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律動的美妙音符｜上海國際傳媒港項目具有建筑外立面造型復雜、面板種類繁多、外觀細節(jié)要求嚴格等特點，項目包含框架式玻璃幕墻、單元式玻璃幕墻、鋁板幕墻、鋁合金吊頂、雨蓬、欄桿、百葉、金屬屋面等幕墻系統(tǒng)。項目的重難點在于——錯位雙曲面單元式幕墻的設計與施工。
本文將通過介紹工程的錯位雙曲面單元式幕墻的設計、加工與吊裝，特別是錯位雙曲面單元幕墻構造設計、板塊的組裝、玻璃面板靜壓冷彎（詞條“冷彎”由行業(yè)大百科提供）等技術，對單元式幕墻的設計、加工與施工，提供新的思路及管理辦法，也為今后類似工程的實際應用，提供重要參考價值。
1、工程概況
上海國際傳媒港的工程代號：上海黃浦江南延伸段WS5單元188S-M-1地塊項目，位于上海市徐匯區(qū)，地塊北臨龍文路、南臨規(guī)劃九路、西臨云謠路、東臨龍騰大道，幕墻面積約3.4萬平方米。項目分為M1、M2、M3、M4共4棟樓。M1為Imax影院，建筑高度29.85米，共4層;M2為辦公樓，建筑高度39.85米，共7層;M3為辦公樓，建筑高度39.85米，共7層;M4為商業(yè)裙樓，建筑高度23.85米，共3層。(如圖1.1、圖1.2)
圖1.1上海黃浦江南延伸段WS5單元188S-M-1地塊幕墻工程效果圖
圖1.2 項目各棟樓分布平面示意圖
錯位雙曲面單元式幕墻分布于M2樓及M3樓，兩棟樓的南北立面均呈雙曲面造型，其中，M2樓南立面、M3樓北立面在層間位置向內退一段距離，內退的距離從弧形中間向兩邊逐漸減小，并且每層的完成面向內傾斜，從而形成內傾內退的錯位雙曲面幕墻造型;類似地，M2樓北立面、M3樓南立面，在層間位置向外凸出一段距離，凸出的距離從弧形中間向兩邊逐漸減小，并且每層的完成面向外傾斜，從而形成外傾外凸的錯位雙曲面幕墻造型。(如圖1.3、圖1.4)
圖1.3內傾內退造型的錯位雙曲面幕墻效果圖
圖1.4外傾外凸造型的錯位雙曲面幕墻效果圖
2、錯位雙曲面單元式幕墻的設計
2.1、外觀設計特點
M2、M3外立面為帶豎向大裝飾線條的錯位雙曲面幕墻，裝飾線條表面設置不同顏色且呈一定規(guī)律分布，結合層間進退變化的造型，形成優(yōu)美的曲線效果。(如圖2.1)
圖2.1M2樓效果圖
M2、M3樓對稱分布，幕墻構造形式一致，區(qū)別在于兩者南北立面錯位尺寸的大小，下面以M2樓為例進行介紹。
M2樓南立面，3層以上為內傾內退的錯位雙曲面幕墻：采用400mm寬的鋁合金（詞條“合金”由行業(yè)大百科提供）裝飾線條，幕墻豎向為往上每層內退一定距離，內退的距離從弧形中間(最大距離927mm)向兩邊逐漸減小，同時幕墻面向內傾斜，從而形成向內錯位的雙曲面幕墻。
M2樓北立面，3層以上為外傾外凸的錯位雙曲面幕墻：采用400mm寬的鋁合金裝飾線條，幕墻豎向為往上每層外凸一定距離，外凸的距離從弧形中間(最大距離538mm)向兩邊逐漸減小，同時幕墻面向外傾斜，從而形成向外錯位的雙曲面幕墻。
M2樓東、西立面，3層以上為帶400mm寬鋁合金裝飾條平面幕墻，其與南北立面的錯位雙曲面幕墻聯(lián)合成整體，使整個建筑外裝飾效果更協(xié)調，不同顏色的裝飾線條相互輝映、極具動感。
