雙曲面飄帶式異形幕墻施工技術

謝希村

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

隨著建筑幕墻行業的發展，幕墻的種類和功能不斷豐富，越來越多的工業廠房也開始考慮外觀的美觀及設計感，并采用幕墻替代傳統的彩鋼板圍護，在滿足防風防雨、保溫隔熱、降低噪聲等使用功能的基礎上，對建筑的裝飾功能及美學要求也越來越高。幕墻作為建筑作品的“外衣”，展現了建筑的多元及個性，為人們帶來視覺沖擊和享受[1-4]。

在鋁板幕墻體系中，尤其是飄帶形式的鋁板幕墻，因其視覺上可凸顯層次感和肌理感而得到了設計師的青睞。但是在飄帶造型的施工方面，如線條的控制、鋁板曲面與立面角度控制、安裝后板面變形控制以及收口封閉等工藝仍存在較大的完善空間。

1 工程概況

上海老港再生能源利用中心二期工程幕墻總面積為78 196.95 m2，其中主工房部分幕墻工程量為72 720.41 m2，非采光部位為雙層開放呼吸式鋁板幕墻，采光部分為豎隱橫明節能玻璃幕墻。外立面效果為流水曲線，有層次感變化，同時通過開合角度的變化滿足其建筑的通風和采光需求。

針對幕墻雙曲面鋁板尺寸不規則、立面角度變化多的特點，結合BIM應用技術，對整體外觀曲面的分格優化、龍骨體系建立、內襯板封閉、外層飄帶鋁板的掛接體系建立等幾個方面進行綜合研究，總結了一些施工經驗，以期為類似工程提供參考。

2 技術重點

本工程為共用龍骨的雙層幕墻體系，外層裝飾鋁板形式靈活多變，有曲面隨機性且角度變化復雜。在施工中，根據鋁板飄帶線條的走向，外側鋁板的支點高度也跟隨呈現出流線型變化，外側鋁板的掛接節點成為實現鋁板造型飄帶曲線走向及翻起角度，并達到外立面的設計效果的關鍵。

在常規雙層鋁板的施工中，一般外層鋁板翻起的角度及高度均由固定的懸挑支座來實現，但當角度及高度的變化不規則時，無疑極大地增加了施工難度，傳統的外接節點難以滿足施工需要。

為解決這一問題，對連接節點進行技術攻關，改變傳統的固定式節點，將節點形式優化為如圖1所示的可調節體系，采用BIM軟件擬合建筑外立面表皮，參數化分析支點的各項平面、立面信息，批量生成各類構件的加工圖，再利用可三維調節的外幕墻掛接系統，與已定位的支點相連，通過掛接處可調節的特性實現設計效果。

圖1 優化后的可三維調節掛接節點

3 施工工藝

3.1 外立面模型生成

采用BIM建模技術對幕墻外表皮進行分析和優化，主要利用Revit及Rhino軟件建立基礎模型，生成模型后用Grasshopper插件建立外觀表皮進行渲染和曲面優化。為降低成本以及保障施工的完成，需要對其雙曲鋁板結構進行合理優化。為達到加工下料精度要求，需要完善細部特征，構建精確的3D模型，在不影響原建筑方案效果的前提下，對雙曲鋁板進行優化。

3.2 幕墻分格及支點定位

根據外立面線條劃分板塊，進行幕墻分格。每一個板塊由于尺寸及曲面不一致，故須進行四點擬合，經過自定義坐標的建立，通過軟件進行編程，把四點擬合面的基本邏輯和形態確認好，隨后再通過具體坐標和板塊尺寸，生成每一塊異形板。

對優化后的模型進行參數化分析，可通過板塊位置導出板塊所需的支座數量、長度等各項數據，直接可用于下料生產。同時可匹配各種規格的角碼位置，生成到安裝圖紙中，指導現場支點施工安裝及定位（圖2）。

圖2 鋁板四點擬合及參數信息分析

3.3 埋件安裝

埋件定位確認后，跟隨主體結構施工進度同步進行預埋和定位。如發現有預埋件偏位或者漏埋的現象，則需要安裝后置埋件并與建筑防雷連通。先將后置埋件安裝的水平高度和中心位置標示于梁或柱上，然后仔細核查是否正確，再將后置的埋件通過化學錨栓和機械錨栓的方式與主體結構連接，施工時應避免錨栓對混凝土內鋼筋造成影響。

3.4 龍骨安裝

先安裝豎向龍骨，將轉接件、芯套與立柱用螺栓穿接牢固，再將立柱搬運到預安裝位置，根據之前的放線定位，電焊轉接件使其成形，以吊線復核位置偏差并糾正。將定位好的立柱轉接件與埋件焊接牢固，調整好螺栓與立柱之間的連接。豎向龍骨安裝完畢后進行橫龍骨的安裝，先將橫龍骨與內置角碼進行連接，成形后安裝在立柱的預留橫梁孔位處。

3.5 支座安裝

鋁板線條由于逐漸翻折，故與結構面的距離也逐漸變化。為達到流線型鋁板線條效果，支點高度需要跟隨呈流線型變化。按照板塊的分塊，對應所需的支點數量和位置，通過模型軟件等工具進行參數化分析，結合設計圖紙批量化進行支點編號、支點長度計算以及支點高度計算，并導出各項數據，直接用于下料生產，指導現場支點施工安裝及定位（圖3）。

圖3 懸挑支座（預留調節空位）

3.6 內側幕墻安裝

內側幕墻為封閉層，具有防水、防火、防氣味滲漏及降噪等使用功能，內襯幕墻板通過鉚釘與龍骨固定，板間拼縫使用硅酮密封膠封閉。耐候硅酮密封膠在縫內應形成相對兩面黏結，不得三面黏結。較深的密封槽口底部應采用聚乙烯發泡材料填塞，接縫應平整、光滑，并嚴密、不漏水。

3.7 外側飄帶式鋁板安裝

外側幕墻以外挑支座作為定位龍骨，利用可調節的掛接節點固定外層鋁板。外層鋁板綜合考慮造型、強度、可施工性等因素，建議制作為榀架形式。利用可三維調節的外掛節點將異形外層鋁板榀架與懸挑支座連接，通過節點的可調節螺栓進行平面、立面的位置調整，實現設計的安裝角度。

掛接節點通過支座上預留的螺栓孔洞實現三維方向上的可動能力，使得外層鋁板安裝時可根據其平面角度和翻起角度進行調節，實現飄帶的連續漸變效果（圖4）。

圖4 飄帶式幕墻安裝效果

4 結語

雙曲面飄帶式幕墻施工關鍵點是實現鋁板翻起的角度及平面線條以達成視覺效果，在上海老港再生能源利用中心二期工程的建設過程中，對外側鋁板的掛接節點進行了技術創新，采用可三維調節的外幕墻掛接系統，連接結構的內側和內幕墻豎龍骨，并在掛接處實現水平位置的可調節限位配合。在施工前利用BIM技術解決碰撞沖突，模擬不同專業間的碰撞試驗并制作碰撞報告，根據碰撞結果進行深化設計，施工中減少了大量的焊接作業，提高了施工效率。

雙曲面飄帶式鋁板因其材料和連接方式的特殊性，在曲率和板塊大小上很難實現完美的協調，在施工中應當重點關注板塊單元的劃分、幕墻龍骨與板塊的連接方式以及外側板塊的調節方式。幕墻作為建筑的“外衣”，隨著人們想象空間的拓寬也在創新發展，希望在更多的工程建設中看到雙曲面飄帶式幕墻的應用，不斷推動幕墻施工技術的發展。