復(fù)雜空間曲面幕墻設(shè)計(jì)

    近年來，隨著國內(nèi)勞動(dòng)力成本的提高，單元式幕墻與框架式幕墻之間的成本差距已經(jīng)縮小，而另一方面，隨著市場對(duì)建筑幕墻品質(zhì)要求的不斷提升，單元式幕墻質(zhì)量一致性好以及施工速度快的優(yōu)點(diǎn)開始突出起來，這些有利的因素開始推動(dòng)單元式幕墻在高層、超高層建筑中逐漸普及。

    單元式幕墻在工廠完成單元組件制作，將面板安裝在單元組件框上，而單元組與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)件安裝在單元組件內(nèi)側(cè)，在吊裝時(shí)單元組件與主體結(jié)構(gòu)的連接在內(nèi)側(cè)操作。單元組件間靠相鄰兩單元組件相鄰框?qū)Σ褰M成。

    不過，單元式幕墻使用也有局限。其構(gòu)造復(fù)雜，不適合做多規(guī)格少批量的生產(chǎn)。所以一般都希望盡量能統(tǒng)一規(guī)格，以形成一定的加工批量。另外單元式幕墻密封系統(tǒng)采用等壓腔原理，其比普通框架式的密封膠封閉工藝要復(fù)雜，對(duì)單元板塊互相插接后所形成的腔體也有嚴(yán)格的要求。這就要求立面造型盡量簡單。所以一般情況下，單元式幕墻適合用在立面規(guī)整、造型簡單的建筑中，而立面復(fù)雜的建筑則多使用框架式幕墻。

    以往的高層和超高層建筑大都符合單元式幕墻的使用條件，一般都是較大的體積和較為規(guī)整的立面。但人們總向往能夠得到與眾不同的東西，所以像鳥巢、央視大樓這一類造型奇特的建筑便應(yīng)運(yùn)而生了。這對(duì)我們來說，意味著市場正在形成一個(gè)新的需求，有必要進(jìn)行這一領(lǐng)域的技術(shù)探索和研究。

    在之前的許多項(xiàng)目中，由于建筑表現(xiàn)的需要，有時(shí)需要將一些扭曲的復(fù)雜空間曲面應(yīng)用于建筑外表。這一類項(xiàng)目的幕墻構(gòu)造也是采用平板材料來模擬空間曲面，對(duì)于圓錐、圓球一類的規(guī)則空間曲面，還可以采用一組梯形平面板塊來模擬，但對(duì)于不規(guī)則的復(fù)雜空間曲面則往往只能采用三角形的平面板塊來模擬。

    這種情況主要是因?yàn)閺?fù)雜空間曲面很難劃分出四點(diǎn)共面的四邊形板塊，因而相鄰四邊形板塊邊緣就不能彼此完全重合，從而無法形成有效密封。而三角形的板塊不存在頂點(diǎn)不共面的問題，可以保證相鄰板塊的邊緣完全重合，有效解決幕墻的密封構(gòu)造問題，所以廣泛應(yīng)用在復(fù)雜空間曲面的劃分上。

    但是，三角形板塊的應(yīng)用障礙是視覺效果不好，尤其是從室內(nèi)觀看的效果尤為突出，一是三角形的斜邊破壞視角的通透性，二是由于傾斜的線條過多且會(huì)在視覺上顯得比較雜亂，所以在使用過程中，其效果不如四邊形板塊好。

    國際上一些流行的做法，大都采用對(duì)碰式的密封技術(shù)。這種方法是將單元板塊側(cè)面安裝兩圈空心膠條，單元板塊安裝時(shí)板塊對(duì)碰，靠膠條的壓縮變形實(shí)現(xiàn)密封。這種做法的好處是構(gòu)造簡單，但缺點(diǎn)是密封不佳。由于膠條的尺寸與相鄰兩個(gè)單元板塊的膠條無法對(duì)齊，所以必須通過加大膠條的疊合面積來解決板塊的錯(cuò)動(dòng)問題。錯(cuò)動(dòng)量越大，膠條尺寸就越大，否則會(huì)在錯(cuò)動(dòng)的單元板塊間會(huì)形成局部縫隙，無法形成密封腔體。

    對(duì)于水密性能要求很高，加上板塊之間的錯(cuò)動(dòng)量較大的單元幕墻，不適合采用傳統(tǒng)的‘對(duì)碰密封’技術(shù)。如何對(duì)傳統(tǒng)的‘對(duì)碰密封’技術(shù)加以改造呢？ 我們通過分析后，采用了一個(gè)新的思路，將用于碰接的密封部分和用于安裝玻璃的框架部分分解成兩部分，即可解決這個(gè)問題。沿著這個(gè)思路， 我們需要做以下幾個(gè)工作：

