半单元式双曲面开缝式铝板飘檐幕墙的设计原理与构造优化

半单元式双曲面开缝式铝板飘檐幕墙的设计原理与构造优化

张伟

江苏苏鑫装饰（集团）公司

摘要：本文探讨了一种新型的建筑外立面设计——半单元式双曲面开缝式铝板飘檐幕墙，并从设计原理和构造优化的角度进行深入研究。通过采用半单元式开缝式系统、高强度铝板、镀锌钢龙骨等先进设计理念和材料，本文旨在实现幕墙的平整度、美观度和结构稳定性的综合提升。工厂制作精度与现场可调性的完美结合、干湿分离设计的优势等系统构造特点在本文中也得到了充分阐述。

关键词：铝板飘檐；双曲面；开缝式系统；工厂制作；结构优化

引言

在当代建筑设计中，外立面作为建筑的面貌之一，不仅需要满足结构稳定性和施工效率的要求，更需迎合人们对于美学与艺术的追求。随着科技和材料的不断发展，半单元式双曲面开缝式铝板飘檐幕墙作为一种新型建筑外立面设计，融合了先进的设计理念和材料技术，成为当前建筑领域备受关注的创新方向。传统外立面设计存在结构与美学平衡难以达到的问题，而半单元式双曲面开缝式铝板飘檐幕墙的提出正是为了解决这一矛盾[1]。本文以苏州吴江智慧城市产业化基地一期项目为案例，该项目围绕“外形美观、安全可靠、技术先进、造价经济、环保节能”的基本设计思路，从细节上充分反映“虚实对比、质感对比、色彩对比以及动静对比”的建筑效果。本研究从该幕墙设计的原理和构造优化出发，系统地分析工厂制作精度与现场可调性的协同作用，以及干湿分离设计的优势，旨在为解决传统外立面设计面临的问题提供新的思路和实用方案。

1铝板飘檐系统设计

1.1半单元式开缝式系统的原理

1.1.1面板平整性和安装效率的提高

半单元式开缝式系统是一种创新性的设计理念，其核心目标是在铝板飘檐系统中提高面板的平整性，并提高整体安装效率。在这个设计中，面板被划分成半单元，通过开缝的方式进行连接。其安装流程如图1所示。

图1 铝板飘檐系统安装流程

半单元式设计有效地减少了面板在安装过程中可能出现的变形和不规则形状。每个半单元相对独立，这样在制作和安装过程中能更好地控制每个部分的平整度。由于面板的半单元化，使得在制造阶段可以更加精准地控制每个部分的尺寸和形状，确保整体面板在安装后保持平整性。

在安装效率方面，由于每个半单元相对独立，可以同时进行制作和安装。这种并行操作有效地减少了现场施工时间，并且在工厂加工和现场施工之间实现了同步进行。因此，不仅缩短了整体施工周期，而且提高了施工的质量，因为更多的工作在受控的工厂环境中完成。

1.1.2无胶缝的美观效果

传统的幕墙系统在连接面板时通常需要使用胶缝，而这些胶缝可能会影响整体外观，并难以保持长期的美观度。半单元式开缝式系统通过无胶缝的设计，使得面板之间的连接更为紧密，表面更为平整，整体呈现出更加流畅、现代且无瑕的外观。这种无胶缝的设计不仅提高了外立面的美观性，同时也降低了维护成本，因为无需对胶缝进行周期性的维护

1.2工厂加工与现场施工同步进行的优势

1.2.1减少现场作业的影响

通过在工厂中提前完成铝板的制作和加工，可以将许多工序从施工现场转移到受控的工厂环境中。这样，施工现场不再需要进行大量的制造工作，减少了材料切割、加工和装配等工序对现场空间的占用[2]。这种同步进行的方式有效减少了施工现场的混乱和拥挤，提升了整体工作环境。

