江西商联中心单元幕墙冷弯技术分析

江西商联中心单元幕墙冷弯技术分析

张立森

身份证号： 22021119821115 ****

摘要：为了实现建筑物的曲面效果，冷弯成型技术已大量应用于建筑幕墙中，是一种实现建筑曲面效果比较经济的技术手段。本文对江西商联中心幕墙工程的单元幕墙冷弯技术进行分析，为类似的异形曲面单元幕墙设计与实施提供参考意义。

关键词：单元幕墙；曲面分析；冷弯技术；施工分析

一，工程概况

本工程由B1、B2两幢塔楼组成,B1塔楼为58层，B2塔楼为57层。两幢塔楼高度均为249.9m，总建筑面积56万㎡，幕墙面积约8.5万㎡。整体建筑呈扭转向上的态势，建筑外表皮整体呈双曲面造型，平面内呈不规则多边形构造，立面沿高度略有变化。

二，塔楼单元玻璃幕墙系统简介

本工程为半隐单元式玻璃幕墙系统，层间外悬挑三道装饰条，悬挑长度分别为110mm ,160~210mm ,210~750mm；龙骨材料采用铝合金 6063-T6，热断桥采用 PA66 玻璃纤维；饰面材料透光区为8mm+1.52pvb+6mm+12A+8mm钢化双银Low-E夹胶中空玻璃；非采光区为6mm+1.52PVB+6mm+12A+6mm双银Low-E夹胶中空玻璃及2.5mm厚氟碳喷涂铝单板，背衬2mm粉末喷涂铝板及 80mm保温岩棉；单元体采用预制槽埋，挂件和基座均为铝合金型材。

三，塔楼单元玻璃幕墙系统分析和设计

本工程幕墙面是平面与双曲面相结合，因此产生的幕墙板块种类繁多，单元板块设计及施工将是本工程的重点和难点。若采用传统的实施手段是难以完成的，而建筑信息模型（BIM）是以三维技术为基础，集成了建筑工程项目中设计、建造、管理、运营等各种相关信息的工程数据模型，BIM技术在建筑工程中的直接应用，使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，并为协同工作提供坚实的基础。为确保该本项目建筑造型和幕墙设计方案得以实施，技术团队利用BIM软件对本建筑进行了系统化的分析和设计。

根据几何定位关系，结合模型形体变化，利用BIM技术对建筑表皮进行分析，得到定位点坐标数据，依据数据表对控制点定位并生成幕墙轮廓，用幕墙轮廓线拟合建筑表皮, 根据每层翼板控制点坐标及对应弧线段的半径，可以生成当前楼层翼板外轮廓,按平面轴线投影到立面，得到幕墙单元的所有分格尺寸。

通过对幕墙单元板块阶差进行分析，对单元板块阶差进行分类及调整：A ：板块在一个立面上，四个角点共面，板块可按常规单元做；B ：此处曲面变化较大，许多板块四个角点不共面，存在翘曲阶差，对翘曲价差超过40mm单元板块进行局部曲面调整，将翘曲阶差控制在小于40mm；C ：板块为梯形板块，四个角点共面，但竖向角度变化较大。

对单元板块角度进一步进行分析：

1．平角度分析

由于各层板块数量变化，且板块数量较多，平面分格之间角度变化较大，将模型中所有平面夹角数据导出，并对数据进行优化后，得出塔楼水平角度变化范围为：160.8~180°，为简化设计工作，降低加工及安装难度，所以决定竖框开六组模具已适应角度的变化，分别为180°、176.5°、173°、169.5°、166°、162.5°，每组角度变化适用±1.75°。

2．竖向角度分析

由于曲面原因竖向之间角度变化也较多，将模型中所有竖向夹角数据导出，并对数据进行优化后，得出塔楼竖向角度变化范围为：87~93°，为简化设计工作，降低加工及安装难度，所以单元上下横框开三组模具适应角度变化，分别为90°、88°、92°，每组角度变化适用±1°，可以满足幕墙垂直面最大夹角变化。

采用以上方法有效的减少了单元板块的种类，满足了建筑曲面面的变化要求，降低了加工及施工难度，提高了设计人员的工作效率。

四，单元板块的具体实施方案

1，曲面单元的实施方案：

本工程为单元幕墙系统板块为四边形结构，通过四边形单元板块组合形成双曲面的整个幕墙。由于幕墙面为不规则双曲面，对双曲面进行分格划分后，再采用折线拟合法，所形成的四边形为空间四边形，如果将空间四边形其中的三个点确定一个平面，第四个点将不在这个面上，而第四个点到这个面的距离我们称之为翘曲值或变型值。