    復(fù)雜空間曲面在劃分四邊形板塊時(shí)，單元板塊規(guī)格會(huì)非常多，但每種規(guī)格的數(shù)量很少，甚至有的規(guī)格只有一塊�？紤]到加工生產(chǎn)所面對(duì)的困難和挑戰(zhàn)，必須在工藝設(shè)計(jì)上盡量降低生產(chǎn)和施工的工作量。如圖1，在構(gòu)造設(shè)計(jì)過程中，采用了平面四邊形的板塊邊框配合活動(dòng)密封槽的構(gòu)造。這樣將拼接板塊由空間四邊形轉(zhuǎn)化為平面梯形，降低了加工難度。在密封槽的設(shè)計(jì)上，采用固定密封槽（與板塊邊框成為一體）與活動(dòng)密封槽搭配的設(shè)計(jì)。之所以不采用純活動(dòng)密封槽搭配的原因，是活動(dòng)密封槽與固定密封槽搭配方式可以比純活動(dòng)密封槽搭配減少一半的零件數(shù)量，這對(duì)生產(chǎn)加工帶來很大的好處。

    活動(dòng)密封槽與板塊邊框之間采用螺釘連接。由于活動(dòng)密封槽在板塊邊框上安裝固定時(shí)需要調(diào)整角度，為方便調(diào)整安裝角度，在活動(dòng)密封槽上開條形孔，并設(shè)置防滑紋。這對(duì)于加工生產(chǎn)而言，無需精確測量及加工，以簡化加工難度。與板塊邊框加工不同的是，活動(dòng)密封槽的端頭加工需要切空間角度。保證足夠加工精度需要以降低生產(chǎn)效率為代價(jià)。但我們經(jīng)過分析后認(rèn)為，密封槽的功能僅為構(gòu)造幕墻的密封系統(tǒng)所用，其本身并不外露，因而在能保障接頭密封的情況下可以放松接縫的拼接要求，這樣可以較大幅度地提高生產(chǎn)效率。當(dāng)然，為保證在降低接縫工藝標(biāo)準(zhǔn)的情況下仍然可以滿足接頭的密封要求，我們?cè)诿芊獠燮唇咏涌p部位用PDM發(fā)泡墊片來消除誤差。EPDM發(fā)泡墊片因其耐老化性好，現(xiàn)場處理比較容易，同時(shí)減少加工廠打膠，可以節(jié)省加工時(shí)間。

    單元式幕墻基本構(gòu)造如圖2，從圖中可看出，等壓腔達(dá)到防水的關(guān)鍵是密封條的對(duì)碰及密閉。因此確保對(duì)碰的膠條對(duì)齊是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重點(diǎn)，這直接影響水密性能和氣密性能是否能夠滿足設(shè)計(jì)要求。由于本項(xiàng)目板塊均為空間定位，因此板塊之間不能維持橫平豎直的對(duì)照關(guān)系，所以單元板塊安裝時(shí)很難準(zhǔn)確定位在理論的空間位置上。但單元板塊一旦因?yàn)榘惭b定位偏差，就會(huì)造成密封槽的對(duì)碰膠條錯(cuò)位，從而影響密封效果，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致密封系統(tǒng)失效。因此在設(shè)計(jì)采用了一個(gè)新的思路，在活動(dòng)密封槽之間加裝定位角碼，通過其定位來消除誤差，確保本膠條中心線在同一位置，從而使氣密性和水密性能滿足要求。我們?cè)诿芊獠墼O(shè)計(jì)上采用了活動(dòng)密封槽和固定密封槽搭配的方法，并在固定密封槽內(nèi)設(shè)置了導(dǎo)向定位器（定位角碼）來確定活動(dòng)密封槽的安裝。在兩個(gè)板塊對(duì)碰的過程中，導(dǎo)向定位器可以糾正板塊之間的拼裝偏差，從而確保對(duì)碰膠條嚴(yán)格保持對(duì)齊。

    隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，單元式幕墻應(yīng)用越來越普遍，在保證建筑師外立面效果和幕墻本身的性能前提下，突破四邊形板塊用于復(fù)雜空間曲面的技術(shù)難題很有意義，與現(xiàn)有技術(shù)相比，我們的技術(shù)方案較好地解決了此類產(chǎn)品的密封問題，從而使單元式幕墻在復(fù)雜空間曲面中得以應(yīng)用。