè)）為鋼結(jié)構(gòu)，后場(chǎng)區(qū)為混凝土結(jié)構(gòu)。下面以前場(chǎng)區(qū)為例詳述整體的設(shè)計(jì)思路。

2.1 ?構(gòu)造層次的處理

鋁板幕墻的構(gòu)造自外向內(nèi)分別為：3mm白色鋁板、1.5mm鍍鋅鋼板防水層、100mm憎水巖棉（100kg/m3）、鍍鋅鋼板、玻璃絲棉、無(wú)紡布、穿孔內(nèi)飾面鋁單板。荷載的傳遞路徑依次為鋁板→鋁板邊肋→75[×]50[×]6鋼板折彎轉(zhuǎn)接件→L75[×]50[×]8角鋼掛座→8#普通槽鋼橫梁→150[×]100[×]6mm鋼方通立柱→能夠調(diào)節(jié)角度與長(zhǎng)度的連接件→主結(jié)構(gòu)。

由圖2節(jié)點(diǎn)可見(jiàn)，鋁板幕墻構(gòu)造層次可以分為三層。主龍骨、安裝在其上的鍍鋅鋼板和巖棉為第一層，三者實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的完整性，初步完成了防水、保溫、隔聲的功能。面板、連接件、橫梁等為第二層，依附在主龍骨之上，既裝飾了建筑外立面，又有效的補(bǔ)充了防水的功能。玻璃絲棉和穿孔板等為第三層，依附在主龍骨上，起到吸音隔聲的作用，同時(shí)完善了內(nèi)飾面的效果。

2.2 ?雙道密封的說(shuō)明

鋁板幕墻的接縫采用了雙道密封。鋁板安裝完成后，在鋁板接縫位置打膠形成第一道密封，鍍鋅鋼板與龍骨之間打膠形成第二道密封。

第一道密封的意義還在于避免了風(fēng)荷載的傳遞。外側(cè)鋁板為開(kāi)縫設(shè)計(jì)時(shí)等效于開(kāi)孔系統(tǒng)，縫隙的開(kāi)孔率約為4%。按上海市地方規(guī)范（注1）外側(cè)為開(kāi)孔板時(shí)，內(nèi)側(cè)防水板承擔(dān)的風(fēng)荷載占比為90%。按歐洲風(fēng)荷載規(guī)范（注2）側(cè)為開(kāi)孔板時(shí)，內(nèi)側(cè)防水板承擔(dān)的風(fēng)荷載占比為100%。但很多設(shè)計(jì)方往往忽視開(kāi)縫系統(tǒng)中防水板承擔(dān)的巨大風(fēng)荷載，采用較薄的防水板與較弱的固定方式，使得內(nèi)側(cè)防水板發(fā)生強(qiáng)度破壞，造成防水層的失效。

采用雙道密封，內(nèi)側(cè)防水板僅承擔(dān)風(fēng)荷載的內(nèi)壓，所受風(fēng)荷載相比外側(cè)板開(kāi)縫的情況減少約82%～90%。

需要強(qiáng)調(diào)的，對(duì)鋁板做打膠閉縫的處理阻斷縫隙也是出于減少建筑漏聲的考慮。如鋁板間縫隙未有效閉合，整體幕墻就無(wú)法滿足本項(xiàng)目高達(dá)40dB的聲學(xué)隔聲要求。

經(jīng)過(guò)閉縫處理后，幕墻系統(tǒng)的最大非連續(xù)噪聲隔聲達(dá)到了40dB，最大雨淋噪聲隔聲達(dá)到了45dB，給室內(nèi)人員提供了極佳的聲學(xué)體驗(yàn)。

2.3 ?主龍骨與主鋼結(jié)構(gòu)的連接

前場(chǎng)區(qū)的主鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述為在豎向鋼柱上伸出環(huán)向鋼梁。幕墻的主龍骨需要與固定在主鋼結(jié)構(gòu)上。因加工復(fù)雜、施工定位困難、焊接變形等因素的影響，主鋼結(jié)構(gòu)的整體偏差較大。本項(xiàng)目主鋼結(jié)構(gòu)的變形達(dá)到了正負(fù)30mm。

