胡逸伦
同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海市 200000
摘要：当前，极富视觉冲击力的建筑越来越多地呈现在我们面前。作为建筑外饰层的屋面，如何实现建筑创意以及将建筑语言表达得更加透彻，已是许多幕墙公司必须面临的课题之一。曲面建筑，特别是双曲面的建筑造型已越来越多地应用在国内外建筑造型中，而新型的计算机技术，已完全可以满足此类造型设计的需要。
关键词：双曲异型；金属屋面；设计
随着高层建筑建设迅速发展，现代建筑幕墙和屋面是多种材料搭配，有凹有凸、有曲有折的各种外形的组合，由它构成的建筑造型新颖多变、标新立异，构图虚实对比强烈，环境色彩鲜艳明快，具有人们喜闻乐见的建筑艺术效果。作为建筑外装饰中最有表现力的层面就是面板了。面板通过其丰富的色彩和多变的造型，来实现对建筑表观艺术的完美追求。金属板的加工和安装在建筑外装饰面板中，由于其自身的特性，诸如造型多变、连接方式简单、易清洁、色彩丰富、材质多样、功能性强等特点，为建筑艺术提供了丰富、可行的表现材料和手段。
一、慨述
在铝板外装饰板的造型上，可称之为异型的方案有多种。比如，可以在平板铝板板面上进行单曲面加工，然后再进行几何形状的裁剪，将多个单曲板拼装拟合成双曲面，单曲板的加工大部分则采取滚弯的方法成形；可以在铝板块上直接进行双面的造型加工，然后由多个双曲板拼成双曲面，或将有着不同样双曲造型的单块板组拼成异型面；还可以在平板面上进行几何形状的裁剪，并做边缘收口，其中有三角形板、棱型板、不等边多边型板等，或在板内开孔，在平板内切割异型图案等，将多块平板拼成双曲外形，用平板拟合成双曲面，此种板的加工方案基本采用切割、焊接、铆拼接的方法成形。
二、工程特点
本工程幕墙部分几乎全部由菱形铝合金板拼成曲面，而幕墙与金属屋面相交部分则由菱形铝合金板拼成双曲面。如何控制好建筑的造型，是工程的关键。以往常规的图纸表述方式平面图、立面图、剖面图，均不能准确表达异型建筑造型的要求。由于外部建筑造型所致，该项目金属屋面部分与建筑幕墙部分没有一个明确的分界线。幕墙与屋面从节点设计到强度计算以及材料的使用，都有很大差异。为确保项目的安全性能和使用性能，在设计中根据本工程项目的实际情况进行整体设计，不论是幕墙还是屋面，均将其有机地结合在一起，综合考虑技术指标。
三、异型金属屋面及幕墙设计
由于建筑体型和功能的要求，对金属屋面和幕墙来说，设计与施工的难度很大，只有结合实际工程情况采取特殊的、能够适应本项工程的结构、节点设计和施工工艺方案，才能顺利完成本项工程。
1、铝镁锰金属屋面板设计。防水是屋面系统最基本也是最重要的功能，它的好坏直接影响着工程的形象和声誉。正因为如此，屋面系统的防水性能是金属屋面最值得关注的。普通压型金属板采用的是螺钉穿透式固定，钉孔处仅靠螺钉下的橡胶垫片密封。随着垫片的老化及屋面板受风压反复作用，垫片的密封性能将大打折扣，并将导致漏水；而且由于屋面存在成千上万个钉孔，其施工质量也受工人素质及技术水平的制约而难以保证。一旦出现问题，漏水点的查找也十分困难，不易补救。根据本工程特点，我们在金属屋面系统外层选用高直立锁边铝镁锰金属面层防水板，在第2层采用防水透气膜作防水层，即以双层防水的方案来确保屋面系统的防水功能。
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（1）防水功能分析。本工程采用的是直立锁边屋面板型，板肋直立，使得其排水断面几乎不受板肋影响，所以有效排水截面较普通板型更大；加之板肋高为65 mm，更能保证屋面板在坡度平缓情况下的防水功能；同时铝合金的弹性模量小，对双向弯曲的屋面适应性更强。本方案铝合金屋面系统采用先进的直立锁边固定方式，从根本上杜绝了传统螺钉穿透固定方式带来的漏水隐患。