2.2、錯位雙曲面幕墻分析
M2南北面的錯位雙曲面幕墻，通過建筑造型分析，幕墻中每個分格的立柱（詞條“立柱”由行業(yè)大百科提供）傾斜角度不一樣，且弧形退臺(凸臺)的尺寸從中間向兩邊逐漸減小，同時還需配合立面不同高度的裝飾線條，若采用傳統(tǒng)的CAD建模模擬，將耗費大量的人力且不便于模型的檢查校核，因此，本項目的錯位雙曲面幕墻采用BIM技術--犀牛+Grasshopper參數(shù)化技術進行應用。
首先，根據(jù)建筑要求建立幕墻表皮，并進行幕墻板塊劃分(如圖2.2)。
圖2.2M2南立面錯位雙曲面幕墻表皮模型
其次，本項目3層以上采用單元式幕墻進行設計，雙曲面幕墻整體由每個傾斜進退造型的單元板塊組成，單元板塊存在翹曲值。通過編制參數(shù)化模塊，根據(jù)設計要求設定幕墻板塊翹曲值的區(qū)間，軟件將會自動對每個曲面板塊進行翹曲值分折，以不同顏色進行區(qū)別(如圖2.3)，紅色板塊顯示的是翹曲值超出設定數(shù)值范圍的板塊，綠色板塊為設定數(shù)值范圍內的板塊。
。
圖2.3錯位雙曲面板塊翹曲值分析圖
最后，經分析，若單元板塊的翹曲值過大，將使得單元板塊難以設計及加工。通過編制參數(shù)化模塊，使幕墻面整體圓滑過渡，重新生成模型，達到最終能夠滿足建筑外觀要求的效果(如圖2.4)。
圖2.4 錯位雙曲面板塊擬合圖
2.3、幕墻系統(tǒng)構造
本項目M2樓南北立面，由于傾斜弧形的雙曲外立面造型，且上下單元板塊之間存在錯位，如果采用傳統(tǒng)的平板單元板塊拼接弧形幕墻、層間錯位部位采用構件式幕墻的形式，將使得幕墻的雙曲面效果將變得生硬、不自然，且錯位部位的連接復雜、施工工序變得繁瑣、安裝成本較高、工期較長、幕墻整體精度（詞條“精度”由行業(yè)大百科提供）難以控制。因此，經過反復研究論證，結合幕墻造型及參數(shù)化模型分析，我方設計了一種錯位雙曲面單元式幕墻系統(tǒng)，將錯位部位的退臺(凸臺)與立面單元板塊設計為一個整體，玻璃面板通過靜壓冷彎附在雙曲面單元框架上，形成錯位雙曲面單元式幕墻板塊。(如圖2.5)
2.3.1 雙曲面單元主框架連接
通過幕墻造型及參數(shù)化模型分析，單元板塊的兩支立柱傾斜角度不一樣，從板塊平面投影看，兩立柱與頂?shù)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>橫梁（詞條“橫梁”由行業(yè)大百科提供）形成一定的角度(角A、角B、角C、角D)，板塊頂部玻璃面板線與底部玻璃面板線形成最大距離(L5)(如圖2.6);從板塊側面投影看，板塊左右側玻璃面板線之間形成最大翹角尺寸距離(L5)(如圖2.7)，本項目翹角尺寸(L5)最大值為10mm。單元板塊中的主橫梁均為直線材料，通過拼接，形成傾斜內退(外凸)的雙曲面的單元板塊框架。
圖2.5 錯位雙曲面單元板塊構造大樣示意圖
圖2.6板塊平面投影相關控制尺寸示意圖
圖2.7板塊側面投影相關控制尺寸示意圖
2.3.2 玻璃面板裝配設計
