双层双曲面穿孔烤瓷铝板幕墙设计与施工研究

林娜 杨新辉 包军良 吴小平 陈天驰

杭州运河中央公园外立面大量采用白色穿孔铝板幕墙，为空间双曲面造型，绕着玻璃幕墙蜿蜒而上，犹如水波形状，不规则的多边形孔洞体现江南窗花的肌理，富有传统韵味。公园将运河文化意境和中国传统文化元素完美结合,成为运河文化新起点、杭州城北新中心以及生态文明新地标。

穿孔铝板幕墙造型复杂，穿孔没有规律，每个板块的形状都不一样，对设计和施工都是巨大的挑战。为了体现表皮的轻盈与简洁，设计师认真研究了幕墙的施工工艺及用材，大胆构思幕墙的系统构造，对幕墙龙骨及板块的安装方式进行创新。建筑师希望达到的立面效果，通过幕墙得到淋漓尽致的体现。

1.设计难点

（1）穿孔铝板幕墙为螺旋空间双曲面造型，板块的多边形孔洞分布毫无规律，没有一个标准板块。

（2）采用双层铝板，钢龙骨隐藏于穿孔铝板中间。

（3）钢龙骨为双曲面不规则造型，钢结构加工及安装难度高。

（4）面板为双曲面，均为非标板，工厂化加工拼装难度大。

（5）白色铝板长期暴露在自然环境中，容易附着灰尘，表面被污染。

2.系统设计特点

（1）根据穿孔铝板幕墙的构造特点，研发出一套特殊的系统，面板采用双层铝板单元板块，并将受力的钢结构包裹在单元板块的拼接处，幕墙外观轻盈简洁。

（2）对整个幕墙体系进行精确三维建模，铝板曲率、分格及开孔尺寸完全根据实际尺寸进行1∶1 放样。通过参数化设计，形成板块的理论尺寸数据，与现场实际数据进行比对校核，即可用于钢结构与铝板加工。

（3）钢结构进行空间三维整体建模，采用等截面格构式进行整体计算分析，钢构架简洁、轻盈。

（4）铝板表面采用烤瓷工艺，其自洁性较常规喷涂面有很大提升，雨水冲刷即可除去表面灰尘。

3.双层双曲面穿孔铝板加工及施工要点

3.1 现场根据BIM 建模放样数据进行受力钢龙骨的拼装焊接

钢龙骨的拼装焊接流程：（1）地面铺设钢板安装平台；（2）间隔一定距离，从上平台竖直固定一根临时支撑钢管，根据BIM 模型，确定支点位置钢管高度（钢架为不规则曲面造型）；（3）以轴线为分界，水平方向进行空间钢架焊接，组成一个钢架单元；（4）切断临时支撑管，将组装成型的钢架竖向放置，吊装到预定高度，由玻璃幕墙的钢结构横向挑出支撑结构，将悬空的钢架固定在指定区域。

3.2 采用BIM 优化

采用三维扫描仪对现场安装好的龙骨进行空间点位扫描，获取具体点位数据，输入BIM 模型进行校核调整后。铝板加工厂家可根据精准的三维模型进行穿孔铝板的加工，确保单元板块的加工尺寸与现场实际放样尺寸相吻合，大大减少加工误差，提高安装精度。

图1 实景照片

图2 穿孔铝板与钢龙骨装配三维图

图3 穿孔铝板现场安装图

图4 穿孔铝板幕墙BIM 建模

图5 曲面钢结构拼装图

3.3 铝板表面烤瓷处理

烤瓷铝板表层是由纯无机树脂和无机颜料形成的涂膜，高温加热后形成化学稳定性很强的涂层。其特点有：

（1）表面光滑、高硬度、高耐磨，涂层的表面硬度达到6H 以上。

（2）耐高温，300℃不会变色或受损，耐久性≥25 年。

（3）抗污性能好，不易粘附大气中的污染物质，具有自洁性。

（4）涂膜颜色种类多，可满足不同效果需求。

烤瓷铝板生产工艺：开卷→精剪→切角→折弯→烧焊→装配→抛光打磨→清洗→喷砂→喷烤瓷漆→固化→包装→出厂。

3.4 现场安装

完成以上加工，成型单元板块运至现场前，相应位置钢龙骨已经焊装完毕，成品板块在现场只需吊装后，通过紧固件与钢龙骨固定即可完成安装，安装过程十分便捷，现场没有一个单元板块因加工误差而安装不上，板块利用率极高。

4.结语

运河大剧院项目，将烤瓷穿孔铝板的运用提升到一个新的高度。使用新制作工艺和新的系统设计理念，铝板幕墙不再局限于传统的使用方式，而是可以有更大的发展空间。本文以运河大剧院项目的铝板幕墙设计和施工过程中得出的经验为依据，将该项目双层穿孔铝板的特殊做法进行了总结和归纳，以期给同行带来帮助。