曲面造型建筑表皮技術在生命港綜合基礎建設項目中的實現和應用*

李志盛

(中鐵二十三局集團第一工程有限公司 山東 日照 276800)

建筑項目外立面是效果和功能的重要實現部位,建國初期的建筑工程項目外立面大多為普通的建筑墻體+保溫+粉飾涂料,無法滿足不斷發展的各種異形建筑形體工程項目。

建筑外立面在20世紀80年代末衍生并發展了幕墻技術。歷經30余年,建筑幕墻的類別和形式有了快速的發展,技術工藝也不斷在發展和創新中。目前的建筑外幕墻按材料外觀和形式大體分為玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻、陶板幕墻等,其中玻璃幕墻和金屬板幕墻因其外觀整潔、材料表面的細膩質感仍然在建筑外幕墻中占據不可比擬的優勢。玻璃和金屬板是建筑師對建筑外觀效果實現的主要選擇。

中鐵二十三局集團有限公司作為國內大型的建筑施工總承包企業,肩負著央企的責任和擔當,實施并完成了多項異形曲面建筑表皮項目。在生命港綜合基礎建設項目工程建設過程中,中鐵二十三局項目部技術團隊積極的理解并拓展建筑設計理念,在實施過程中優化并提升建筑外立面的材料選型和技術構造工藝。用全新的系統構造理念來實現建筑外幕墻的效果,如圖1所示。

圖1 CRO 大樓立面效果圖

1 曲面金屬屋面

生命港綜合基礎建設項目由1#～5#小型研發樓和6#CRO 平臺大樓組成。項目最具特色的是6棟建筑單體屋頂為連續的金屬屋蓋,中間部位上表皮為類光伏藍色的金屬板,下表皮為木色的金屬格柵,四周為連續的白色異形圓弧金屬板造型,賦予了整個建筑統一鮮明的第五立面造型效果。頂視效果為木色的金屬格柵,由3 mm 木色氟碳噴涂的金屬板折彎加工而成,每條格柵寬度400 mm,間隙150 mm,通過兩側100 mm 折邊與側邊的氟碳噴涂鋼檁條固定,現場操作工人在屋頂鋼結構架內作業,進行固定不銹鋼螺釘工作,斜向固定方式保證了安裝工藝的實施,不用特殊搭設腳手架或高空升降作業車,有效減少了施工措施成本(見圖2)。

圖2 木色金屬格柵吊頂 安裝構造詳圖

四周連續的白色圓弧金屬板造型車間加工彎弧成統一單元模數的單元產品,現場采用機械固定的方式與內部氟碳噴涂屋面鋼檁條固定。四個角部在延續端面弧形后進行平面曲線延伸,為雙曲弧形板造型。采用BIM 技術進行現場三維放樣,車間雕刻加工雙曲弧形金屬板,完美的實現了屋面曲面金屬板造型效果(見圖3)。

圖3 雙曲弧形金屬板三維放樣圖

2 連廊折型金屬板

生命港綜合基礎建設項目在二層設置連廊通道連接1#～5#小型研發樓和6#CRO 平臺大樓。連廊兩側設置白色折型金屬板裝飾,形成有韻律的統一曲折的金屬齒形效果。由于二層連廊部分與單體建筑相鄰,為混凝土梁板結構,單體建筑之間的連廊設置為單獨的鋼結構支撐體系。根據主體結構的特性,分別設置不同的折型金屬板構造形式。并在連廊轉角處進行弧形轉接,轉角的折型金屬板車間預彎弧。連廊側邊為玻璃欄桿,玻璃欄桿與折型金屬板在玻璃底部鋼槽處進行嵌縫連接。由于轉角處的弧形折型金屬板上下邊需要連續轉接,采用三維放樣定位的方式進行精準尺寸控制。并在車間按實際尺寸進行模板樣板的制作,保證最終二層連廊折型金屬板連續的造型效果(見圖4)。

圖4 二層連廊金屬板三維放樣圖

3 豎向金屬格柵

CRO 平臺大樓立面設置豎向造型金屬格柵,原設計施工圖金屬格柵由擠出型鋁型材拼造而成。基于結構安全的考慮和施工的便捷性。對其構造方式進行了優化處理。考慮鋁型材截面尺寸受限于擠出設備的規格限制,金屬格柵設計為三段鋁型材拼接而成。為了有效的保證金屬格柵的連接安全性,內部設置兩段工字鋁插芯,通過鋁型材插接的方式防止格柵在承受側向風荷載的工況下出現脫落狀態。