面板采用HS6+1.14PVB+HS6 Double Low-E+12A+TP8mm 夾膠中空玻璃（詞條“夾膠中空玻璃”由行業(yè)大百科提供），由于單元板塊的框架為傾斜內退(外凸)的雙曲面造型，框架翹角最大10mm，需對玻璃面板進行靜壓冷彎處理，使玻璃面板適應雙曲面框架造型，形成雙曲面的玻璃面板。經分析，玻璃面板在靜壓冷彎荷載作用下玻璃最大應力（詞條“應力”由行業(yè)大百科提供）為0.894MPa(如圖2.8)，在水平荷載作用下(靜壓冷彎荷載與水平荷載疊加)玻璃最大應力為13.689MPa，因此玻璃面板滿足設計要求(如圖2.9)。
圖2.8 靜壓冷彎荷載作用下玻璃應力分析圖
圖2.9水平荷載作用下玻璃應力分析圖
玻璃面板靜壓冷彎后，通過單元板塊立柱豎向的鋁合金扣蓋進行扣接壓緊，扣蓋扣壓后，通過有效的螺釘連接，使扣蓋與主龍骨連接更加牢固，增強對玻璃面板冷彎的扣壓效果。(如圖2.10、圖2.11)
圖2.10玻璃面板構造節(jié)點圖
圖2.11玻璃面板靜壓冷彎后現(xiàn)場安裝效果：投影圖像均為扭曲效果
2.3.3 錯位雙曲面單元板塊插接構造
傾斜的幕墻板塊與錯位的退臺(凸臺)組合一起，形成一體化的內傾(外傾)退臺(凸臺)的錯位雙曲面單元式幕墻系統(tǒng)。
(1)內傾退臺的錯位雙曲面單元式幕墻系統(tǒng)：公立柱的插翅與立柱腔體形成整體，與母立柱進行插接。由于板塊公立柱帶有豎向大裝飾線條，插翅與腔體設計成一體，充分利用插翅的功能且形成閉腔型材（詞條“型材”由行業(yè)大百科提供），增強立柱抗變形能力及穩(wěn)定性。(如圖2.12)
圖2.12錯位雙曲面單元式幕墻橫向構造節(jié)點圖
豎向插接位置，單元板塊頂橫梁由上橫梁、上橫梁調節(jié)槽、鋁扁組成一體。鋁扁兩端通過螺栓將上橫梁與上橫梁調節(jié)槽連接，調節(jié)槽在上橫梁后方，每個板塊設置三個鋁扁連接件;鋁扁下方設置保溫棉+鍍鋅鋼板，鋁扁上方鋪設1.2mm厚披水鋁板，鋁板搭接處設置0.6mm防水雨布(寬度為300mm)，上橫梁與上橫梁調節(jié)槽退臺表面為3mm厚鋁單板。退臺截面的寬度通過鋁扁的長度進行調整，以適應漸變的弧形退臺尺寸。
上層單元板塊的底橫梁與下層單元板塊的頂橫梁進行插接，便完成內傾內退造型的錯位雙曲面單元板塊豎向插接。(如圖2.13)
圖2.13錯位雙曲面單元式幕墻豎向構造節(jié)點圖(內傾內退造型)
(2)外傾凸臺的錯位雙曲面單元式幕墻系統(tǒng)：公母立柱的插接原理與內傾退臺的錯位雙曲面單元式幕墻一致。
豎向插接位置，單元板塊頂橫梁由上橫梁、上橫梁調節(jié)槽、鋁扁組成一體。鋁扁兩端通過螺栓將上橫梁與上橫梁調節(jié)槽連接，調節(jié)槽在上橫梁前方，每個板塊設置三個鋁扁連接件;鋁扁上方設置保溫棉+封口鋁板，上橫梁與上橫梁調節(jié)槽凸臺表面為3mm厚鋁單板（詞條“單板”由行業(yè)大百科提供）+背襯保溫棉。凸臺截面的寬度通過鋁扁的長度進行調整，以適應漸變的弧形凸臺尺寸。
上層單元板塊的底橫梁與下層單元板塊的頂橫梁進行插接，便完成外傾外凸造型的錯位雙曲面單元板塊豎向插接。(如圖2.14)
圖2.14錯位雙曲面單元式幕墻豎向插接標準節(jié)點圖(外傾外凸造型)
2.3.4 支座設計
采用掛軸式單元幕墻支座，通過埋件、支座、掛件等掛軸式支座系統(tǒng)部件的配合，可實現(xiàn)單元板塊的三維方向及各種角度調整，具體如下：
(1)支座底板開有豎直方向的螺栓安裝長圓孔，槽式埋件與支座底板間通過連接螺栓進行左右、上下位置調節(jié);
