對于一個復(fù)雜的、非常規(guī)的幕墻體系，從設(shè)計階段開始就需要仔細研究其建造和使用的的可行性。上海西康路189弄，一個極具特色的幕墻項目。它獨特的外立面造型和復(fù)雜的幾何變化需要幕墻的設(shè)計師在傳統(tǒng)的幕墻體系上研發(fā)出一套獨特的鋁板幕墻體系。而在整個的設(shè)計過程中，所有的細節(jié)的出發(fā)點都是建立在在如何將外觀、性能和安裝三者有機地結(jié)合在一起。
本文將介紹本項目的幕墻的設(shè)計，展示了構(gòu)造和設(shè)計方面與眾不同的特點，特別是這個項目中所特有的固定鋁板的方式以及該鋁板后側(cè)的玻璃幕墻體系。
關(guān)鍵詞 :鋁板幕墻，異形幕墻，不銹鋼，單元式
項目介紹：
由中信資本開發(fā)的西康路189弄項目位于上海普陀區(qū)的西康路與長壽路的交匯口。該項目主要的業(yè)態(tài)為商業(yè)和辦公，建筑面積為37276平方米。在上海眾多的商業(yè)項目中，該項目雖然體量不算大，但是卻因為其獨特的設(shè)計和優(yōu)質(zhì)的工藝成為市中心的地標(biāo)性建筑。本項目的方案建筑師為來自荷蘭的UN Studio，幕墻顧問是英海特工程咨詢（北京）有限公司上海分公司。因為其******的設(shè)計與施工，該項目曾被《AD》雜志評為世界***美購物中心，亦獲評為2017年MIPIM Asia Awards***佳零售項目金獎。
本項目的幕墻***大的特點是外側(cè)由一層到三層漸變的裝飾鋁板與內(nèi)側(cè)的單元式玻璃幕墻組成的雙層外墻體系。利用參數(shù)化設(shè)計的由鋁板構(gòu)件組成的單元共有9種，設(shè)計師通過層數(shù)和大小的變化，讓它們在建筑上生動的展示出一個若隱若現(xiàn)的靈動立面。另外位于大樓兩個轉(zhuǎn)角位置的異形鋁板與玻璃幕墻組成的城市之眼也在設(shè)計和施工上也是極具難度的。
項目實景照片
鋁板幕墻實景照片
鋁板幕墻的立面展開圖
建筑立面圖
單層幕墻模塊
雙層幕墻模塊
三層幕墻模塊
幕墻系統(tǒng)的設(shè)計和施工介紹
特殊鋁板的固定方式
作為本項目***有特色的菱形鋁板系統(tǒng)，在固定、安裝和受力方面都有許多非常規(guī)的做法。首先，在玻璃幕墻外側(cè)的鋁板體系由于承受了較大的風(fēng)荷載和自重荷載，在設(shè)計時，我們有意地將鋁板體系的龍骨與玻璃幕墻的龍骨脫開，采用T型的鋼立柱與樓板處的混凝土梁固定。這樣玻璃幕墻的龍骨不會因為鋁板所傳遞過來的風(fēng)荷載和自重而產(chǎn)生額外的應(yīng)力和變形，在受力體系上更為簡便也更加可靠。
所有二層至四層鏤空位置的鋁板均采用焊接成型鋁板盒子，這些鋁板盒子有平行于墻面和垂直于墻面兩種擺設(shè)方式。并且隨著建筑立面的變化，鋁板盒子的層數(shù)由一層逐漸過渡到三層。建筑師希望這些鋁板盒子的固定盡量的小巧與美觀，為了達到建筑效果的同時保證結(jié)構(gòu)的安全，我們設(shè)計出一種帶有多個連接角度的不銹鋼轉(zhuǎn)接件。該不銹鋼轉(zhuǎn)接件通過內(nèi)螺紋固定在一根不銹鋼棒上。在需要連接鋁板盒子的位置安裝一系列的可調(diào)節(jié)角度的套筒。鋁板盒子的角部在加工廠內(nèi)安裝了一有內(nèi)置的可以轉(zhuǎn)動的接駁頭，套筒上固定件與鋁板盒子中的內(nèi)置接駁頭通過帶有內(nèi)六角的螺桿緊密的連結(jié)。為了保證安裝的精度，所有的不銹鋼連接件均采用機加工而不是常規(guī)的鑄造件。
