某劇院項目幕墻設計概述

李偉

摘 ? ?要：本文針對某劇院幕墻的設計思路進行了解析和說明，詳述了雙曲鋁板幕墻和雙曲玻璃幕墻的設計流程及注意事項，供同行在今后的設計中參考。

關鍵詞：雙曲鋁板幕墻;雙曲玻璃幕墻

1 ?引言

若干年前受限于二維圖紙的表達，建筑的形體偏簡單平面化。隨著計算機技術的突飛猛進，設計師對負高斯曲面的表達越來越流暢，建筑的造型也就越來越復雜了。

某劇院項目位于青島市黃島區，建筑設計靈感源于海螺，采用橫向貝殼帶狀紋路，是典型的雙曲幕墻。外立面由三角形白色鋁板和平行四邊形橙色夾膠玻璃構成。夜晚在燈光映襯下，更富韻味。

本項目總建筑面積2.4萬平方米，設2000座觀眾席，臨海而立，業已成為青島新地標。工程效果圖見圖1。

本工程的幕墻系統主要分為以下幾個類型：

FS-01-大面雙曲3mm白色鋁板幕墻。

FS-02-大面雙曲橙色中空夾膠玻璃幕墻。

FS-03-入口中空夾膠玻璃幕墻。

FS-04-金屬屋面及采光天窗

這些幕墻體系中，尤其以FS-01大面雙曲鋁板幕墻及FS-02大面雙曲玻璃幕墻有特色，設計難度較高。

2 ?雙曲鋁板幕墻

土建主體結構在前場區（靠近主入口側）為鋼結構，后場區為混凝土結構。下面以前場區為例詳述整體的設計思路。

2.1 ?構造層次的處理

鋁板幕墻的構造自外向內分別為：3mm白色鋁板、1.5mm鍍鋅鋼板防水層、100mm憎水巖棉（100kg/m3）、鍍鋅鋼板、玻璃絲棉、無紡布、穿孔內飾面鋁單板。荷載的傳遞路徑依次為鋁板→鋁板邊肋→75[×]50[×]6鋼板折彎轉接件→L75[×]50[×]8角鋼掛座→8#普通槽鋼橫梁→150[×]100[×]6mm鋼方通立柱→能夠調節角度與長度的連接件→主結構。

由圖2節點可見，鋁板幕墻構造層次可以分為三層。主龍骨、安裝在其上的鍍鋅鋼板和巖棉為第一層，三者實現了結構的完整性，初步完成了防水、保溫、隔聲的功能。面板、連接件、橫梁等為第二層，依附在主龍骨之上，既裝飾了建筑外立面，又有效的補充了防水的功能。玻璃絲棉和穿孔板等為第三層，依附在主龍骨上，起到吸音隔聲的作用，同時完善了內飾面的效果。

2.2 ?雙道密封的說明

鋁板幕墻的接縫采用了雙道密封。鋁板安裝完成后，在鋁板接縫位置打膠形成第一道密封，鍍鋅鋼板與龍骨之間打膠形成第二道密封。

第一道密封的意義還在于避免了風荷載的傳遞。外側鋁板為開縫設計時等效于開孔系統，縫隙的開孔率約為4%。按上海市地方規范（注1）外側為開孔板時，內側防水板承擔的風荷載占比為90%。按歐洲風荷載規范（注2）側為開孔板時，內側防水板承擔的風荷載占比為100%。但很多設計方往往忽視開縫系統中防水板承擔的巨大風荷載，采用較薄的防水板與較弱的固定方式，使得內側防水板發生強度破壞，造成防水層的失效。

采用雙道密封，內側防水板僅承擔風荷載的內壓，所受風荷載相比外側板開縫的情況減少約82%～90%。

需要強調的，對鋁板做打膠閉縫的處理阻斷縫隙也是出于減少建筑漏聲的考慮。如鋁板間縫隙未有效閉合，整體幕墻就無法滿足本項目高達40dB的聲學隔聲要求。

經過閉縫處理后，幕墻系統的最大非連續噪聲隔聲達到了40dB，最大雨淋噪聲隔聲達到了45dB，給室內人員提供了極佳的聲學體驗。

2.3 ?主龍骨與主鋼結構的連接

前場區的主鋼結構簡述為在豎向鋼柱上伸出環向鋼梁。幕墻的主龍骨需要與固定在主鋼結構上。因加工復雜、施工定位困難、焊接變形等因素的影響，主鋼結構的整體偏差較大。本項目主鋼結構的變形達到了正負30mm。

基于此，本項目中幕墻主龍骨與主結構的連接方式必須考慮現場誤差的影響。

幕墻主龍骨下口采用可調節式連接組件固定在主鋼結構上。幕墻主龍骨上口用連接耳板組件固定在主鋼結構上。

連接件一為?95[×]4鍍鋅圓鋼管，連接件二為[Φ]83[×]5鍍鋅圓鋼管，連接件二插入連接件一中形成套管連接。連接件一前端與幕墻主龍骨焊接固定，連接件二后端與主結構焊接固定。連接件二的壁厚略大，這是為了實現結構桿件的等強連接。主龍骨完成定位后，采用搭接角焊縫完成連接組件的連接。連接件二與連接件一的搭接長度按規范（注3）不得小于5倍的管厚之和，為45mm，考慮到主鋼結構的誤差，實際搭接長度為80mm。

