曲面造型建筑表皮技术在生命港综合基础建设项目中的实现和应用*

李志盛

(中铁二十三局集团第一工程有限公司 山东 日照 276800)

建筑项目外立面是效果和功能的重要实现部位,建国初期的建筑工程项目外立面大多为普通的建筑墙体+保温+粉饰涂料,无法满足不断发展的各种异形建筑形体工程项目。

建筑外立面在20世纪80年代末衍生并发展了幕墙技术。历经30余年,建筑幕墙的类别和形式有了快速的发展,技术工艺也不断在发展和创新中。目前的建筑外幕墙按材料外观和形式大体分为玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、陶板幕墙等,其中玻璃幕墙和金属板幕墙因其外观整洁、材料表面的细腻质感仍然在建筑外幕墙中占据不可比拟的优势。玻璃和金属板是建筑师对建筑外观效果实现的主要选择。

中铁二十三局集团有限公司作为国内大型的建筑施工总承包企业,肩负着央企的责任和担当,实施并完成了多项异形曲面建筑表皮项目。在生命港综合基础建设项目工程建设过程中,中铁二十三局项目部技术团队积极的理解并拓展建筑设计理念,在实施过程中优化并提升建筑外立面的材料选型和技术构造工艺。用全新的系统构造理念来实现建筑外幕墙的效果,如图1所示。

图1 CRO 大楼立面效果图

1 曲面金属屋面

生命港综合基础建设项目由1#～5#小型研发楼和6#CRO 平台大楼组成。项目最具特色的是6栋建筑单体屋顶为连续的金属屋盖,中间部位上表皮为类光伏蓝色的金属板,下表皮为木色的金属格栅,四周为连续的白色异形圆弧金属板造型,赋予了整个建筑统一鲜明的第五立面造型效果。顶视效果为木色的金属格栅,由3 mm 木色氟碳喷涂的金属板折弯加工而成,每条格栅宽度400 mm,间隙150 mm,通过两侧100 mm 折边与侧边的氟碳喷涂钢檩条固定,现场操作工人在屋顶钢结构架内作业,进行固定不锈钢螺钉工作,斜向固定方式保证了安装工艺的实施,不用特殊搭设脚手架或高空升降作业车,有效减少了施工措施成本(见图2)。

图2 木色金属格栅吊顶 安装构造详图

四周连续的白色圆弧金属板造型车间加工弯弧成统一单元模数的单元产品,现场采用机械固定的方式与内部氟碳喷涂屋面钢檩条固定。四个角部在延续端面弧形后进行平面曲线延伸,为双曲弧形板造型。采用BIM 技术进行现场三维放样,车间雕刻加工双曲弧形金属板,完美的实现了屋面曲面金属板造型效果(见图3)。

图3 双曲弧形金属板三维放样图

2 连廊折型金属板

生命港综合基础建设项目在二层设置连廊通道连接1#～5#小型研发楼和6#CRO 平台大楼。连廊两侧设置白色折型金属板装饰,形成有韵律的统一曲折的金属齿形效果。由于二层连廊部分与单体建筑相邻,为混凝土梁板结构,单体建筑之间的连廊设置为单独的钢结构支撑体系。根据主体结构的特性,分别设置不同的折型金属板构造形式。并在连廊转角处进行弧形转接,转角的折型金属板车间预弯弧。连廊侧边为玻璃栏杆,玻璃栏杆与折型金属板在玻璃底部钢槽处进行嵌缝连接。由于转角处的弧形折型金属板上下边需要连续转接,采用三维放样定位的方式进行精准尺寸控制。并在车间按实际尺寸进行模板样板的制作,保证最终二层连廊折型金属板连续的造型效果(见图4)。

图4 二层连廊金属板三维放样图

3 竖向金属格栅

CRO 平台大楼立面设置竖向造型金属格栅,原设计施工图金属格栅由挤出型铝型材拼造而成。基于结构安全的考虑和施工的便捷性。对其构造方式进行了优化处理。考虑铝型材截面尺寸受限于挤出设备的规格限制,金属格栅设计为三段铝型材拼接而成。为了有效的保证金属格栅的连接安全性,内部设置两段工字铝插芯,通过铝型材插接的方式防止格栅在承受侧向风荷载的工况下出现脱落状态。