公司由一群才華橫溢經(jīng)驗豐富的熟練操作車、銑、磨、電火花、線切割、數(shù)控設(shè)備操作人員和經(jīng)驗豐富的模具設(shè)計、裝配高級工程師組成的員工隊伍，全面實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計（PRE/UG./SLIDWORK）及計算機制造加工系統(tǒng)（CAD/CAE/CAM），運用******的制造工藝和完善的質(zhì)量控制流程，北京鋁合金零件加工,北京軍工零件加工產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格按照ISO9000質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
典型的帶有三層鋁板盒子的節(jié)點圖
支撐鋁板盒子的不銹鋼棒系統(tǒng)
機加工的不銹鋼棒與套筒
裝飾鋁板的安裝精度要求非常高，幾乎每一塊裝飾鋁板都需要安裝到理論的位置，整體偏差不應(yīng)超過2mm，這就對整個系統(tǒng)的安裝精度提出了很高的要求。在施工期間，施工單位首先按照1:1******建模，將T型鋼、不銹鋼棒、裝飾鋁板全部建成三維模型，然后根據(jù)三維模型，生成T型鋼的安裝定位圖和不銹鋼棒的安裝定位圖，保證T型鋼和不銹鋼棒的整體安裝精度，其中T型鋼的左右偏差和上下偏差控制在2mm以內(nèi)，不銹鋼棒的前端偏差，上下、左右和前后偏差控制在2mm以內(nèi)，遠高于常規(guī)鋁板幕墻的5mm偏差要求。這樣就保證了整個項目整體的偏差是可控的。而鋁板盒子的安裝可調(diào)節(jié)范圍在正負(fù)5mm，故T型鋼和不銹鋼棒的2mm誤差是完全可以消化的。鋁板盒子的安裝遵循整體布控，局部可調(diào)的原則進行。整體布控即按照一定的距離（3個T型鋼間的距離）進行控制，保證誤差不累計，所有的誤差在此控制距離內(nèi)消化；局部可調(diào)即在此控制距離內(nèi)主要通過T型鋼和不銹鋼棒的安裝精度來控制裝飾鋁板的安裝精度。
典型的帶有三層鋁板盒子的板塊大樣圖
為了保證這些漸變和異形的鋁板在安裝過程中能滿足如此高的精度，技術(shù)手段包括：首先所有的骨架全部在三維軟件中建模，并根據(jù)龍骨在空間的位置確定骨架的安裝定位點；其次所有的龍骨都需要生成三維的加工圖，因為每一個龍骨都是有可能不一樣的，對于曲面部分的龍骨每一根骨架的曲率都不一樣，單根骨架的曲率也是變化的，所以加工過程中，每一根骨架都1:1放樣加工。在設(shè)計階段，確定每一根龍骨以及每一個連接節(jié)點的空間，這樣的做法對施工單位的要求非常高，但是卻是保證鋁板、玻璃都安裝在理論位置的關(guān)鍵。如果給與每一個連接節(jié)點過多的自由調(diào)節(jié)，雖然也能完成項目的安裝，但是精度上以及接縫的大小可能會與理論值有較大的差距。
鋁板的結(jié)構(gòu)分析
對于這種特殊的鋁板連接形式，必須經(jīng)過仔細的結(jié)構(gòu)計算和分析。因為本項目鋁板的變化非常多，我們使用通用有限元計算軟件Strand7進行對該系統(tǒng)進行模擬，并選取了一個有代表性的區(qū)域進行有限元的分析。在有限元的建模中，我們采用帶有8個節(jié)點的板殼單元來模擬鋁板盒子，為了保證建模的******，我們將鋁板盒子的六個面全部建模。不銹鋼棒也同樣使用板殼單元進行建模。不銹鋼棒與鋁板盒子之間的連接采用link單元，用于傳遞位移和反力。
