摘要：幕墙作为不承重的建筑外墙护围,在现代大型和高层建筑物中得到广泛的应用,随着相关技术和材料的不断优化,现阶段幕墙已经逐渐由传统笨重型向轻型板材转变,而且品种也越来越丰富,安全性能、防水性能、节能性能、使用寿命等方面也越来越理想,受到现代工程建设的高度重视。本文结合工程实例，对椭圆球曲面建筑幕墙设计与施工要点进行了分析。以供参考。
关键词：幕墙设计；椭圆状；建筑工程
引言
我国的建筑幕墙发展至今,已有二十多年的历史, 伴随着经济社会的快速发展,我国的建筑行业比起以前也有了天翻地覆的变化，在这段时间里, 我国在建筑幕墙的设计和施工经历了从学习引进到消化吸收,已经积累了丰富的经验,在引进国外最新技术的同时,结合自身条件和本国国情,利用自己的技术力量研究开发了许多新型的幕墙，正如本文提到的椭圆球曲面的幕墙设计。
1.工程实例
某国际会展中心扩建项目扩建总建筑面积:H3、H4场馆，54234m2;扩建工程幕墙面积:29053m2，单个场馆面积14527m2;建设规模与性质:扩建项目属于大型展览建筑;建筑高度:16.650m;建筑设计使用年限:本工程为3类建筑，合理使用年限为50年;抗震设防烈度: 本工程为7度; 基本风压: 0.85kN/m2 (根据风洞试验) ; 建筑结构形式: 钢框架支撑结构，结构层数1－2层; 绿色建筑设计标准:绿建一星。
2.幕墙工程特点
本工程幕墙主要由金属板幕墙与玻璃幕墙组合而成，外观为椭圆球曲面外形，整体呈鹅蛋形状。主墙面外围护幕墙为直立锁边100mm 厚矿岩棉保温层的内层金属屋盖与开放式铝单板外层幕墙合成的组合幕墙; 建筑标高4.60m以下嵌套竖明横隐的铝合金玻璃幕墙; 椭圆屋面长向中间设置一道2500mm宽通长隐框采光带，其中70%的可开启面积，椭圆屋面短向设置四道2500mm宽通长隐框采光带并延伸至地面。
3.幕墙工程设计、施工的定位放线
3.1 幕墙工程平面定位放线
本工程建筑平面形状为椭圆形平面，椭圆由三个不同半径的圆心弧组成。由于圆半径较大，取圆心点来放线比较困难，因此结合了施工现场的实际情况进行定位放线图的设计。
首先根据建筑施工图提供的绝对坐标点定出椭圆圆心点作为相对圆点即点“O’”，并对三个不同半径的圆心弧两端点给出相对的坐标，以及重要的建筑拐角点的相对坐标。本工程平面图上提供了相对基准点坐标点“C1—C12”共计12个点，并在相对坐标的点上标记出其相应的绝对坐标，以便复核。根据这些基准点结合CAD电子文档对幕墙施工需要的各个点位进行弹线放样。
3.2 幕墙工程立面定位放线
工程外立面根据其球曲线形的墙身剖面进行立面定位，为幕墙工程加工制作提供准确的依据，设计图纸作出了三个不同半径不同圆心的圆心弧组成球曲线形的墙身轴线控制点的关系图，并根据此控制线作出各个幕墙面的完成面墙身控制线图，主要有“直立锁边幕墙外皮控制线”、“开放式铝单板幕墙外皮控制线”、“玻璃幕墙外皮控制线”，以此控制线为依据，进行对构件的加工组装。
3.3 幕墙工程平面与立面定位放线相贯联系
以平面上椭圆线的点作为路径，以墙身定样作为榀面，榀向与平面上各圆心对应的圆的放射线为方向，沿路径布置形成整体的幕墙外立面造型。
4.幕墙杆件设计及施工要点
4.1问题与解决办法
(1)根据建筑幕墙的特点，其主要的受力杆件均为根据幕墙的分格布局，每根主杆件的受力均支承在结构构件上，由于本工程为钢框架支撑结构，主结构构件的焊接工序均应在工厂构件制作时完成，对于现场吊装完成的结构构件不允许再进行施焊作业，而这种情况与幕墙工程的安装特点是相互矛盾的，且本工程又是异形的幕墙工程，工程主要受力杆件的制作与安装在设计时应根据工程的特殊性进行可行性的构造设计。
解决方案: 幕墙杆件与主结构连接的连接件在工厂焊连完成后再进行结构吊装。
