淺談異形幕墻的設計要點

岳亮　張亞彬

摘 要：文章分析了異形幕墻的設計難點，有針對性的介紹了異形幕墻的設計要點，對方案比選、材料的選擇和加工、節點構造提出見解，供同業者參考。

關鍵詞：異形幕墻；設計要點；方案比選

隨著建筑行業的發展和社會審美的變遷，越來越多的新建建筑采用各種標新立異的外觀設計。幕墻由于其對優秀的抗變形性能和外觀表現力，被廣泛地應用在這些高端建筑物乃至地標級建筑物上。因此，異形幕墻越來越受得建筑行業的重視。筆者就多年來從事異形幕墻設計工作中遇到的經驗做以總結，交流分享。

1 異形幕墻的概念

由于幕墻主要由型材和板材決定其最終外觀，而型材和板材通常都是平直材料，因此幕墻更容易制作成平直外觀，或者折線形外觀，許多建筑由于體量龐大，雖然外觀呈曲面形狀，但進行細部節點設計時，其大尺寸的半徑完全可以用折線來近似表達，最終將曲線轉化成折線，例如迪拜的海灣之門，其技術要點可以完全參照折線形幕墻，因此不在本文討論之列。

對于曲面半徑較小，用折線近似的方法無法滿足外觀和使用要求的異形幕墻，我們可以將其分為三類，水平曲面幕墻，豎直曲面幕墻，雙向曲面幕墻。由于幕墻多數以豎框為主要受力桿件，豎直曲面幕墻在受力分析和設計加工方面都較水平曲面幕墻更困難。雙向曲面幕墻由于板材延展性和節點復雜度等因素，設計加工難度較前兩者呈幾何級數增加。

圖為德國法蘭克福航空鐵路中心（ACFK）工程的雙向曲面幕墻，水平曲線最小半徑<30米，豎向曲線最小半徑<7米。單元幕墻，夾層中空玻璃，雙曲鋁板中間開排水洞口。雙向曲面部分設計實驗歷時近三年。

2 異形幕墻的方案比選

框架幕墻由于便于現場加工配做，精度要求低，現場施膠，節點設計量小，成本較低，在低端工程和小面積異形幕墻中有廣泛應用，缺點是對現場工人要求高，車間化程度低，質量不易保證。

單元幕墻則相反，高度車間化生產，節點復雜，外觀和功能質量均好于框架幕墻，但設計難度大，是目前高端幕墻的一個重要研究方向。德國法蘭克福航空鐵路中心工程就是其中的代表。

3 異形幕墻的材料選擇和加工

異形幕墻的邊框主要有鋼型材和鋁型材。前者的優點是拉彎加工中截面變形率小，成品率高，成本較低；后者則輕巧美觀，對承重節點要求較低。這是要提出的是，無論使用哪種型材，必須先拉彎后做表面處理，否則變形產生的涂層裂紋將大大降低型材的耐侵蝕性。穿條斷鋁型材需先合模后接彎，斷熱條需具有良好的塑性，大多數國產斷熱條無法勝任，泰諾風的斷熱條由于通過工藝處理使相當部分碳纖維沿長向分布，在拉彎加工中表現較好。

玻璃由于其工藝特點，在幕墻企業中大多采取訂制采購，所以常成為異形幕墻的技術瓶頸，需要與玻璃廠商加強合作。一般而言，異形玻璃的加工難度由低到高分別分單片玻璃、中空玻璃、夾層玻璃、夾層+中空玻璃。夾層玻璃加工成弧形時，半徑越小，其膠片最小厚度越大。彎弧鋼化玻璃比平板鋼化玻璃更易發生自爆，所以通常用均質半鋼化玻璃或夾層玻璃代替。

板材對異形幕墻的最終外觀影響極大。通常根據半徑選擇合適硬度的鋁單板牌號。板材下料需充分考慮板材的延展性，必要時須對板逐一進行計算機建模放樣。由于先折彎后噴涂的工藝順序，導致加強筋不能采用膠粘連接方式，通常以栽釘機械連接，為保證外飾面效果，栽釘電壓電流必須經試驗確認。幕墻表面的眩光會使曲面的不連貫性更明顯，所以噴涂亞光表面效果優于鏡光表面，宜優先選用。不銹鋼板宜沿曲線方向拉絲。

4 異形幕墻的節點構造

異形建筑不只對幕墻提出了較高的要求，建筑主體結構施工的誤差往往也較大，因此，幕墻節點必須具備更大的調整范圍來適應自身和結構的誤差。這意味著更大尺寸的轉接件，更長的頂栓，更長的膠條企口，更大的膠縫寬度。

異形幕墻必須加強力學驗算和三性實驗，以保證其安全和功能質量。對于復雜的異形幕墻，增加一道密封線是一個好的選擇。對于豎向曲面和雙向曲面幕墻，其上下橫框的型材開模設計應充分考慮節點防水，通過型材設計使水平膠縫保持水平甚至略向外傾斜，可以有效的改善水密性。

板材的安裝宜使用長條孔，兩對邊宜一邊固定一邊自由，以吸收板材溫度變形。幕墻與結構之間的封堵板材宜采用自由搭接。

由于豎向曲線使得單元的重心偏移，單元起吊過程中，與單元就位后的姿態會有一定的夾角，因此需考慮增加一個水平牽引索的系點，以幫助單元安裝就位。單元就位后水平節點會產生水平分力，并逐層傳遞，因此最底跨豎框必須充分考慮該水平力作用。

豎向曲線還會導致傳統的轉接件難以實現3D調整，有一個簡化的設計辦法是將Z向調整變成沿豎框切向調整，再增加Y向調整范圍來抵消切向調整在Y向上的分量。

異形幕墻目前在技術上仍有很大的研發空間，良品率、產能、成本等都有待改善，隨著技術的發展，異形幕墻必然逐漸走向成熟，在未來的高端建筑中大放異彩！