论文 | 淄博市文化中心-演示艺术中心幕墙工程设计与施工分析
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2024-12-02 10:42
北京
大体量菱形双曲铝板及冷弯铝板的运用。方案阶段通过BIM技术进行板块划分、不同开孔布置，结合研发的针对本项目的挂式节点做法，完成了从方案模型到施工图的设计。施工阶段通过最新空间测量系统与BIM定位点结合，采用大型施工设备和新的安装措施，配合工厂预拼装技术和现场曲面检测技术，最终顺利完成与效果图的匹配度100%的地标建筑。
淄博市文化中心是淄博市最大的城市公共文化建筑，也是山东省乃至全国较大的综合性公共文化建筑群。投用后，将为市民提供一个独特的文化休闲舞台和地域文化交流展示平台，成为体现淄博历史文化和现代城市品位的地标性建筑。 文化中心主体漂浮于湖面上，围合在一个巨型的白色瓷器之中，造型别致的窗体优雅地垂落于幕墙之上，将大剧院与周边环境连为一体，整体造型别致灵动，犹如三片繁开的花瓣。 铝板幕墙是本工程最大的系统，三个花瓣状单体外幕墙均为铝板幕墙，为双曲面系统，面板材料采用3mm厚铝单板； 立面铝单板为开孔造型铝板，采用开放挂接方式，竖向主龙骨为间距约1.4米的钢矩通160x80x4，材质为Q235B，钢材表面热镀锌处理，次龙骨采用铝合金型材，铝材表面阳极氧化处理，布置方式为沿铝板菱型分格。立面装饰铝单板为开缝15mm，内层为1.5mm厚铝单板防水。保温采用80mm厚保温棉，由0.6mm厚镀锌钢板固定。 立面铝板分格为1414*1414，居中开孔，共φ100、φ300、φ500、φ700、φ900 五种尺寸。φ100镶嵌LED成品灯具，其余尺寸开孔，孔深200mm，开孔位置内置穿孔铝板及铝板盒。 整个铝板幕墙外部系统为开放系统，穿孔位置内置的穿孔铝板、后衬铝板及灯光通过增加的铝副框实现连接和拆卸。 主入口玻璃采光顶幕墙采用8Low-E+12A+8+1.52Pvb+8mm夹胶钢化中空Low-e玻璃，钢结构龙骨采用钢管133x8（氟碳喷涂）+∅180x10钢圆球铰（氟碳喷涂），材质为Q235B，玻璃支撑构件为：8mm钢板肋（氟碳喷涂）+铝框型材框（氟碳喷涂）； 菠萝体菱形边长最小1344mm，最大1774mm；波峰阳角最小124°，最大145°；波谷阴角最小108.6°，最大150°； ①铝板采用对边插接处理，一边采用螺栓限位，确定固定边的螺栓数量，并在铝板对应部位折边留豁口，保证铝板的安装。 ②通过BIM分析，确定合理的龙骨断开尺寸，配合套裁软件，对整个铝板系统的横梁断开长度进行分析归类，保证最优的套裁率。 横向龙骨的断开与大面的曲率有关系，半径大的部位横梁可以连续，半径小的部位为了进行折现拟合，横梁在每个分格的地方需要断开。 ③开孔设置灯光保证灯具的维修更换的方便，外侧穿孔板采用圆形设计，通过螺钉固定到大面铝板上，尺寸略小于铝板的洞口，方便拆掉进行内部灯光的维修； 施工中考虑灯光的接口问题，工厂加工好的铝板板块预留灯光接口。 ④开孔部位的穿孔铝板及灯光固定铝龙骨同时兼顾铝板加强筋作用，保证表面平整度。 本工程铝板为菱形铝板，铝板为开缝设计，铝板拼缝准确才能实现好的效果。 ③转接件与铝合金龙骨之间设置垫片，进行平面内角度和上下方向的微调； ①转接件穿过防水板的做法处理，通过BIM放样，确定需要开豁的防水铝板的具体留豁尺寸，在工厂进行切豁处理，保证与转接件位置吻合，转接件伸出部位进行密封胶打胶处理，避免转接件部位漏水。 ②防水铝板采用折边打胶处理，胶缝能够充分吸收铝板的变形和伸缩，避免漏水。 ④收口部位为防水的薄弱环节，设计中进行重点考虑，明确收口部位的防水线，保证防水线的完整。 ②防火层镀锌钢板采用拼接设计，吸收主体结构的误差。 ④合理规划施工过程，压型钢板施工到对应的防火区域后进行防火胶施工，打胶完成后才进行后续压型钢板的安装。 根据规范要求，消防救援窗需要可室外开启或可破除，本项目外饰面材料为3mm铝单板，无法进行破除，因此设计为可室外开启。