双曲面飘带式异形幕墙施工技术

谢希村

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

随着建筑幕墙行业的发展，幕墙的种类和功能不断丰富，越来越多的工业厂房也开始考虑外观的美观及设计感，并采用幕墙替代传统的彩钢板围护，在满足防风防雨、保温隔热、降低噪声等使用功能的基础上，对建筑的装饰功能及美学要求也越来越高。幕墙作为建筑作品的“外衣”，展现了建筑的多元及个性，为人们带来视觉冲击和享受[1-4]。

在铝板幕墙体系中，尤其是飘带形式的铝板幕墙，因其视觉上可凸显层次感和肌理感而得到了设计师的青睐。但是在飘带造型的施工方面，如线条的控制、铝板曲面与立面角度控制、安装后板面变形控制以及收口封闭等工艺仍存在较大的完善空间。

1 工程概况

上海老港再生能源利用中心二期工程幕墙总面积为78 196.95 m2，其中主工房部分幕墙工程量为72 720.41 m2，非采光部位为双层开放呼吸式铝板幕墙，采光部分为竖隐横明节能玻璃幕墙。外立面效果为流水曲线，有层次感变化，同时通过开合角度的变化满足其建筑的通风和采光需求。

针对幕墙双曲面铝板尺寸不规则、立面角度变化多的特点，结合BIM应用技术，对整体外观曲面的分格优化、龙骨体系建立、内衬板封闭、外层飘带铝板的挂接体系建立等几个方面进行综合研究，总结了一些施工经验，以期为类似工程提供参考。

2 技术重点

本工程为共用龙骨的双层幕墙体系，外层装饰铝板形式灵活多变，有曲面随机性且角度变化复杂。在施工中，根据铝板飘带线条的走向，外侧铝板的支点高度也跟随呈现出流线型变化，外侧铝板的挂接节点成为实现铝板造型飘带曲线走向及翻起角度，并达到外立面的设计效果的关键。

在常规双层铝板的施工中，一般外层铝板翻起的角度及高度均由固定的悬挑支座来实现，但当角度及高度的变化不规则时，无疑极大地增加了施工难度，传统的外接节点难以满足施工需要。

为解决这一问题，对连接节点进行技术攻关，改变传统的固定式节点，将节点形式优化为如图1所示的可调节体系，采用BIM软件拟合建筑外立面表皮，参数化分析支点的各项平面、立面信息，批量生成各类构件的加工图，再利用可三维调节的外幕墙挂接系统，与已定位的支点相连，通过挂接处可调节的特性实现设计效果。

图1 优化后的可三维调节挂接节点

3 施工工艺

3.1 外立面模型生成

采用BIM建模技术对幕墙外表皮进行分析和优化，主要利用Revit及Rhino软件建立基础模型，生成模型后用Grasshopper插件建立外观表皮进行渲染和曲面优化。为降低成本以及保障施工的完成，需要对其双曲铝板结构进行合理优化。为达到加工下料精度要求，需要完善细部特征，构建精确的3D模型，在不影响原建筑方案效果的前提下，对双曲铝板进行优化。

3.2 幕墙分格及支点定位

根据外立面线条划分板块，进行幕墙分格。每一个板块由于尺寸及曲面不一致，故须进行四点拟合，经过自定义坐标的建立，通过软件进行编程，把四点拟合面的基本逻辑和形态确认好，随后再通过具体坐标和板块尺寸，生成每一块异形板。

对优化后的模型进行参数化分析，可通过板块位置导出板块所需的支座数量、长度等各项数据，直接可用于下料生产。同时可匹配各种规格的角码位置，生成到安装图纸中，指导现场支点施工安装及定位（图2）。

图2 铝板四点拟合及参数信息分析

3.3 埋件安装

埋件定位确认后，跟随主体结构施工进度同步进行预埋和定位。如发现有预埋件偏位或者漏埋的现象，则需要安装后置埋件并与建筑防雷连通。先将后置埋件安装的水平高度和中心位置标示于梁或柱上，然后仔细核查是否正确，再将后置的埋件通过化学锚栓和机械锚栓的方式与主体结构连接，施工时应避免锚栓对混凝土内钢筋造成影响。

3.4 龙骨安装

先安装竖向龙骨，将转接件、芯套与立柱用螺栓穿接牢固，再将立柱搬运到预安装位置，根据之前的放线定位，电焊转接件使其成形，以吊线复核位置偏差并纠正。将定位好的立柱转接件与埋件焊接牢固，调整好螺栓与立柱之间的连接。竖向龙骨安装完毕后进行横龙骨的安装，先将横龙骨与内置角码进行连接，成形后安装在立柱的预留横梁孔位处。

3.5 支座安装

铝板线条由于逐渐翻折，故与结构面的距离也逐渐变化。为达到流线型铝板线条效果，支点高度需要跟随呈流线型变化。按照板块的分块，对应所需的支点数量和位置，通过模型软件等工具进行参数化分析，结合设计图纸批量化进行支点编号、支点长度计算以及支点高度计算，并导出各项数据，直接用于下料生产，指导现场支点施工安装及定位（图3）。

图3 悬挑支座（预留调节空位）

3.6 内侧幕墙安装

内侧幕墙为封闭层，具有防水、防火、防气味渗漏及降噪等使用功能，内衬幕墙板通过铆钉与龙骨固定，板间拼缝使用硅酮密封胶封闭。耐候硅酮密封胶在缝内应形成相对两面黏结，不得三面黏结。较深的密封槽口底部应采用聚乙烯发泡材料填塞，接缝应平整、光滑，并严密、不漏水。

3.7 外侧飘带式铝板安装

外侧幕墙以外挑支座作为定位龙骨，利用可调节的挂接节点固定外层铝板。外层铝板综合考虑造型、强度、可施工性等因素，建议制作为榀架形式。利用可三维调节的外挂节点将异形外层铝板榀架与悬挑支座连接，通过节点的可调节螺栓进行平面、立面的位置调整，实现设计的安装角度。

挂接节点通过支座上预留的螺栓孔洞实现三维方向上的可动能力，使得外层铝板安装时可根据其平面角度和翻起角度进行调节，实现飘带的连续渐变效果（图4）。

图4 飘带式幕墙安装效果

4 结语

双曲面飘带式幕墙施工关键点是实现铝板翻起的角度及平面线条以达成视觉效果，在上海老港再生能源利用中心二期工程的建设过程中，对外侧铝板的挂接节点进行了技术创新，采用可三维调节的外幕墙挂接系统，连接结构的内侧和内幕墙竖龙骨，并在挂接处实现水平位置的可调节限位配合。在施工前利用BIM技术解决碰撞冲突，模拟不同专业间的碰撞试验并制作碰撞报告，根据碰撞结果进行深化设计，施工中减少了大量的焊接作业，提高了施工效率。

双曲面飘带式铝板因其材料和连接方式的特殊性，在曲率和板块大小上很难实现完美的协调，在施工中应当重点关注板块单元的划分、幕墙龙骨与板块的连接方式以及外侧板块的调节方式。幕墙作为建筑的“外衣”，随着人们想象空间的拓宽也在创新发展，希望在更多的工程建设中看到双曲面飘带式幕墙的应用，不断推动幕墙施工技术的发展。