1.2.2提高施工质量和效率

在工厂中，铝板的制作可以受到更为精细和精确的控制。相对于现场施工，工厂环境更适合进行精密的加工和检验。这样可以确保每个构件的尺寸和质量符合设计要求，提高了施工质量和准确度。通过在工厂中进行质量控制，可以避免一些现场施工中常见的误差和问题。

2结构构造特点

2.1防水层内外龙骨设计

2.1.1镀锌钢龙骨的优势

铝板飘檐系统的结构构造特点之一体现在防水层内外龙骨的设计上。其中，采用镀锌钢龙骨具有显著的优势。镀锌钢龙骨具备卓越的耐腐蚀性能，能够有效抵御恶劣气候条件和外界介质的侵蚀，从而延长系统的使用寿命。其坚固的特性不仅保证了龙骨在长期使用过程中的结构稳定性，还能够抵御外部环境对系统的不利影响，确保铝板飘檐系统在不同气候条件下保持稳定性和持久性。

2.1.2一体成型系统的结构承载和平整度调整

采用一体成型系统为防水层提供了内外龙骨的结构支撑。这一设计方案有效保证了系统的结构承载能力，提高了整体系统的稳定性。一体成型系统的平整度调整功能使其能够适应主体结构的变形，确保在建筑发生变形时，防水层内外龙骨能够灵活调整，保持整体结构的平整度。

这一结构构造特点在实现系统的结构坚固性的同时，也提升了系统对外部环境的适应性。通过采用耐腐蚀的镀锌钢龙骨和具有平整度调整功能的一体成型系统，保障了铝板飘檐系统在各种复杂气候和建筑结构条件下的可靠性，使得其更为适用于不同的建筑需求。

2.2铝板材质与连接方式

2.2.1高强度3003-H14铝板的应用

在铝板飘檐系统设计中，铝板的材质选择至关重要，而高强度3003-H14铝板的应用体现了系统设计的先进性。3003-H14铝板具有出色的强度和耐腐蚀性能，使其能够承受外部环境的影响，尤其是在面对潮湿、多雨等不利气候条件下能够长期保持稳定性。其高强度保证了系统在承受外部荷载和风压时不易变形，从而维持建筑外立面的平整度和形状。

2.2.2机械螺钉连接的可靠性

连接方式对于整个系统的稳定性和性能起着至关重要的作用，采用机械螺钉连接展现了连接方式的可靠性。机械螺钉连接不仅简化了施工过程，减少了安装时间，同时也提高了连接的牢固性[3]。这种连接方式有效减轻了面板的应力集中，确保了面板的平整度，同时提高了系统的密封性能，防止了水分渗透，进一步增强了整个系统的耐候性和抗风压能力。

2.3加强筋与板面的连接设计

2.3.1载焊螺栓连接的强度与刚性

采用载焊螺栓连接的设计方案，系统展现出了卓越的强度与刚性。载焊螺栓连接的机械性能确保了加强筋与板面之间的牢固连接，提高了整个系统的抗风压能力和抗震性能。这一设计不仅使得系统更能应对极端气候和外部荷载，同时也为系统提供了稳定的基础，确保了建筑外立面在长期使用过程中的安全性和可靠性。

2.3.2镀锌处理的龙骨表面

镀锌处理的龙骨不仅具备出色的耐腐蚀性能，抵抗外界环境对龙骨的侵蚀，而且提高了龙骨的稳定性。这种防腐处理有效延长了系统的使用寿命，使得系统能够长期维持其设计性能，不受外界环境的过度影响。

3系统构造特点

3.1工厂制作精度与现场可调性

通过在工厂中进行制作，系统的各个组件能够受到更为精细和高度控制的加工。这一精度不仅体现在铝板的尺寸和形状上，还包括其他组件如龙骨、连接件等的制作，从而确保了整个系统的工程质量。

与此同时，系统设计考虑到了现场可调性，使其在实际施工过程中能够更好地适应建筑主体的变形和不规则形状[4]。铝圆管吸收了由于主体钢结构安装偏差带来的影响，因此需要对于铝圆管的加工偏差进行严格控制，对每一根龙骨都进行了编号，在实体模型中进行放样，系统在工艺精度和现场可调性之间的平衡，确保了其在制作和安装过程中的高效性和适应性。