連接件3為138[×]88[×]6mm的焊接鋼方通，插入主龍骨中。連接耳板下部為兩塊10mm鋼板，焊接在連接件3上。連接耳板上部為一塊12mm鋼板，焊接在主鋼結構上。三塊鋼板間通過一根[Φ]20銷軸連接固定。連接件3與幕墻主龍骨的搭接長度按規范為90mm。

主龍骨樣板完成后，業主認為耳板外露時不美觀。我們又在耳板外側焊接了裝飾性U型套管，開口朝外側。該套管的外觀尺寸與主龍骨一致，不受力，僅起美觀節點的效果。

2.4 ?面板與邊肋的連接

鋁板通過電栓釘與鋼邊肋相連。施工中電栓釘脫落的現象頻發。經過分析原因有二：一為鋼龍骨邊肋的精度過低，與面板的貼合度不高，導致電栓釘的螺帽擰緊時出現了安裝應力：二為因電流強度不夠、焊接工藝不規范、鋁板及電栓釘的表面清潔度不足等因素導致電栓釘與面板的結合強度過低。

采用以下方式調整：提高邊肋的加工精度;明確電流強度、規范焊接工藝、提高清潔措施，確保連接強度大于電栓釘本身的強度。調整后，電栓釘脫落的現象就很少了。

此種做法的優勢在于：將邊肋及中肋焊接為一個整體鋼框，將鋁板蒙皮到鋼框上，只要鋼框的平整度高，鋁板幕墻的主要弊端-板面不平整就能得到有效改善。

需強調的是，鋼框靠近鋁板的一邊要開平面內的長圓孔，使得鋁板與鋼框之間可以發生相對水平位移。防止在溫度作用下，鋁板產生內應力。

2.5 ?邊肋與橫梁的連接

每塊鋁板左右有兩條邊肋，各有兩個固定掛件。上部兩個掛件承重，四個掛件共同抗風。掛座與槽鋼間用螺栓連接。

3 ?雙曲玻璃幕墻

雙曲玻璃與雙曲鋁板參差布置，在兩者交界處共用主龍骨，其龍骨固定的形式與鋁板幕墻主龍骨相同。

3.1 ?玻璃形式

玻璃采用橙色中空夾膠鋼化LOW-E玻璃，采用平行四邊形單曲面擬合雙曲面，既降低成本，同時效果上也能滿足建筑師的要求。

擬合是按照最接近原則來做的。取多個單曲面，分別測量每個單曲面的四個角點與原始曲面的四個角點的距離之和，這些單曲面中距離之和最小的也就是與原始曲面最為接近的單曲面。

擬合后曲面需要沿著玻璃的長對角線起拱，最大的弧長將近6.5m。如此大弧長的建筑玻璃在當時是沒有的。市場調研發現絕大多數建筑玻璃的弧長均在3m以內，最大的彎鋼設備也只能生產4.3m弧長的玻璃，超過4.3m弧長的玻璃只能通過熱彎成型。但，熱彎玻璃缺陷較為明顯，其強度較低為鋼化玻璃的1/3，而且熱彎玻璃尚無成熟的離線鍍膜玻璃應用。

我們聯系到洛陽北方玻璃廠，北玻同意生產新的彎鋼設備。我們又將玻璃配置修改為TP8+0.76高強PVB+0.76橙色PVB+TP8LOW-E +12A+TP8。借由高強PVB膠片解決彎鋼玻璃變形大、吻合度差的問題，從而實現了超大弧長玻璃的生產。

3.2 ?玻璃與龍骨的連接形式

玻璃與龍骨的連接采用了點式連接。傳統的點式玻璃幕墻采用的駁接爪上四個連接點之間的距離不能調整。因此，玻璃必須根據駁接件的規格確定開孔位置。若采用傳統駁接爪，則玻璃開孔精度要求較高。

但因本項目為雙曲建筑，鋼龍骨加工存在誤差，定位又存在誤差，焊接固定又存在誤差，種種誤差的累積帶來一個后果--焊好駁接座后發現現場的玻璃孔位間的距離與駁接爪間的距離不相稱。這時只能強力扭轉駁接頭，使玻璃不可預控的帶應力安裝，極大的增加了玻璃自爆率。

對此，我們設計了一種新型的駁接爪，其優勢在于：駁接爪與駁接座間可以相對旋轉;駁接爪的長度可調。

駁接座上和駁接爪上均設置鋸齒面，鋸齒面上又有沿駁接座徑向的多個鋸齒;兩個鋸齒面抵接配合。用螺釘將駁接爪固定在駁接座上。鋸齒面相互鎖死的優勢在于，駁接爪僅一側安裝固定玻璃時，玻璃重力產生的彎矩不會使得駁接爪相對駁接座發生扭轉。

駁接爪由固定端、懸臂端和鎖緊螺母構成。固定端設有外螺紋。懸挑端插入固定端。鎖緊螺母設有內螺紋，內螺紋的孔徑從自內向外逐漸變小。通過調節懸臂端插入固定端的距離就可以調節駁接爪的長度，最后旋緊鎖緊螺母完成固定端與懸臂端的固定。

可調長度的駁接爪能夠適應現場誤差，玻璃開孔精度要求大大降低。玻璃板塊的安裝工作更為方便，且玻璃可以實現無應力安裝。

4 ?結語

本項目由珠海市晶藝玻璃工程有限公司設計，由中建二局裝飾工程有限有限公司施工。項目完成度較高，得到了業主和建筑師的一致認可。2018年被評為中國建筑裝飾獎。