海南波波利会所双曲金属幕墙构造设计与施工关键技术

张海

摘 要 以实际工程为背景，通过研究其中的关键技术，如双曲金属幕墙的分格设计、防水设计和形态优化、构件加工工艺控制、测量放线方法、构件安装精度控制、三维扫描在判定主体结构与幕墙相互关系中的应用等，为后续项目提供相关的技术参考。

关键词 双曲金属幕墙 分格形态优化 防水设计 构件加工控制

1异形建筑与幕墙技术

随着建筑业的飞速发展，建筑技术水平在不断提高，技术含量高、造型复杂、漂亮美观的大型建筑和异形建筑越来越多。与此同时，建筑形态的复杂性也对建筑幕墙的设计和施工技术提出了更高的要求。

铝单板幕墙重量轻、强度高，防水、防污、防火、防蚀，加工性能好，维护费用低，使用寿命长。同时，可加工成弧形及异形，且可与玻璃幕墙等组合成不同的外观形体，赋予建筑物高贵典雅的气质。此外，可在工厂预制成型，使现场安装施工方便快捷，可回收再利用，较环保。因此，铝板金属幕墙已经成为异形外表皮的第一选择。本文主要以海南波波利会所项目为例，详解双曲金属铝板幕墙构造设计与施工关键技术。

2项目概况

海南波波利会所建筑所属规划区域东接三亚市，南临大海、西接龙腾湾、北望九所新区，而建筑用地南北西侧皆为别墅区，东侧为商业建筑，该区域是乐东滨海特别旅游规划区中唯一背山面海的湾区。本项目是从三亚进入乐东的桥头堡，处于大三亚黄金度假圈的西翼。

建筑形态以具有悠久历史文化传承的中国书法艺术形态为基本元素，将书法时而刚劲有力、时而温润闲雅的风格充分融合在建筑形态的变化中，使其在满足基本功能以及交通流线的条件下，真正实现空间的多变性、顺畅感和韵律感。平面布局以中国另一具有悠久历史的太极八卦形态为基本元素，将太极八卦的彼此融合渗透、阴阳交感的意象充分融合在建筑平面布局中，在满足基本功能条件下，使其平面布局以及交通流线更为顺畅合理，与建筑空间形态更好地交融、配合（图1，2）。

3项目难点

业主及建筑师对本工程的品质要求较高，希望将该工程打造为整个片区开发的精品项目展示。本工程造型独特，设计、构件加工及施工安装难度较大，主要有以下三点技术难点和挑战。

（1）建筑外表形态变化无规则可循，没有一块形态相同的外饰铝板，尤其是出入口上方的金属面板，竖直方向的最小弯曲半径达到了1.4m，水平方向的弯曲半径也达到了4m，金属面板加工难度已达到国内双曲铝板加工工艺能力的极限。

（2）为保证铝板面板坚挺的外观效果，同时为了防止后期硅酮密封胶对铝板面板污染而破坏建筑形象，本工程采用开缝式设计，横向缝宽设置为12mm，竖向缝宽设置为6mm，同时铝板面板不能折边。作为一个在海南海边的项目，基本风压达到了0.85KN/m2，金属幕墙的结构安全及防水性能设计均面临较大的挑战。

（3）本工程在外层金属表皮上切出了许多形状奇特的窗洞，有的窗洞甚至在跨层区域，金属幕墙及窗洞玻璃幕墙的龙骨布置、定位及窗洞边缘的防水设计也是本工程的难点之一。

4设计思路

异形建筑在给人们带来视觉冲击享受的同时，也给建筑施工带来了巨大困难，必须突破、创新常规设计节点及施工工艺方法，才能把设计师的设计理念真实地展现出来。本工程幕墙与金属屋面部分几乎全部是双曲面，而且曲面并无规律。以往常规的图纸表述方式——平面图、立面图、剖面图已不能准确表达异形幕墙的要求。同时施工测量放线则是一项专业性较强且又非常重要的工作，我们在该工程的施工过程中，总结了一整套针对双曲异型金属屋面的设计施工技术。

本工程建筑端部采用了异形百叶及双曲铝单板幕墙系统，主入口位置采用了通透性好、效果震撼的全玻幕墙系统，最高处高度达到11m，宽度为1.5m，中间部位还设置了悬挑2m的玻璃雨篷，顶底部收口位置采用异形铝单板幕墙系统，屋面设置了外形独特的采光顶天窗。外幕墙由大量双曲面铝合金板及玻璃幕墙组成，地面以下采用了石材幕墙作为接地设计。

设计、效果、加工、施工的质量均为本项目控制的主要因素。设计方案应以外形控制为出发点，考虑指导施工，再从结构、经济、美观、科学、质量、安全、定位、进度等方面进行优化设计。方案除了做到性能一流、结构安全，还应达到容易安装、施工安全、采购方便、生产容易、补修可行等各项要求。

