復雜空間曲面幕墻設計

    近年來，隨著國內(nèi)勞動力成本的提高，單元式幕墻與框架式幕墻之間的成本差距已經(jīng)縮小，而另一方面，隨著市場對建筑幕墻品質(zhì)要求的不斷提升，單元式幕墻質(zhì)量一致性好以及施工速度快的優(yōu)點開始突出起來，這些有利的因素開始推動單元式幕墻在高層、超高層建筑中逐漸普及。

    單元式幕墻在工廠完成單元組件制作，將面板安裝在單元組件框上，而單元組與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)件安裝在單元組件內(nèi)側(cè)，在吊裝時單元組件與主體結(jié)構(gòu)的連接在內(nèi)側(cè)操作。單元組件間靠相鄰兩單元組件相鄰框?qū)Σ褰M成。

    不過，單元式幕墻使用也有局限。其構(gòu)造復雜，不適合做多規(guī)格少批量的生產(chǎn)。所以一般都希望盡量能統(tǒng)一規(guī)格，以形成一定的加工批量。另外單元式幕墻密封系統(tǒng)采用等壓腔原理，其比普通框架式的密封膠封閉工藝要復雜，對單元板塊互相插接后所形成的腔體也有嚴格的要求。這就要求立面造型盡量簡單。所以一般情況下，單元式幕墻適合用在立面規(guī)整、造型簡單的建筑中，而立面復雜的建筑則多使用框架式幕墻。

    以往的高層和超高層建筑大都符合單元式幕墻的使用條件，一般都是較大的體積和較為規(guī)整的立面。但人們總向往能夠得到與眾不同的東西，所以像鳥巢、央視大樓這一類造型奇特的建筑便應運而生了。這對我們來說，意味著市場正在形成一個新的需求，有必要進行這一領域的技術探索和研究。

    在之前的許多項目中，由于建筑表現(xiàn)的需要，有時需要將一些扭曲的復雜空間曲面應用于建筑外表。這一類項目的幕墻構(gòu)造也是采用平板材料來模擬空間曲面，對于圓錐、圓球一類的規(guī)則空間曲面，還可以采用一組梯形平面板塊來模擬，但對于不規(guī)則的復雜空間曲面則往往只能采用三角形的平面板塊來模擬。

    這種情況主要是因為復雜空間曲面很難劃分出四點共面的四邊形板塊，因而相鄰四邊形板塊邊緣就不能彼此完全重合，從而無法形成有效密封。而三角形的板塊不存在頂點不共面的問題，可以保證相鄰板塊的邊緣完全重合，有效解決幕墻的密封構(gòu)造問題，所以廣泛應用在復雜空間曲面的劃分上。

    但是，三角形板塊的應用障礙是視覺效果不好，尤其是從室內(nèi)觀看的效果尤為突出，一是三角形的斜邊破壞視角的通透性，二是由于傾斜的線條過多且會在視覺上顯得比較雜亂，所以在使用過程中，其效果不如四邊形板塊好。

    國際上一些流行的做法，大都采用對碰式的密封技術。這種方法是將單元板塊側(cè)面安裝兩圈空心膠條，單元板塊安裝時板塊對碰，靠膠條的壓縮變形實現(xiàn)密封。這種做法的好處是構(gòu)造簡單，但缺點是密封不佳。由于膠條的尺寸與相鄰兩個單元板塊的膠條無法對齊，所以必須通過加大膠條的疊合面積來解決板塊的錯動問題。錯動量越大，膠條尺寸就越大，否則會在錯動的單元板塊間會形成局部縫隙，無法形成密封腔體。

    對于水密性能要求很高，加上板塊之間的錯動量較大的單元幕墻，不適合采用傳統(tǒng)的‘對碰密封’技術。如何對傳統(tǒng)的‘對碰密封’技術加以改造呢？ 我們通過分析后，采用了一個新的思路，將用于碰接的密封部分和用于安裝玻璃的框架部分分解成兩部分，即可解決這個問題。沿著這個思路， 我們需要做以下幾個工作：

    復雜空間曲面在劃分四邊形板塊時，單元板塊規(guī)格會非常多，但每種規(guī)格的數(shù)量很少，甚至有的規(guī)格只有一塊�？紤]到加工生產(chǎn)所面對的困難和挑戰(zhàn)，必須在工藝設計上盡量降低生產(chǎn)和施工的工作量。如圖1，在構(gòu)造設計過程中，采用了平面四邊形的板塊邊框配合活動密封槽的構(gòu)造。這樣將拼接板塊由空間四邊形轉(zhuǎn)化為平面梯形，降低了加工難度。在密封槽的設計上，采用固定密封槽（與板塊邊框成為一體）與活動密封槽搭配的設計。之所以不采用純活動密封槽搭配的原因，是活動密封槽與固定密封槽搭配方式可以比純活動密封槽搭配減少一半的零件數(shù)量，這對生產(chǎn)加工帶來很大的好處。

    活動密封槽與板塊邊框之間采用螺釘連接。由于活動密封槽在板塊邊框上安裝固定時需要調(diào)整角度，為方便調(diào)整安裝角度，在活動密封槽上開條形孔，并設置防滑紋。這對于加工生產(chǎn)而言，無需精確測量及加工，以簡化加工難度。與板塊邊框加工不同的是，活動密封槽的端頭加工需要切空間角度。保證足夠加工精度需要以降低生產(chǎn)效率為代價。但我們經(jīng)過分析后認為，密封槽的功能僅為構(gòu)造幕墻的密封系統(tǒng)所用，其本身并不外露，因而在能保障接頭密封的情況下可以放松接縫的拼接要求，這樣可以較大幅度地提高生產(chǎn)效率。當然，為保證在降低接縫工藝標準的情況下仍然可以滿足接頭的密封要求，我們在密封槽拼接接縫部位用PDM發(fā)泡墊片來消除誤差。EPDM發(fā)泡墊片因其耐老化性好，現(xiàn)場處理比較容易，同時減少加工廠打膠，可以節(jié)省加工時間。

    單元式幕墻基本構(gòu)造如圖2，從圖中可看出，等壓腔達到防水的關鍵是密封條的對碰及密閉。因此確保對碰的膠條對齊是本次設計的一個重點，這直接影響水密性能和氣密性能是否能夠滿足設計要求。由于本項目板塊均為空間定位，因此板塊之間不能維持橫平豎直的對照關系，所以單元板塊安裝時很難準確定位在理論的空間位置上。但單元板塊一旦因為安裝定位偏差，就會造成密封槽的對碰膠條錯位，從而影響密封效果，嚴重的還會導致密封系統(tǒng)失效。因此在設計采用了一個新的思路，在活動密封槽之間加裝定位角碼，通過其定位來消除誤差，確保本膠條中心線在同一位置，從而使氣密性和水密性能滿足要求。我們在密封槽設計上采用了活動密封槽和固定密封槽搭配的方法，并在固定密封槽內(nèi)設置了導向定位器（定位角碼）來確定活動密封槽的安裝。在兩個板塊對碰的過程中，導向定位器可以糾正板塊之間的拼裝偏差，從而確保對碰膠條嚴格保持對齊。

    隨著社會的不斷發(fā)展，單元式幕墻應用越來越普遍，在保證建筑師外立面效果和幕墻本身的性能前提下，突破四邊形板塊用于復雜空間曲面的技術難題很有意義，與現(xiàn)有技術相比，我們的技術方案較好地解決了此類產(chǎn)品的密封問題，從而使單元式幕墻在復雜空間曲面中得以應用。