(2)鋼支座連接板與用作掛軸的不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）螺桿的連接處，設有水平方向長圓孔，以此可調整不銹鋼螺桿掛軸的進出位置，進而消除土建結構在進出位的誤差;
(3)連接螺栓、螺桿與底座鋼板（詞條“鋼板”由行業(yè)大百科提供）之間的鋼墊片固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）;
(4)通過預置在單元掛件中的調節(jié)螺釘對單元板塊高度進行微調。同時，還需要將預置于掛件一側，調整掛軸螺桿上的定位鎖緊螺母，用于定位掛件、防止單元板塊在外力作用下沿掛軸螺桿發(fā)生大幅度左右位移。(如圖2.15)
圖2.15錯位雙曲面單元式幕墻支座節(jié)點圖
2.4、單元系統(tǒng)防排水設計
本項目單元系統(tǒng)大致的排水路徑如下：
進入第二道等壓腔的水通過單元上橫梁調節(jié)槽的A孔進入前端排水腔，然后順著橫梁前端排水腔先后通過B孔、C孔、D孔(內傾退臺)或E孔、F孔(外傾凸臺)排到室外。(如圖2.16～2.18)
圖2.16單元排水線路豎向示意圖(內傾退臺造型)
圖2.17單元排水線路豎向示意圖(外傾凸臺造型)
圖2.18單元排水線路橫向示意圖
3、單元板塊提料及加工
3.1、單元板塊提料
完成錯位雙曲面單元式幕墻系統(tǒng)設計后，利用犀牛+Grasshopper建立的參數(shù)化模型，進行下一步的幕墻提料工作。
(1)直接參數(shù)化生成幕墻的構件實體，然后再對主體結構（詞條“主體結構”由行業(yè)大百科提供）邊緣進行建模，進行不同專業(yè)的碰撞檢測，找到幕墻面板、龍骨（詞條“龍骨”由行業(yè)大百科提供）與結構干擾的地方，進行幕墻面的調整。(如圖3.1)
圖3.1參數(shù)化生成實體模型
(2)單元板塊尺寸不一，構件種類規(guī)格很多，利用參數(shù)化批量地生成了面板、立柱、橫梁等的主要構件的詳細的加工圖(工廠加工級別)，大大提高工作效率。(如圖3.2~3.5)
圖3.2參數(shù)化生成鋁龍骨加工圖
圖3.3參數(shù)化生成單元板塊的尺寸數(shù)據(jù)圖
圖3.4參數(shù)化生成面板的加工數(shù)據(jù)
圖3.5參數(shù)化生成面板的加工圖
3.2、單元板塊加工
3.2.1錯位雙曲面單元式幕墻龍骨的拼接
錯位雙曲面單元式幕墻，為內傾弧形退臺或外傾弧形凸臺造型，單元板塊的重難點為主橫梁框架及退臺(凸臺)部位的拼裝。(如圖3.6)
圖3.6錯位雙曲面單元板塊
通過參數(shù)化模型分析，并結合加工廠的單元組裝要求，我們對板塊加工的各個尺寸變量進行嚴格控制，制定一個板塊參數(shù)表。板塊的加工必須按照表中的參數(shù)進行切割拼裝。
退臺(凸臺)位置，上橫梁調節(jié)槽與上橫梁的連接，各連接板連接螺栓必須做好密封防水處理，保證兩者為一個密封完整的整體。退臺(凸臺)錯位部位連接鋁扁后，錯位上下的保溫及防水功能必須按加工圖要求進行，板塊加工過程中任一環(huán)節(jié)都必須嚴格把控。(如圖3.7~3.9)
圖3.7單元板塊組裝圖