消防救援窗转轴为斜边，开启后要考虑开启扇的支撑措施，设置风撑，保证开启扇开启到90°。 本工程铝板为对边挂接，在收口部位，如底部收口，铝板形状为三角形或者多边形，对收口做法进行细化设计，保证三角形至少有两个边进行固定。通过BIM技术对收口部位异形铝板板块进行分析归类，确定合理的收口方式。 曲面铝板成本高，且曲面铝板加工精度存在误差，不同的曲面铝板拼接容易出现大小缝及进出方向的误差。 曲面中，三点确定一个面，本工程铝板为四个点，经过BIM分析，四点不共面，将其中三个点（ABC）用来确定一个平面，则第四个点（D）不在这个平面上。冷弯成型就是利用材料本身的弹性，将翘起的点D1按压到D点上去，从而保证整个曲面的效果。 本工程因为平面为类椭圆，垂直面为变化角度的倾斜面，因此每块铝板都为双曲且曲率是变化的，再则铝板分格为菱形，无法通过常规大半径考虑折线方式拟合弯弧。 本工程通过BIM统计，有9780块铝板，曲率的相似度很低，而且没有规律，若通过成型双曲铝板，人工成本和材料成本都非常高，铝板排布也耗时耗力，而且一旦排布出现差错，将会很严重得影响曲面平整度。 我司通过对本项目整体BIM建模，对所有铝板的翘曲值进行分析，发现本项目95%以上的铝板翘曲值都在10mm以内，可以采用现场铝板冷弯成型工艺，用最经济也是最优化的方式实现曲面的效果。 对于入口门部位等半径较小的区域，冷弯不容易实现，采用成型双曲铝板 主钢结构龙骨由∅133x8钢管龙骨通过∅180x10钢圆球铰连接而成，顶部为∅500x16圆管连接件； 支撑玻璃肋板龙骨：8mm钢板肋（氟碳喷涂）、铝框型材框（氟碳喷涂）； 面材：8Low-e+12A+8+1.52PVB+8mm钢化中空夹胶Low-e玻璃钢结构喷砂除锈 分榀焊接组装并安装 钢结构安装完成 ②在主钢结构的∅180x10钢圆球铰上根据法向垂直角度，焊接连接肋板用的螺杆及钢柱组件，采用螺杆棒与钢管套件方式，可沿垂直法向调节高差； ③采光顶支撑钢肋板根据菱形椎体分格，在工厂预制成单元成品，现场吊装焊接； ④安装铝框、玻璃面板，玻璃为每个三角形一个小单元，在工厂与小副框结构胶组装完成，现场安装，玻璃副框与下部铝压码采用转轴式设计，可调整角度变形量； ②玻璃板块之间采用高组分采光顶专用密封胶，并且双道密封胶，充分保证防水性能； 本项目主要系统铝板幕墙系统和菠萝面采光顶系统均为异形体系，因此我司全程采用BIM参数化设计，BIM数据指导现场施工，BIM生产数据下料加工； 使用软件：CATIA/DigitalProject； ①模型碰撞检测，创建LOD300模型，幕墙与结构、幕墙与幕墙之间进行碰撞检测，对现场结构进行测量，并与幕墙模型进行比对，解决实际结构偏差过大引起的幕墙无法安装：结构整改与幕墙调整，调整后的模型模型方为下料加工的最终定位模型。 ②依据碰撞检测及测量比对后的模型，深化模型至LOD400。 ③在LOD400模型上，提取构件控制点坐标，指导现场安装及定位。 ④由于铝板双曲面幕墙，现场安装定位尤为重要。为保证安装精度，需在LOD400模型，提取连接件角度数据值，指导现场安装及定位。 ⑤龙骨加工，将龙骨下料长度、切面角度变化尺寸信息设置为参数，并在BIM模型中赋予参数，并导出数据。可以很方便快捷的得到每个构件的加工参数，材料实际用量等信息，可以指导材料采购，工厂加工。 ⑥压型钢板、防水铝板、铝单板面板等面板材料，由于本项目为异形双曲面构造，每块板块的尺寸都不一致，因此面板下料长度、切面角度变化尺寸信息设置为参数，并在BIM模型中赋予参数，并导出数据。可以得到每块面板的加工参数，材料实际用量等信息，可以指导材料采购，工厂加工。 作为3万平米大型双曲异形开放铝板工程，从开始深化设计到施工完成历时6个月时间。BIM设计的全程应用为不仅为业主、施工单位节省了大量成本，也为设计、施工节省了大量的工期，并且完美得实现了建筑效果。随着社会的发展，高效、精细、协作将成为行业标准化要求，数字化（BIM）应用也将成为行业发展趋势，只有不断创新，才能适应社会的发展，取得更大的辉煌。