氟碳喷涂连接钢板直接插入内部,与金属格栅型材采用不锈钢螺栓连接。在标准位置,车间采用内部铣切方孔的工艺,现场连接螺栓可以从内部斜向插入并进行预紧连接,然后扣接外部铝合金型材,最后采用工字铝从端部插入,端部封板固定。保证了连接结构性安全。

基于部分金属格栅位置在消防救援窗的位置,此部分金属格栅的螺栓连接方式采用侧向钻安装孔的方式,并进行位置标识,保证了在消防救援的状态下,可以快速有效的拆除金属格栅,破窗进入内部进行救援工作(见图5)。

图5 金属格栅构造详图

4 层间造型雨篷

CRO 平台大楼二层起始有连续的层间造型雨篷,作为立面造型的重要组成部分。造型雨篷采用白色氟碳喷涂金属铝单板,端部采用弧形处理方式。金属铝单板与内部的热镀锌钢型材连接,因为造型雨篷的分隔缝与立面金属铝板幕墙缝隙对应,造成了雨篷钢型材与立面金属铝板内部的钢型材发生碰撞现象。

为了保证整体立面效果,现场进行施工工法研究,提出了相应的解决措施。金属雨篷内部钢型材进行错缝式与主体结构固定,避开立面金属铝板幕墙的钢型材位置。在金属雨篷装饰面板分缝位置进行热镀锌角钢型材的转接处理。这样既保证了金属雨篷连接的结构安全性,又维持了原来的立面效果,保证统一的立面对缝关系。在局部二层和三层的位置,进行层间的金属雨篷弧形对接,形成连续统一的雨篷装饰带。1～5楼的层间造型雨篷同6#CRO 平台大楼,楼宇之间的雨篷也进行了有效连续的衔接,建筑单体之间存在温度变形和沉降位移差工况,为了适应不同结构单体间的结构变形,在楼宇之间的金属雨篷内部钢型材采用一端铰接,一端滑动铰接的处理方式。保证了在上述工况状态下,金属雨篷内部钢型材能够释放位移,避免变形状态下局部连接部位集中应力的出现,保证了楼宇之间金属雨篷的结构安全性能(见图6)。

5 玻璃幕墙竖向装饰造型

CRO 平台大楼东南角和西北角区域为竖明横隐式玻璃幕墙系统,为了凸显立面竖向线条的效果。玻璃幕墙外扣盖采用了大截面装饰型材。

幕墙立柱与横梁采用螺栓+螺钉组合的连接方式,玻璃压板与幕墙立柱采用螺栓连接,外装饰扣盖与玻璃压板之间采用扣接+侧面螺钉固定的方式。有效的保证了连接的结构安全性。密封性能采用两道密封的方式,外侧采用EPDM 三元乙丙胶条,玻璃内侧采用硅酮密封胶的方式进行全封闭的有效密封,如图7所示。

图7 玻璃幕墙竖向装饰造型

6 顶部玻璃采光顶

CRO 平台大楼玻璃幕墙上侧设置玻璃采光顶系统,玻璃采光顶采用8Low-E+12A+6+1.52pvb+6 mm 中空半钢化夹层玻璃,并在底部设置 6不锈钢钢丝绳间距为300mm,有效的防止玻璃破碎后坠落伤人。采光顶玻璃采用硅酮结构胶粘接铝合金附框的方式,附框与采光顶底部钢型材螺钉连接。采光顶玻璃之间采用硅酮耐候密封胶进行防水处理,并在底部设置通长的U型铝合金水槽,防止因局部漏水后,可有效的将水导入到边部的不锈钢水槽中。密封防水+有效的导水措施保证了采光顶的密封性能(见图8)。由于采光顶排水坡度的需求,现场进行三维定位放样,并进行BIM 三维仿真模拟采光顶坡度坐标,准确的定位参数指导现场的安装(见图9)。

图8 玻璃采光顶详图构造

图9 玻璃采光顶坡度坐标参数

7 结语

建筑外幕墙是建筑表皮的最终实现,幕墙构造的优化和现场工艺措施的解决最终目的是实现建筑外观并保证其性能要求。生命港综合基础建设项目工程在建筑幕墙项目的实施过程中,对原有的设计进行技术细节的剖析和现场施工措施的制定,满足了项目曲面造型立面的质量、结构安全、性能构造的优化,并最终完美的实现了建筑项目的外观效果。生产和安装及项目进度、成本、质量的高度协同统一源于对建筑技术的不断探索和研究。