鋁板的有限元分析模型
鋁板的應(yīng)力分析結(jié)果
鋁板的變形分析結(jié)果
從結(jié)果中可以看出，采用這種新穎的連接方式的鋁板盒子，在連接點位置的受力為鉸接形式，剪應(yīng)力和拉應(yīng)力的均在合理的受力范圍內(nèi)。同時因為鋁板體系中的不銹鋼棒與橫向和縱向的鋁板盒子形成了一個空間體系，不銹鋼棒在強度滿足風(fēng)荷載和自重荷載的情況下，其側(cè)向的穩(wěn)定性也由于多層鋁板盒子的支撐有了提升。有限元的結(jié)果分析顯示鋁板的變形值也在合理的范圍內(nèi)。通過結(jié)構(gòu)分析，我們對此系統(tǒng)的安全性也更加了解和有了充分的信心。
鋁板后側(cè)的玻璃幕墻的設(shè)計
本項目二層以上的玻璃幕墻基本都是安裝在裝飾鋁板后的。如何解決玻璃幕墻與鋁板之間的構(gòu)造和受力關(guān)系是設(shè)計過程中需要解決的主要問題。由于鋁板體系的構(gòu)造和受力已經(jīng)非常復(fù)雜，如果將鋁板的連接件和不銹鋼棒直接固定在玻璃幕墻的龍骨上，則在安裝時需要將連接件提前固定在玻璃幕墻的龍骨上，則玻璃幕墻的安裝精度會直接影響到今后鋁板的安裝。如果玻璃幕墻的龍骨同時需要承受鋁板所傳遞的荷載，則玻璃幕墻的龍骨變形也會對鋁板的變形產(chǎn)生影響。所以本項目采用了鋁板體系與玻璃幕墻體系完全脫離的做法。所有的鋁板體系的龍骨直接固定在結(jié)構(gòu)梁上，而玻璃幕墻則采用頂?shù)坠潭ㄔ谏舷聵前彘g的單元窗形式。
典型的單元窗頂?shù)走B接節(jié)點
可以允許單元窗豎向變形的頂部附框
單元窗的豎龍骨采用與單元式幕墻相同的公母立柱，而底橫梁才用坐地式的對插型材，其中水槽料直接固定在與樓板相連的鋼龍骨上，并通過橫滑料的連接形成一個連續(xù)的排水槽。頂橫梁與固定在吊頂位置的附框插接咬合，該附框的后側(cè)可以通過螺釘直接拆卸。在安裝時，所有的層間部分，包括水槽料、頂部的附框以及層間的保溫和防水構(gòu)造都先于單元窗之前安裝完畢。單元窗在安裝時可以先把板塊傾向一個角度后將底橫梁與水槽料插接，再將單元窗豎直，直到其頂橫梁轉(zhuǎn)動到頂部附框位置后把附框后部的卡口型材用螺絲鎖定。
單元窗的拆卸示意圖
固定好的單元窗不僅可以適應(yīng)建筑物因?qū)娱g變位引起的位移，而且可以做到在不拆除室外鋁板的情況下室內(nèi)更換玻璃。由于公母立柱之間相互插接，在拆卸單元窗時需要通過夾具讓單元窗的板塊移到一側(cè)直到公母立柱之間搭接的部分完全脫離后即可松開固定頂橫梁的附框卡口，將單元窗的板塊向內(nèi)傾斜后就能將其完全拆卸。
錢學(xué)昆將于2019年7月25號在ZAK幕墻大會上與大家分享更多關(guān)于幕墻設(shè)計與施工的藝術(shù)技術(shù)結(jié)合的心得。歡迎大家掃碼注冊報名。
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本文由青年建筑撰寫
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編輯：Alex魏，Archlady，Leo程，leon，雪亮，飯困，十七，jason
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