基于此，本項(xiàng)目中幕墻主龍骨與主結(jié)構(gòu)的連接方式必須考慮現(xiàn)場(chǎng)誤差的影響。

幕墻主龍骨下口采用可調(diào)節(jié)式連接組件固定在主鋼結(jié)構(gòu)上。幕墻主龍骨上口用連接耳板組件固定在主鋼結(jié)構(gòu)上。

連接件一為?95[×]4鍍鋅圓鋼管，連接件二為[Φ]83[×]5鍍鋅圓鋼管，連接件二插入連接件一中形成套管連接。連接件一前端與幕墻主龍骨焊接固定，連接件二后端與主結(jié)構(gòu)焊接固定。連接件二的壁厚略大，這是為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)桿件的等強(qiáng)連接。主龍骨完成定位后，采用搭接角焊縫完成連接組件的連接。連接件二與連接件一的搭接長(zhǎng)度按規(guī)范（注3）不得小于5倍的管厚之和，為45mm，考慮到主鋼結(jié)構(gòu)的誤差，實(shí)際搭接長(zhǎng)度為80mm。

連接件3為138[×]88[×]6mm的焊接鋼方通，插入主龍骨中。連接耳板下部為兩塊10mm鋼板，焊接在連接件3上。連接耳板上部為一塊12mm鋼板，焊接在主鋼結(jié)構(gòu)上。三塊鋼板間通過(guò)一根[Φ]20銷(xiāo)軸連接固定。連接件3與幕墻主龍骨的搭接長(zhǎng)度按規(guī)范為90mm。

主龍骨樣板完成后，業(yè)主認(rèn)為耳板外露時(shí)不美觀。我們又在耳板外側(cè)焊接了裝飾性U型套管，開(kāi)口朝外側(cè)。該套管的外觀尺寸與主龍骨一致，不受力，僅起美觀節(jié)點(diǎn)的效果。

2.4 ?面板與邊肋的連接

鋁板通過(guò)電栓釘與鋼邊肋相連。施工中電栓釘脫落的現(xiàn)象頻發(fā)。經(jīng)過(guò)分析原因有二：一為鋼龍骨邊肋的精度過(guò)低，與面板的貼合度不高，導(dǎo)致電栓釘?shù)穆菝睌Q緊時(shí)出現(xiàn)了安裝應(yīng)力：二為因電流強(qiáng)度不夠、焊接工藝不規(guī)范、鋁板及電栓釘?shù)谋砻媲鍧嵍炔蛔愕纫蛩貙?dǎo)致電栓釘與面板的結(jié)合強(qiáng)度過(guò)低。

采用以下方式調(diào)整：提高邊肋的加工精度;明確電流強(qiáng)度、規(guī)范焊接工藝、提高清潔措施，確保連接強(qiáng)度大于電栓釘本身的強(qiáng)度。調(diào)整后，電栓釘脫落的現(xiàn)象就很少了。

此種做法的優(yōu)勢(shì)在于：將邊肋及中肋焊接為一個(gè)整體鋼框，將鋁板蒙皮到鋼框上，只要鋼框的平整度高，鋁板幕墻的主要弊端-板面不平整就能得到有效改善。

需強(qiáng)調(diào)的是，鋼框靠近鋁板的一邊要開(kāi)平面內(nèi)的長(zhǎng)圓孔，使得鋁板與鋼框之間可以發(fā)生相對(duì)水平位移。防止在溫度作用下，鋁板產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

2.5 ?邊肋與橫梁的連接

每塊鋁板左右有兩條邊肋，各有兩個(gè)固定掛件。上部?jī)蓚€(gè)掛件承重，四個(gè)掛件共同抗風(fēng)。掛座與槽鋼間用螺栓連接。

3 ?雙曲玻璃幕墻

雙曲玻璃與雙曲鋁板參差布置，在兩者交界處共用主龍骨，其龍骨固定的形式與鋁板幕墻主龍骨相同。

3.1 ?玻璃形式

玻璃采用橙色中空夾膠鋼化LOW-E玻璃，采用平行四邊形單曲面擬合雙曲面，既降低成本，同時(shí)效果上也能滿足建筑師的要求。

擬合是按照最接近原則來(lái)做的。取多個(gè)單曲面，分別測(cè)量每個(gè)單曲面的四個(gè)角點(diǎn)與原始曲面的四個(gè)角點(diǎn)的距離之和，這些單曲面中距離之和最小的也就是與原始曲面最為接近的單曲面。