5现场钢结构扫描

因整体建筑的造型较不规则，主体钢结构加工难度大，精度不容易控制，为保证建筑效果能够实现，需用三维扫描仪对现场钢结构进行扫描分析，判定现场结构是否与理论模型有较大冲突，以便在理论设计阶段进行调整，具体步骤如图3所示。

经上述分析，现场实际钢结构整体安装精度控制较好，偏差大部分在50mm以内，且基本都是往内侧偏移，在幕墙安装偏差可接受范围内，不会影响铝板及铝板骨架的安装。

6 立面分格优化设计

立面分格优化设计是异形金属铝板幕墙设计的关键步骤，即结合目前双曲金属面板的加工生产能力，划分适宜的面板分格，既能保证建筑的整体效果，同时也为项目的可操作性奠定基础。在本工程中，考虑到双曲铝板加工安装的特殊性，有意识地将主入口曲率较小部位的竖向分格线基本采用平面与铝板面板的交线，确保铝板的分格线在同一平面内，如图4所示，如此大大降低了双曲铝板的加工难度，幕墙龙骨定位及校核也较为方便可控，而且不影响建筑的整体形态。

7双曲铝板节点设计

本工程位于海边，基本风压较大，常年有超级台风经过，对幕墙的抗风压性能要求较高，且铝板表皮与结构之间的距离和方向不断变化，同时由于建筑给幕墙预留的空间距离较小，幕墙构件可调节范围有限。为满足安装及性能要求，设计了特殊节点，如图5，6所示。该节点设计可三维调节，随着曲面面板与主体结构间变化的差异而调整，角度及距离的充分可调节性确保了铝板安装层龙骨的安装精度，且加工、定位方便，给异形金属面板提供了较好的安装条件。

面板采用4mm厚铝单板，开缝形式设计，铝板边缘不折边，保证了铝板边缘的平整度和线条美。铝板的加强肋采用根据加强肋布置处的铝板造型切割而成的铝板焊接成U形，加强肋与铝板的连接采用焊接，同时设置不锈钢焊钉作为加强。主龙骨采用了截面140mm×80mm×5mm的热镀锌方钢，采用方钢的优点是拉弯精度易于控制、平面方向角度易于放样、连接节点简单。保温层采用140mm厚保温防火岩棉；异形幕墙防水非常关键，尤其是异形开缝金属幕墙，本工程采用硬防水和软防水相结合的方法，采用1.5mm厚热镀锌钢板，外涂聚脲防水涂料，防水铁皮穿透及接缝处采用焊接处理，防水效果较好（图7）。

8构件加工设计

8.1钢龙骨加工设计

钢龙骨的加工精度对幕墙安装有着至关重要的作用，同时钢龙骨吸收了由于主体钢结构安装偏差带来的影响，因此对于钢龙骨的加工偏差进行了严格控制，对每一根龙骨都进行了编号，在实体模型中进行放样，同时出厂的钢材都做100%的1：1检测（图8），钢材在外边线以内都为合格。通过上述控制，大部分钢材都在内边线以内，加工误差控制在3mm以内。

8.2铝板面板的预拼装

为减少安装中可能存在的问题，我们要求所有铝板必须在加工厂进行预拼装，避免发生安装现场由于铝板加工精度不满足要求而无法安装的情况。本工程虽然为双曲面铝板，但其边缘却是在一个平面上，校核较为方便（图9）。

9 平面控制网和高程网的建立

平面控制网遵循先整体、后局部，高精度控制低精度，由外而内的原则进行，既要考虑到前期的测量需要，又必须考虑到后期的测量需求，同时尽量采用简易的方法得到测量安装的数据，现场放线的正确性和精确度与工程安装质量存在重要直接关系，本工程通过以下四点措施对复杂的空间定位做了简化，具体如下：1）首先，建立1：1整体模型，包含所有的主要幕墙构件（图10）；2）在模型里按楼面标高位置切出140mm×80mm×6mm钢通龙骨的平面布置（图11）；3）通过延长龙骨的中心线，得出龙骨与平面轴线间的关系，将空间的定位转化到平面后，定位难度大大降低，只需控制龙骨的两端位置（图12）；4）在模型上找出横龙骨与竖龙骨相交的位置，在钢龙骨加工时直接做出标记（图13），安装连接基座时操作方便，精度可控，安装完成后，可通过全站仪进行点位校核。

通过上述各项控制措施，本项目取得了较为理想的施工效果（图14，15）。

10结语

异形建筑幕墙整体的曲面形态、较为特殊的立面及空间效果是异形建筑幕墙的主要特色和优势所在。但现有的幕墙构件加工生产能力制约了异形幕墙的设计，只有运用好分格设计、生产工艺及优化安装条件才能设计出优美的异形幕墙。幕墙结构与主体结构的连接形式以及幕墙结构本身的结构安全需通过合理的构造设计来满足各项要求，鉴于异形幕墙的无规律性，具体工程还需具体设计，也需要幕墙设计师在实践中不断学习和提高。