3.2干湿分离设计的优势

系统构造的特点之一在于采用了干湿分离设计，这一设计策略带来了多方面的优势。首先，干湿分离设计将系统的防水层与装饰层进行有效分离，实现了各自独立的功能，从而提高了系统的整体性能。

（1）面板装饰与防水独立进行：通过将面板装饰和防水层分离，系统在装饰效果和防水性能之间实现了更好的平衡。面板装饰的设计更注重外观和造型，而防水层的设计更注重功能性和保护性能。这种分离使得系统既能够满足建筑外观的美观需求，又能够确保建筑结构在不同气候条件下的持久防水，为系统的全面性能提供了更为灵活的解决方案。

（2）减少水分渗透风险：干湿分离设计有效减少了水分渗透的风险。分离的防水层更容易实现系统的完全密封，降低了水分渗透的可能性。这一设计有助于保持系统的稳定性，防止水分对系统结构和外观的不利影响，提高了系统的耐久性和可靠性。

（3）施工效率提升：由于防水层与装饰层相互独立，施工过程中可以分阶段进行，而不会相互干扰。这种分离设计有助于提高施工的组织性，减少施工过程中的复杂性，从而提高整体施工效率。

3.3平整度、美观度和结构稳定性的综合表现

（1）平整度：系统注重平整度的提升，确保外立面呈现出整体平滑、平整的效果。通过采用高精度的工厂制作和现场可调的设计，系统能够更好地适应主体结构的变形，保持整体建筑的平整度。这种对平整度的关注不仅提高了外观美观度，也有助于系统的整体结构稳定性。

（2）美观度：系统采用玻璃和铝板等现代装饰元素，呈现出流动曲面造型和富有生机的智慧建筑形态。面板的无胶缝设计以及工艺精湛的现场施工，使系统呈现出极具美感的外观效果。这不仅提升了建筑的整体视觉吸引力，也使得系统在现代城市环境中脱颖而出。

（3）结构稳定性：采用了工厂制作的精度和现场可调的设计，确保了各个组件的高度稳定性。同时，龙骨采用镀锌处理，加强筋与板面采用载焊螺栓连接，保证了系统整体的结构牢固，提高了抗风压和抗震性能。

4结论

本文深入研究了半单元式双曲面开缝式铝板飘檐幕墙的设计原理与构造优化，通过对其关键特点的分析和探讨，得出以下结论：

（1）采用半单元式开缝式系统、高强度铝板、镀锌钢龙骨等先进设计理念和材料，显著提升了系统的平整度、美观度和结构稳定性。工厂制作精度与现场可调性的协同作用使得系统在制作和施工过程中更为高效和精确。

（2）干湿分离设计为系统带来了诸多优势，有效降低了水分渗透的风险，提高了系统的防水性能。同时，这一设计方案有助于提高施工效率，使系统更好地适应不同的建筑条件，增强了系统的适应性和灵活性。

（3）通过对高强度3003-H14铝板的应用、机械螺钉连接方式的可靠性、载焊螺栓连接的强度与刚性、以及镀锌处理的龙骨表面的优势等关键设计元素的考察，进一步确保了半单元式双曲面开缝式铝板飘檐幕墙在实际应用中的可靠性和耐久性。

参考文献

[1]储慧斌.双曲面幕墙改造提升工程关键技术研究[J].建筑施工,2024,46(02):254-256+270.

[2]唐林波,李志强,李平均等.双曲面幕墙的多段弧形梁施工技术研究[J].中国建筑装饰装修,2024,(02):177-179.

[3]姜树仁,沿海地区高铁站房双曲面幕墙及金属屋面施工技术研究.山东省,中建八局第一建设有限公司,2018-12-24.

[4]熊吉如,周昌宝,姜永海.双曲面超大轻型GRC板在天津港数字化建构工程中的应用[J].混凝土世界,2010,(03):56-60.

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