首先将铝合金固定座用高强不锈钢螺钉固定于镀锌檩条上翼缘，再将屋面板扣在铝合金固定座的梅花头上，最后用电动锁边机将屋面板的搭接边咬合在一起。由于采用了这种固定方式，屋面没有螺钉外露，不仅杜绝了成千上万个螺钉孔造成的漏水隐患，整个屋面也美观、整洁。另外，该屋面系统可配合独有的铝合金或不锈钢配件，使客户可以方便地在屋面板上设置装饰板而无需穿透屋面板，同样不会留下任何漏水隐患。此板型的另一个优点是防毛细作用，体现在直立锁边系统的板肋上。板肋小边上的特制凹槽在咬边后形成的空腔扩大了板肋的隙缝，可防止毛细现象发生，阻绝水分通过毛细作用进入室内，以更好地达到屋面的防水功能。
（2）金属屋面板排版设计
金属屋面板的排版设计中，屋面板对曲面的顺滑覆盖是保证屋面板能自由伸缩及防水的关键，因而分析屋面板铺设在曲面上的效果，并据此制定相应的排版方案，决定着整个屋面工程的成败。为确保屋面的使用功能，必须对其不规则的外形进行详细分析，才能完成合理的排版设计。根据建筑图纸，建立精确的三维模型，并将三维模型分为两大区域，即项部区域和墙面区域。两个区域之间，由天沟来分界。根据位置和形状，在展览展区墙面区域中，将防水板分成21 个分区；在会议区墙面区域中，则分成18 个分区。在双曲形状金属屋面排版设计时，需要考虑以下几个问题：由于屋面双向弯曲，如使用直板，会出现扭曲甚至无法安装的情况，在此情况下，使用扇形板或局部使用扇形板将是最好的解决办法。由于屋面板铺设方向不能沿曲面的径向，因此在沿屋面板的侧向会有较大的偏移，尤其是板的中部。如果出现这种偏移，且偏离距离过大，则需要板有很好的柔韧型，也可能需要采用异型板。
（3）面层菱形铝合金装饰板设计。幕墙部分几乎全部是由菱形铝合金板拼成的曲面，幕墙与金属屋面的相交部分是由菱形铝合金板拼成的双曲面。因此，面层装饰板的定位完全按三维模型进行设计和控制。建筑外表面装饰铝板的整体建筑效果，菱形铝板装饰板的外饰面虽然都是双曲面的，但曲率变化有规律，都由按事先的曲线用一片片的菱形铝合金板拼成。每块板之间的夹角都有变化，也是按事先设计好的曲面切线之间的角度确定的。在对菱形铝板装饰板的设计中，充分考虑了使用过程中的可维护性能，采用了单板挂钩式连接方法，使每块菱形铝装饰板都能单独更换，从而提高了金属幕墙的使用、维护性能。
2、排水天沟设计方案。天沟槽的设计应考虑：排水天沟宜采用防腐性能好的金属材料，厚度不应小于2.0 mm；防水系统宜采用两道以上的防水构造，并应具备吸收温度变化等所产生的位移的能力。排水天沟的截面尺寸，应根据排水计算确定，并在长度方向上考虑设置伸缩缝，天沟连续长度不宜大于20 m。天沟槽设计时，除需充分考虑其自身的排水、引水的功能外，还要考虑到排水天沟是整个采光顶系统的一个组成部分。其功能要完整，特别是在保温、隔热、隔声及装饰性能上，要根据不同的项目进行专门设计。一般要求在天沟金属槽的室内部分，要填充保温棉，并在可视部分包饰装饰面层；在天沟金属槽的室外部分，则需采用防水涂料加防水卷材的方法，以减少噪声，并提高沟槽的防腐能力，延长其使用寿命。
结束语
近年来，建筑幕墙的形式在不断地发展，新材料新工艺在进一步地丰富着建筑幕墙和屋面的内涵。我们在传统的金属幕墙和屋面的基础上，用改变面材的造型，增加面材的艺术性，来体现建筑的艺术构思，特别是对有着很大可塑性空间的金属板幕墙和屋面，只要在单独板块或集群板块上增加塑造内容，就能更好地反映建筑的美学效果，彰显建筑的个性。
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论文作者:胡逸伦
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第18期
论文发表时间:2019/3/26
标签：屋面论文; 屋面板论文; 幕墙论文; 建筑论文; 天沟论文; 金属论文; 曲面论文; 《建筑细部》2018年第18期论文;