圖3.8單元板塊面板編號及參數(shù)表
圖3.9單元板塊部分型材加工圖
3.2.2玻璃面板安裝
錯位雙曲面單元式幕墻板塊，根據(jù)參數(shù)表的控制尺寸，確認板塊玻璃進行靜壓冷彎的翹角值，本項目的錯位雙曲面單元板塊玻璃面板最大翹角為10mm。通過豎向鋁合金扣蓋扣壓對玻璃面板進行靜壓冷彎，為防止玻璃回彈力使得扣蓋扣壓力不足，采取扣座與立柱之間穿機制螺釘來增強對玻璃面板的扣壓力，保證滿足設計要求。玻璃靜壓冷彎穩(wěn)定后打注板塊橫向隱框結構膠，按規(guī)范要求對結構膠養(yǎng)護成型，再安裝室外側護邊、扣條、膠條等小部件，板塊發(fā)車前應再次檢查板塊是否有變形松動。(如圖3.10)
圖3.10玻璃面板組裝節(jié)點圖
3.2.3 單元板塊的密封設置
(1)單元板塊立柱與玻璃面板頂?shù)撞看蜃⒔Y構膠，與橫向隱框通長的結構膠在角部位置形成一體密封。在立柱前端與玻璃面板之間，隔熱條內側抹密封膠。板塊排水孔較多，需逐個進行鉆孔并進行復查，避免遺漏開孔導致排水不暢。(如圖3.11)
圖3.11單元板塊局部密封組裝節(jié)點圖
(2)45度交圈的膠條切45度角，采用烙接或者用專用膠水進行蘸接，同時需保證連接的可靠性;
(3)膠條長度必須達到設計要求，安裝時應拉直，理順，且不能出現(xiàn)少穿、漏穿、膠條過短的情況;
(4)膠條安裝完成后，需要有固定措施，防止運輸或由于熱脹冷縮影響，而出現(xiàn)膠條松垮或出現(xiàn)搭接不連續(xù)的情況出現(xiàn);如，在穿有膠條的鋁型材（詞條“鋁型材”由行業(yè)大百科提供）上下端膠條槽口處用鉗子把鉗出印記，固定膠條，或采用萬能結構膠水分段涂膠水，將膠條固定在鋁型材上。
4、錯位雙曲面單元式幕墻的施工
4.1、單元板吊裝系統(tǒng)設置
(1)板塊定點堆放
M2、M3樓的單元板塊運到施工現(xiàn)場后，按要求分區(qū)域堆放，然后逐層進行安裝。因此，在使用軌道進行施工之前，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在M2、M3樓二層平臺設置一個堆放點，并進行轉運、吊裝單元板塊。
(2)板塊吊裝
整個外立面幕墻工程的單元板塊安裝，我司利用軌道施工系統(tǒng)進行單元板塊的吊裝，在屋頂層設計單軌道吊裝系統(tǒng)進行板塊的安裝。(如圖4.1)
圖4.1 單軌道吊裝單元板塊圖
4.2、單元板塊吊裝
4.2.1 總體吊裝方案
(1)單元板塊安裝時，在板塊存放區(qū)使用液壓車將單元板塊從板塊存放架轉運到平板車上，然后將平板車推到吊裝位置。
(2)單元板塊室外面向上，室內面向下。由專用卷揚機（詞條“卷揚機”由行業(yè)大百科提供）(懸挑機)放下吊繩，吊裝人員將吊繩與單元板塊固定好，指揮人員指揮專用卷揚機操作工緩慢起吊提升，嚴格控制提升速度，防止單元板塊與結構發(fā)生碰撞，造成表面的損壞。
(3)垂直吊裝時要配合使用導軌線(作為單元板塊在吊裝過程中防止板塊擺動的保險繩索用)拉緊單元板塊，吊運到安裝單元板塊指定層。然后換鉤進行水平吊運，水平吊運采用軌道電動葫蘆將板塊就位安裝。單元板塊在工廠里預制完成，每件板塊上有生產合格證及板塊的編號、規(guī)格，施工人員按板塊編號圖進行安裝，板塊總體吊裝按此進行。(如圖4.2)