(2)幕墙的杆件安装尺寸位置在正常情况下是有比较精确的要求，而钢结构吊装的允许误差远满足不了幕墙安装精度的要求，故而作为幕墙用的连接件在工厂预加工的精度到现场安装时可能会出现较大的尺寸误差，为此幕墙设计师应充分地考虑相关因素对主受力杆件进行设计，为施工安装的顺利进行打下可靠的基础。
解决方案: 结合本工程为组合幕墙的特点，首先可以利用对直立锁边内层金属屋盖热弯主立杆安装精度要求不是太高的特点，通过直立锁边内层金属屋盖的热弯立杆设计与安装避免尺寸误差。在有玻璃幕墙与开放式铝单板幕墙处按其对应的分格进行布置立杆，以此可作为玻璃幕墙与开放式铝单板幕墙结构杆件进行过渡设计，在结构杆件基础上再进行玻璃幕墙与铝单板幕墙的杆件进行精确的布置。
(3)由于本工程为椭圆球曲面的幕墙，对于直立锁边金属板内层金属屋盖尚容易实现，而对于玻璃面板与开放式的铝单板面板为达到平滑球曲面效果必然要花高昂的造价去实现。
解决方案: 本工程体形较大，平面椭圆球形成的最小的圆弧半径为29.00m，其圆弧线分段后也比较平直，按幕墙2.0m的分格其弦高仅为17mm，立面墙身椭圆弧形成的最小的圆弧半径为6.70m，按幕墙1.0m 的分格其弦高仅为19mm，所以本工程用以折代弧的方式进行设计，在保证建筑整体效果的前提下既大幅降低了造价也方便了施工安装。
4.2杆件构造与连接节点设计
(1)直立锁边金属板内层金属屋盖主立杆与玻璃幕墙及开放式铝单板幕墙过渡结构主立杆按同样的方式进行设计，均采用热弯钢方管。热弯钢方管主立杆在结构计算时按有限元分析方法进行结构受力计算，直立锁边金属板内层金属屋盖因墙身弧形的要求，横向檩条步距不能太大，本工程按@1000进行布置，相对应玻璃幕墙的位置又有幕墙自身的横向主立杆，其分格也为1.0m 恰好与檩条步距同步，使主立杆的弱轴(侧向)稳定得到很好的加强，不再设置横向系杆，在室内观感上更简洁美观。其他直段构件均按常规幕墙构件进行结构计算。
(2)主立杆的统一性设计方便了幕墙加工制作与施工安装，立杆根据墙身定位图的尺寸进行热弯加工，加工好的部件沿平面定位放线的路径与点位进行布置安装，使整体幕墙一次就能打好外形的基础。
(3)连接节点设计如图1、图2
图2
直立锁边金属板内层金属屋盖主立杆与玻璃幕墙及开放式铝单板幕墙过渡结构主立杆之间的结构连接节点设计的特点是其对安装精度要求不用很高，允许左右移位偏差在20mm 以内。进出面位置根据连接板(见图1、2中的“PL①”)的长条孔调节到精确的位置，连接板的长条可调节尺寸设计为40mm，这样的设计充分考虑了主体的钢框架支撑结构对幕墙工程的局限性，方便了幕墙的制作安装。
(4)玻璃幕墙连接节点设计如图3、图4本工程玻璃幕墙的特点是横向分格尺寸大，基本以2.0m为标准。竖向的分格尺寸小，基本为1.0m为标准。根据玻璃幕墙分格的特点，结合内层金属屋盖的热弯主立杆的点面因素，设计时以横向杆件作为玻璃幕墙的主受力杆件，竖向按次龙骨进行设计，这样的设计既少掉了竖向立杆折弯的工序也简便了幕墙的施工安装，避免了以常规设计的方式让立杆作为主立杆设计时造成的不必要浪费。玻璃幕墙的横向主受力杆件通过现场在竖向热弯钢方管主立杆上精确的放样，通过板件(见图3、4中的“PL③”) 进行栓焊连接的铝型材通过精确放线定位后使其与横向主龙骨通过铝角码(见图3、4中的“铝角码连接件a”)连接。玻璃幕墙的铝合金杆件由于通过二次的放线定位连接避免了主体钢结构与竖向热弯钢方管主立杆的精度不够带来的误差问题。
图4
(5)工程项目实景效果(如图5～图6所示)
图6 工程外实景一角
5.开放式铝单板幕墙蒙皮设计与施工