氟碳噴涂連接鋼板直接插入內部,與金屬格柵型材采用不銹鋼螺栓連接。在標準位置,車間采用內部銑切方孔的工藝,現場連接螺栓可以從內部斜向插入并進行預緊連接,然后扣接外部鋁合金型材,最后采用工字鋁從端部插入,端部封板固定。保證了連接結構性安全。

基于部分金屬格柵位置在消防救援窗的位置,此部分金屬格柵的螺栓連接方式采用側向鉆安裝孔的方式,并進行位置標識,保證了在消防救援的狀態下,可以快速有效的拆除金屬格柵,破窗進入內部進行救援工作(見圖5)。

圖5 金屬格柵構造詳圖

4 層間造型雨篷

CRO 平臺大樓二層起始有連續的層間造型雨篷,作為立面造型的重要組成部分。造型雨篷采用白色氟碳噴涂金屬鋁單板,端部采用弧形處理方式。金屬鋁單板與內部的熱鍍鋅鋼型材連接,因為造型雨篷的分隔縫與立面金屬鋁板幕墻縫隙對應,造成了雨篷鋼型材與立面金屬鋁板內部的鋼型材發生碰撞現象。

為了保證整體立面效果,現場進行施工工法研究,提出了相應的解決措施。金屬雨篷內部鋼型材進行錯縫式與主體結構固定,避開立面金屬鋁板幕墻的鋼型材位置。在金屬雨篷裝飾面板分縫位置進行熱鍍鋅角鋼型材的轉接處理。這樣既保證了金屬雨篷連接的結構安全性,又維持了原來的立面效果,保證統一的立面對縫關系。在局部二層和三層的位置,進行層間的金屬雨篷弧形對接,形成連續統一的雨篷裝飾帶。1～5樓的層間造型雨篷同6#CRO 平臺大樓,樓宇之間的雨篷也進行了有效連續的銜接,建筑單體之間存在溫度變形和沉降位移差工況,為了適應不同結構單體間的結構變形,在樓宇之間的金屬雨篷內部鋼型材采用一端鉸接,一端滑動鉸接的處理方式。保證了在上述工況狀態下,金屬雨篷內部鋼型材能夠釋放位移,避免變形狀態下局部連接部位集中應力的出現,保證了樓宇之間金屬雨篷的結構安全性能(見圖6)。

5 玻璃幕墻豎向裝飾造型

CRO 平臺大樓東南角和西北角區域為豎明橫隱式玻璃幕墻系統,為了凸顯立面豎向線條的效果。玻璃幕墻外扣蓋采用了大截面裝飾型材。

幕墻立柱與橫梁采用螺栓+螺釘組合的連接方式,玻璃壓板與幕墻立柱采用螺栓連接,外裝飾扣蓋與玻璃壓板之間采用扣接+側面螺釘固定的方式。有效的保證了連接的結構安全性。密封性能采用兩道密封的方式,外側采用EPDM 三元乙丙膠條,玻璃內側采用硅酮密封膠的方式進行全封閉的有效密封,如圖7所示。

圖7 玻璃幕墻豎向裝飾造型

6 頂部玻璃采光頂

CRO 平臺大樓玻璃幕墻上側設置玻璃采光頂系統,玻璃采光頂采用8Low-E+12A+6+1.52pvb+6 mm 中空半鋼化夾層玻璃,并在底部設置 6不銹鋼鋼絲繩間距為300mm,有效的防止玻璃破碎后墜落傷人。采光頂玻璃采用硅酮結構膠粘接鋁合金附框的方式,附框與采光頂底部鋼型材螺釘連接。采光頂玻璃之間采用硅酮耐候密封膠進行防水處理,并在底部設置通長的U型鋁合金水槽,防止因局部漏水后,可有效的將水導入到邊部的不銹鋼水槽中。密封防水+有效的導水措施保證了采光頂的密封性能(見圖8)。由于采光頂排水坡度的需求,現場進行三維定位放樣,并進行BIM 三維仿真模擬采光頂坡度坐標,準確的定位參數指導現場的安裝(見圖9)。

圖8 玻璃采光頂詳圖構造

圖9 玻璃采光頂坡度坐標參數

7 結語

建筑外幕墻是建筑表皮的最終實現,幕墻構造的優化和現場工藝措施的解決最終目的是實現建筑外觀并保證其性能要求。生命港綜合基礎建設項目工程在建筑幕墻項目的實施過程中,對原有的設計進行技術細節的剖析和現場施工措施的制定,滿足了項目曲面造型立面的質量、結構安全、性能構造的優化,并最終完美的實現了建筑項目的外觀效果。生產和安裝及項目進度、成本、質量的高度協同統一源于對建筑技術的不斷探索和研究。