圖4.2M2單元板塊安裝順序示意圖
4.2.2 板塊具體吊裝方案
(1)、板塊吊裝前的準備。
a、檢查準備吊裝板塊的完好性，核對板塊標號;
b、專用卷揚機、軌道電動葫蘆及導軌線就位;
c、安裝單元板塊吊裝夾具(將固定在主立柱或主方管上作為吊點)并經確認其可靠性;
d、確認對講機通話的可靠性;
e、確認所有參與吊裝人員已指定位置。
(2)、板塊吊裝過程
a、板塊吊裝過程由板塊吊裝上一層的指揮人員負責指揮;
b、板塊在吊裝過程應確保所有經過層都有人員監(jiān)控，防止板塊在風力作用下與樓體發(fā)生碰撞。
(3)、板塊的插接就位;
a、板塊吊裝至單元板塊掛點與轉接件高度之間相距250mm時，命令板塊停止吊裝，找準就位點，進行板塊的掛接;
b、板塊掛件就位到掛座后，在控制左右接縫尺寸的情況下命令板塊繼續(xù)吊裝。此時，由板塊安裝層人員借助操作平臺負責單元體掛件與轉接件的對接，板塊安裝層人員負責上、下兩單元板塊的橫向插接;
c、在每層板塊單元頂橫梁和泄水腔外側安裝披水鋁板，披水鋁板搭接處鋪設防水雨布(內傾退臺單元板塊)，披水鋁板板必須完整打注膠（詞條“注膠”由行業(yè)大百科提供）密封;當膠條有搭接時將增加附加層保證膠條的連續(xù)，同時在附加層兩側端部注耐候膠密封;
d、確認單元板塊的掛點，左右插接，上、下插接都已安裝到位后，拆除吊具，進行板塊調整;
e、借助水平儀通過調整高度的調節(jié)螺栓，實現(xiàn)板塊掛件高度方向的微調，從而實現(xiàn)整個板塊的標高調整，并且可通過轉接件上的長圓孔螺栓實現(xiàn)板塊進出位的調整，待調整完畢后進行螺栓的鎖緊工作;
f、本項目設計的單元板塊與結構連接節(jié)點，可實現(xiàn)三維六個自由度方向的調整。
圖4.3 錯位雙曲面單元式幕墻現(xiàn)場安裝圖
圖4.4 外傾外凸造型單元板塊現(xiàn)場安裝
圖4.5內傾內退造型單元板塊現(xiàn)場安裝
5、結束語
上海黃浦江南延伸段WS5單元188S-M-1地塊項目，現(xiàn)已完成所有單元板塊的安裝，本項目的錯位雙曲面單元式幕墻系統(tǒng)，獲得國家發(fā)明專利“一種錯位雙曲面單元式幕墻”,及實用新型專利“一種階梯形式的單元幕墻”等多項認可。
第16屆AL-Survey門窗幕墻行業(yè)大型讀者調查活動
同時，本項目由幕墻承建企業(yè)——金剛幕墻集團有限公司，選送入圍2020-2021年度“我最喜愛幕墻工程”工程獎評選活動。建筑整體通過立面的內傾斜和外傾斜，從而形成外傾外凸、內傾內退的錯位雙曲面幕墻造型，配合顏色不同，但又有一定規(guī)律的豎向大裝飾線條勾勒下，相互輝映、極具動感！光影侓動之間，像一架城市的鋼琴，而絡繹不絕的人們行走其間，仿似一個個跳動的音符，共同彈奏出一曲曲美妙的樂章。期待項目在工程評選活動中，取得好成績，再獲新殊榮！
項目相關信息：
所屬城市：上海
幕墻承建：金剛幕墻集團有限公司
高度：39.85米
建筑面積：10.04萬平方米
幕墻類型：玻璃幕墻+金屬幕墻
幕墻面積：3.68萬平方米
幕墻造價：8200萬元
型材品牌：興發(fā)
玻璃品牌：信義
密封膠品牌：陶熙
五金品牌：諾托
隔熱材料品牌：泰諾風(隔熱條)
作者單位：金剛幕墻集團有限公司