本工程的开放式铝单板幕墙蒙皮是基于直立锁边内层金属屋盖加设外层蒙皮，开放式组合幕墙的设计与施工首先应考虑的是外层幕墙骨架的结构连接支座设置问题，即其不能在内层金属屋盖面板上开洞，以避免留下外墙漏水的隐患。由于造形的复杂性，异形铝单板面板的定尺加工是一项非常费神费力的工作，在设计过程中必须给现场施工提供切实可行的施工放样图给施工安装单位使用。
本工程的外层开放式铝单板幕墙骨架的结构连接支座根据内层直立锁边幕墙的特点进行设计，因为工程的异形性而对直立锁边的固定支托相对比较密集，基本在每米的分格就要设置一个支托，设计中利用了这些有利的条件。铝单板幕墙骨架的结构连接支座通过卡扣式支托卡在直立锁边板的直立边上，通过螺栓与内侧的支托固定连成一体，内层直立锁边板的支托依据铝单板幕墙骨架所需的位置调节布点，在此位置上的支托与檩条连接时不能采用传统的钻尾钉进行固定，而是采用不锈钢螺栓进行对穿固定。开放式铝板面板与骨架固定五金件紧定于开放缝隙中并采用装饰盖板进行隐藏式安装，内外层幕墙的相隔厚度为280mm，开放缝有足够深的空间进行紧固件装饰盖的安装。为便于安装，紧定螺栓的开放缝净深度留100mm 深。
异形铝单板面板的定尺的图纸设计结合平、立面分格的使用进行统一建模设计，为避免同一片板块跨越不同半径的弧线衔接点而产生四边形面板四角不共面的问题，分格设计按不同半径的弧线衔接点作为分格的基准点进行等分，对整体幕墙的分格单元边均进行单元边编号，并根据编号进行列表，列出各单元边对应长度尺寸。本工程在设计的过程中借助3d3s进行结构计算与单元建模，并列出各单元边的长度尺寸列表，建模列表下来的单元边仅单个场馆就有3万多条，异形幕墙若以做好的骨架为基础进行逐边丈量不仅很费工日，而且尺寸也会因人为的疏忽造成很大的失误，本工程施工安装过程中以图纸结合3d3s 模块使用，为所有幕墙面板尺寸定制提供了很大便利。
6.屋面采光带的设计与施工
金属屋面的采光带设计与施工的重点是采光带与金属屋面板接口处以及采光带与天沟接口处合理可靠的排水处理，特别是采光带开启部分较多的情况下，如果设计不合理，施工安装不到位，将会埋下漏水的隐患。采光带设计节点及实景见图7、图8:
图8 实景图
采光带的设计除了结构计算外，重要的是防漏水设计。防漏水首先要理清楚水流的疏导系统，再就是屋面板、固定采光带、可开启采光带的层级间的构造合理性。因为是屋面的采光带，对于层级的阶差影响不到建筑的外观，那么设计重点是放在预防漏水的问题上。所以在设计中按可开启采光带高于固定采光带高于金属屋面板进行设计，高层级与低层级交接处低处有向高处上翻的倒水挡板，高处有向低处下盖的披水板，形成不少于两道防水措施。水流的疏导系统固定部分按隐框设计接缝耐候胶缝，开启部分相邻处的接缝均设计排水沟，导流到低处，所有开启的各个单元均设计非拼装的焊接或胶接的整体套框与整体披水板; 施工过程严格按从下至上的层级关系进行施工安装。
7.结束语
在现阶段的建筑发展过程中,幕墙已经是一种比较重要的外墙房屋结构, 同时,它自身也能够达到外墙在各个方面所起到的防护作用,广泛应用于建筑工程当中，为美化我们的城市和生活做出了贡献。因此,幕墙的施工设计也是更加受到人们的关注,结合工程实际对椭圆球曲面的幕墙设计与施工进行研究探讨，推动幕墙施工技术的不断创新,能够有效促进建筑行业的发展。
参考文献：
【1】张明浩,许幼萍.浅谈现代高层建筑幕墙施工技术关键[J].门窗. 2017(04)
【2】杨普.房屋装饰玻璃幕墙施工技术的运用及探析[J].建材与装饰. 2017(36)
论文作者:夏集平
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/5
标签：幕墙论文; 工程论文; 光带论文; 单板论文; 结构论文; 椭圆论文; 玻璃幕墙论文; 《防护工程》2017年第28期论文;