擬合后曲面需要沿著玻璃的長(zhǎng)對(duì)角線起拱，最大的弧長(zhǎng)將近6.5m。如此大弧長(zhǎng)的建筑玻璃在當(dāng)時(shí)是沒(méi)有的。市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)建筑玻璃的弧長(zhǎng)均在3m以內(nèi)，最大的彎鋼設(shè)備也只能生產(chǎn)4.3m弧長(zhǎng)的玻璃，超過(guò)4.3m弧長(zhǎng)的玻璃只能通過(guò)熱彎成型。但，熱彎玻璃缺陷較為明顯，其強(qiáng)度較低為鋼化玻璃的1/3，而且熱彎玻璃尚無(wú)成熟的離線鍍膜玻璃應(yīng)用。

我們聯(lián)系到洛陽(yáng)北方玻璃廠，北玻同意生產(chǎn)新的彎鋼設(shè)備。我們又將玻璃配置修改為T(mén)P8+0.76高強(qiáng)PVB+0.76橙色PVB+TP8LOW-E +12A+TP8。借由高強(qiáng)PVB膠片解決彎鋼玻璃變形大、吻合度差的問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了超大弧長(zhǎng)玻璃的生產(chǎn)。

3.2 ?玻璃與龍骨的連接形式

玻璃與龍骨的連接采用了點(diǎn)式連接。傳統(tǒng)的點(diǎn)式玻璃幕墻采用的駁接爪上四個(gè)連接點(diǎn)之間的距離不能調(diào)整。因此，玻璃必須根據(jù)駁接件的規(guī)格確定開(kāi)孔位置。若采用傳統(tǒng)駁接爪，則玻璃開(kāi)孔精度要求較高。

但因本項(xiàng)目為雙曲建筑，鋼龍骨加工存在誤差，定位又存在誤差，焊接固定又存在誤差，種種誤差的累積帶來(lái)一個(gè)后果--焊好駁接座后發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的玻璃孔位間的距離與駁接爪間的距離不相稱(chēng)。這時(shí)只能強(qiáng)力扭轉(zhuǎn)駁接頭，使玻璃不可預(yù)控的帶應(yīng)力安裝，極大的增加了玻璃自爆率。

對(duì)此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型的駁接爪，其優(yōu)勢(shì)在于：駁接爪與駁接座間可以相對(duì)旋轉(zhuǎn);駁接爪的長(zhǎng)度可調(diào)。

駁接座上和駁接爪上均設(shè)置鋸齒面，鋸齒面上又有沿駁接座徑向的多個(gè)鋸齒;兩個(gè)鋸齒面抵接配合。用螺釘將駁接爪固定在駁接座上。鋸齒面相互鎖死的優(yōu)勢(shì)在于，駁接爪僅一側(cè)安裝固定玻璃時(shí)，玻璃重力產(chǎn)生的彎矩不會(huì)使得駁接爪相對(duì)駁接座發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

駁接爪由固定端、懸臂端和鎖緊螺母構(gòu)成。固定端設(shè)有外螺紋。懸挑端插入固定端。鎖緊螺母設(shè)有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋的孔徑從自內(nèi)向外逐漸變小。通過(guò)調(diào)節(jié)懸臂端插入固定端的距離就可以調(diào)節(jié)駁接爪的長(zhǎng)度，最后旋緊鎖緊螺母完成固定端與懸臂端的固定。

可調(diào)長(zhǎng)度的駁接爪能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)誤差，玻璃開(kāi)孔精度要求大大降低。玻璃板塊的安裝工作更為方便，且玻璃可以實(shí)現(xiàn)無(wú)應(yīng)力安裝。

4 ?結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目由珠海市晶藝玻璃工程有限公司設(shè)計(jì)，由中建二局裝飾工程有限有限公司施工。項(xiàng)目完成度較高，得到了業(yè)主和建筑師的一致認(rèn)可。2018年被評(píng)為中國(guó)建筑裝飾獎(jiǎng)。