不規則拼圖單元式鋁單板幕墻設計與施工

周 健，賈文寶

（1.常熟市建筑管理處/建筑安全監督站，江蘇 蘇州 215500；2.常熟市華麗堅裝飾工程有限公司，江蘇 蘇州 215500）

引言

時代不斷進步，人們對城市建筑審美能力也在不斷提高。傳統馬賽克、墻磚、石材等建材因長期受日曬雨淋、風吹雨打等影響容易脫落，建筑外墻維護成本高、運行風險大。鋁單板幕墻具有重量輕、強度好、殘值高、經久耐用、色彩豐富、易于保養等優點，市場應用越來越多。如圖1，在諸如政務中心、展覽館等城市地標建筑中，鋁單板幕墻上設計有角度不一、縱橫交錯的線條凹槽，將立面切割成若干不規則的幾何圖形，隨意鑲嵌的采光玻璃使平面局部凹陷，增加了立體感，加上傾斜外墻、區域分色等手法，建筑外形錯落有致、色彩豐富、現代化氣息強烈。施工成品要達到上述設計效果，必須保證分割線條連續、通順、平直，幾何圖形棱角分明，因此本工程的難點是含有線條、玻璃等非標準單元板的設計、制作和安裝。

圖1 不規則拼圖鋁單板幕墻效果圖

1 主要材料和設備機具

龍骨中立柱、橫梁等組成骨架的主要構配件均采用熱鍍鋅材料，龍骨與主體結構和單元板之間的連接件采用鋁合金、不銹鋼或熱鍍鋅材料。單元板的基材板采用3.0 mm 厚的3003 系列的優質高強度鋁合金板材，鋁合金型材符合現行國家標準《鋁合金建筑型材》（GB 5237）高精級要求。單元板表面采用先加工后噴涂技術，顏色按設計有米黃和銀白兩種。硅酮耐候密封膠、結構膠的性能符合現行國家標準《硅酮建筑密封膠》(GB/T14683）和《建筑用硅酮結構密封膠》(GB16776）的要求[1]。

單元板加工機械主要包括數控沖模回轉頭壓力機、折彎機、氬弧焊機、打磨機、全自動靜電噴涂機、膜厚儀、寬度控制塊等；現場安裝主要機具包括水準儀、經緯儀、切割機、電鉆、電焊機、手動噴槍、鋁合金導向條等。

2 深化設計

2.1 設計思路

如圖2，根據幕墻立面總體設計方案和現場實際情況進行深化設計，運用計算機對幕墻進行平面分割，使每個“單元板”平面尺寸相同，對具有拼圖線條、玻璃等的非標單元板根據位置統一編號，如“A2-02-05”表示位于第A2 區域、高度方向第二排、水平方向第五塊單元板。標準單元板采用統一加工圖，非標單元板應對組成的各“單元塊”逐一設計，并以單元板編號為前綴進行編號，如“A2-02-05-1A”表示編號為“A2-02-05”單元板的第一個單元塊的加工圖（“1A”中1 表示單元塊序號，A 表示加工圖，B 表示下料圖）。單元板和單元塊的編號貫穿應用于設計、加工、現場安裝等各個階段，盡量將同一單元板的所有單元塊設計在同一塊基材板上，并保證各單元塊沖孔邊緣與裁剪線距離滿足加工要求[2]。

圖2 立面分割示意

2.2 單元板設計

單元板平面設計見圖2，A、B（a、b）為單元格（單元板）設計邊長，t 為單元板間縫寬。標準單元板加工制作見圖3，下料見圖4，a′、b′為單元板下料尺寸，δ 為板厚度，h 為單元板折邊尺寸。非標單元板設計以圖2的“A2-04-05”單元板為例，單元板平面設計見圖5，a1、a2、b1、b2為單元塊設計邊長，α 為拼圖線條與幕墻豎向分格縫的設計夾角，T、a0、b0為拼圖線條設計寬度以及水平和垂直分量，幾何關系為T=a0cosα=b0sinα。拼圖線條安裝見圖6，f 為搭接長度，w 為拼接板寬度，w=T+2f。三角形單元塊的加工制作見圖7，下料見圖8；五邊形單元塊的加工制作見圖9，下料見圖10，幾何關系如下[3]：