目前双曲幕墙实现方法主要有：热弯玻璃法，台阶过渡法，三角形拟合法，冷弯成型法。本工程考虑采用冷弯成型法又称为弹性成型法，是利用幕墙材料本身存在的弹性变形能力，将翘起来的点压到理论位置，由于材料处在弹性变形阶段不会破坏，且可以继续承受外部荷载。冷弯技术已经比较成熟，目前有国内外多个利用冷弯技术进行施工的项目，并对冷弯进行过实验，及与 ANSYS 模拟的结果进行对比分析，确定冷弯产生的型材和玻璃的内力很小，残余应力对材料影响基本在可控的范围，证明其是安全可行的方案。

（1），单元转接件的定位及安装

利用BIM技术对单元的挂件进行分析定位，给出所有挂件的理论三维坐标，现场利用全站仪进行测量定位安装，此工作是确保单元安装到位的关键步骤。

（2），单元板块的加工制作及安装

单元板块采用现场冷弯法的施工方法：在工厂组装成平板单元，通过挂件定位强制性实现板块的变形，将平面单元板块吊装到理论位置通过外力强行将板安装到挂件上，单元整体冷弯成曲面板块。通过现场实际安装板块试验，可以轻松将板块安装到位，简化了设计及加工，便于现场的安装，此方案性价比较高，通过简洁的施工手段，即节省了成本，又进而保证了建筑外立面的整体曲面效果。

由于单元板块四边形上下尺寸也存在差值，理论上所有的面材也都是不规则四边形尺寸，给材料加工带来极大的困难，对于存在5mm以内的差值，对饰面材料铝板和玻璃，采用近似法加工，将面材按上下值平均数进行加工，玻璃实际加工尺寸与理论值仅差2mm，再通过与护边的胶缝进行调整，使面材均按矩形尺寸加工，大大加快了材料的生产及可替换性。

此方案按常规标准单元板块作法，对复杂无规则尺寸的单元板块，即通过设计优化了板块的种类，曲面的实现仅仅是通过现场的安装加以解决。即保证了建筑效果，又有效的降低了工程成本，材料用量和板块加工费用等都与常规单元板块作法相同，成本控制方面要远远优于异形组框作法。

2，曲面收口部位的实施方案：

本工程另一难点在于对三个曲面的收口处理方案，原方案采用的框架幕墙做法，但此部位曲面较大，施工难度相当大，且单元与框架的交接处极易产生漏水隐患。故设计时，根据模型进行分析后，将此部分分解为一个平面Z型单元板块，两个平面异形单元板块，因上下两层板块相对角度并不大，可通过上下横跨的插接调整，实现整个曲面的角度变化。单元式做法确保了产品的加工质量，提高了防水性，便于现场的施工及安装质量的控制，保证了整体建筑变化效果的实现。

3，塔吊收口部位的实施方案：

由于本工程土建结构施工期间，每栋楼均设置了两部塔吊，且位于曲面变化区域。通常情况下塔吊部位的单元板块，将在塔吊拆除后幕墙再收口施工，这将有但由于整栋楼体上小下大，幕墙板块尺寸也是上小下大，如预留收口板块也无法竖向插入；如待现场土建结构施工完成后幕墙再施工，将难以保证幕墙工期要求，改为框架做法又难以保证施工质量。故此将塔吊支臂部位的单元，除上横框其余框料进行工厂内组框，现场与同层单元同步安装后，现场安装上横框，即此部位不预留收口板块，待塔吊拆除后再安装面材。

五，结论

本工程采用冷弯单元幕墙的实施方案，通过对幕墙的性能检测，无论水密，气密，抗风压等各方面性能均与标准单元玻璃幕墙无差别，简化了设计的工作，产品生产加工及现场的安装方式也基本一致，解决了曲面幕墙其他方案所产生的昂贵造价问题，同时加快了幕墙施工进度。

随着建筑行业的发展和创新，建筑造型日新月异，普通的平面玻璃幕墙已经无法满足特定建筑效果的要求，而造价高，生产周期慢等问题的幕墙产品，势必给企业带来更多的困难，因此本文所采用的冷弯单元幕墙方案，是在建筑效果，经济效益，生产技术，产品性能质量之间所寻求到的一个平衡点，当然其中因翘曲所产生的内应力和外部荷载仍需满足安全允许范围内，切勿因追求经济利益盲目使用，以免留下安全隐患。

参考文献:

[1]《建筑幕墙》GB/T 21086-2007

[2]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

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