圖3 標準板加工

圖5 單元板平面設計

圖6 線條拼接

圖8 三角板下料

圖9 五邊形板加工

2.3 孔位和掛耳設計

根據幕墻孔位總體設計方案中直徑、孔距、孔洞完整性等要求，結合單元塊設計平面尺寸，采用四舍五入取整的方法，估算出單元塊縱橫方向孔目數，再反推計算出實際孔距，為保證孔位布置的協調統一，相鄰單元塊設計孔距差不超過1 mm，累計孔距差不超過3 mm。單元板掛耳設計間距不大于1 m，且每條邊不少于一個，相鄰兩個單元板掛耳位置應錯開。

3 單元板加工制作

單元板加工制作工藝流程為：準備→沖孔→拆分→折板→拼接→焊接打磨→安裝掛耳→表面處理。準備：為每個非標單元板準備一個粘貼對應編號的存儲框，存放單元板制作所需材料。沖孔：將基材板固定于數控機床，輸入加工圖進行沖孔，若同一塊基材板上設計多個單元塊，各單元塊之間打密集小孔形成裁剪線。拆分：將基材板沿裁剪線進行拆分并貼好單元塊標簽，同一單元板的所有單元塊放置于對應編號的同一存儲框內。折板：將單元塊基材板放置于折彎機，調整位置后依次進行折邊。拼接見圖11，先在操作平臺上固定一對直角靠山，各單元塊以“點A”為基點，緊挨靠山依次放置于操作臺，線條中間放置若干寬度控制塊，最后在對角利用另一對靠山壓緊并固定各單元塊。焊接打磨：在單元塊折邊相交部位和拼圖線條搭接部位采用氬弧焊接，修整打磨后撕除各單元塊標簽。掛耳安裝：在單元板折邊處鉆孔，通過抽芯鉚釘將掛耳與單元板連接牢固。表面處理：對單元板進行脫脂、水洗、酸洗、化學轉化膜、烘干等處理，利用全自動靜電噴涂機噴涂氟碳涂料二道。單元板加工制作完成后現行國家標準驗收[4]，拼圖線條部位按表1 進行驗收[4]，驗收合格后貼膜保護并加貼單元板標簽及安裝方向示意。

表1 拼圖線條加工允許偏差[4]

圖11 拼接

4 現場施工

鋁單板幕墻現場安裝工藝流程：施工準備→龍骨安裝→單元板安裝→后處理。

4.1 施工準備

幕墻施工前，外墻粉刷、保溫等工序已完成并經驗收合格，檢查腳手架、吊籃等安裝輔助設施是否滿足要求。根據龍骨布置方案進行現場放線，檢查主體結構墻面平整度、傾斜角度或垂直度等施工質量，復核門窗洞口、凸出墻面的構件等位置，復核預埋件位置并查閱拉拔試驗等質量控制文件[5]。

4.2 龍骨安裝

先根據放線位置從底向上將立柱用螺栓固定在預埋件上，然后逐一將橫梁固定于立柱，安裝過程隨時借助測量儀器校正立柱和橫梁位置，保證安裝垂直度、水平度和直線度，確保立柱和橫梁在同一平面內[6]。安裝完成按現行國家標準[4]進行驗收，按要求對面層受損構配件進行防腐處理。

4.3 單元板安裝

單元板進場后根據編號有序豎立于墊木上，根據設計圖紙自下而上固定單元板，拼圖線條對接處，采用鋁合金條輔助安裝，提高拼圖線條的直線度，按工藝要求固定玻璃并做好防水處理。每塊單元板安裝完成后按表2 進行檢查[4]，整體安裝完成后按現行國家標準驗收[4]。

表2 相鄰單元板安裝允許偏差[4]

4.4 后處理

撕開保護膜檢查表面涂層是否完好，發現有損傷的，輔助美紋紙利用手動噴槍噴射氟碳涂料修補。單元板之間的縫隙填充泡沫，然后在板縫兩側和拼圖線條等部位黏貼美紋紙，施打硅酮耐候密封膠，待密封膠固化后，用中性清潔劑清洗墻面。

5 結論

隨著鋁單板幕墻的廣泛應用，其加工制作水平和現場安裝技術不斷成熟，幕墻造型越來越復雜，如曲面幕墻、立體幕墻，或利用沖孔、上色等辦法在鋁單板上形成“圖畫”，將城市特有的景點、人文、歷史等展現在建筑外墻上。曲面、立體幕墻的關鍵技術在于折板，圖畫幕墻的關鍵技術在于沖孔，與本文的主要研究方向不同，另行撰寫論文討論。