浅谈异形幕墙的设计要点

摘 要：文章分析了异形幕墙的设计难点，有针对性的介绍了异形幕墙的设计要点，对方案比选、材料的选择和加工、节点构造提出见解，供同业者参考。

关键词：异形幕墙；设计要点；方案比选

随着建筑行业的发展和社会审美的变迁，越来越多的新建建筑采用各种标新立异的外观设计。幕墙由于其对优秀的抗变形性能和外观表现力，被广泛地应用在这些高端建筑物乃至地标级建筑物上。因此，异形幕墙越来越受得建筑行业的重视。笔者就多年来从事异形幕墙设计工作中遇到的经验做以总结，交流分享。

1 异形幕墙的概念

由于幕墙主要由型材和板材决定其最终外观，而型材和板材通常都是平直材料，因此幕墙更容易制作成平直外观，或者折线形外观，许多建筑由于体量庞大，虽然外观呈曲面形状，但进行细部节点设计时，其大尺寸的半径完全可以用折线来近似表达，最终将曲线转化成折线，例如迪拜的海湾之门，其技术要点可以完全参照折线形幕墙，因此不在本文讨论之列。

对于曲面半径较小，用折线近似的方法无法满足外观和使用要求的异形幕墙，我们可以将其分为三类，水平曲面幕墙，竖直曲面幕墙，双向曲面幕墙。由于幕墙多数以竖框为主要受力杆件，竖直曲面幕墙在受力分析和设计加工方面都较水平曲面幕墙更困难。双向曲面幕墙由于板材延展性和节点复杂度等因素，设计加工难度较前两者呈几何级数增加。

图为德国法兰克福航空铁路中心（ACFK）工程的双向曲面幕墙，水平曲线最小半径

2 异形幕墙的方案比选

框架幕墙由于便于现场加工配做，精度要求低，现场施胶，节点设计量小，成本较低，在低端工程和小面积异形幕墙中有广泛应用，缺点是对现场工人要求高，车间化程度低，质量不易保证。

单元幕墙则相反，高度车间化生产，节点复杂，外观和功能质量均好于框架幕墙，但设计难度大，是目前高端幕墙的一个重要研究方向。德国法兰克福航空铁路中心工程就是其中的代表。

3 异形幕墙的材料选择和加工

异形幕墙的边框主要有钢型材和铝型材。前者的优点是拉弯加工中截面变形率小，成品率高，成本较低；后者则轻巧美观，对承重节点要求较低。这是要提出的是，无论使用哪种型材，必须先拉弯后做表面处理，否则变形产生的涂层裂纹将大大降低型材的耐侵蚀性。穿条断铝型材需先合模后接弯，断热条需具有良好的塑性，大多数国产断热条无法胜任，泰诺风的断热条由于通过工艺处理使相当部分碳纤维沿长向分布，在拉弯加工中表现较好。

玻璃由于其工艺特点，在幕墙企业中大多采取订制采购，所以常成为异形幕墙的技术瓶颈，需要与玻璃厂商加强合作。一般而言，异形玻璃的加工难度由低到高分别分单片玻璃、中空玻璃、夹层玻璃、夹层+中空玻璃。夹层玻璃加工成弧形时，半径越小，其胶片最小厚度越大。弯弧钢化玻璃比平板钢化玻璃更易发生自爆，所以通常用均质半钢化玻璃或夹层玻璃代替。

板材对异形幕墙的最终外观影响极大。通常根据半径选择合适硬度的铝单板牌号。板材下料需充分考虑板材的延展性，必要时须对板逐一进行计算机建模放样。由于先折弯后喷涂的工艺顺序，导致加强筋不能采用胶粘连接方式，通常以栽钉机械连接，为保证外饰面效果，栽钉电压电流必须经试验确认。幕墙表面的眩光会使曲面的不连贯性更明显，所以喷涂亚光表面效果优于镜光表面，宜优先选用。不锈钢板宜沿曲线方向拉丝。

4 异形幕墙的节点构造

异形建筑不只对幕墙提出了较高的要求，建筑主体结构施工的误差往往也较大，因此，幕墙节点必须具备更大的调整范围来适应自身和结构的误差。这意味着更大尺寸的转接件，更长的顶栓，更长的胶条企口，更大的胶缝宽度。

异形幕墙必须加强力学验算和三性实验，以保证其安全和功能质量。对于复杂的异形幕墙，增加一道密封线是一个好的选择。对于竖向曲面和双向曲面幕墙，其上下横框的型材开模设计应充分考虑节点防水，通过型材设计使水平胶缝保持水平甚至略向外倾斜，可以有效的改善水密性。

板材的安装宜使用长条孔，两对边宜一边固定一边自由，以吸收板材温度变形。幕墙与结构之间的封堵板材宜采用自由搭接。

由于竖向曲线使得单元的重心偏移，单元起吊过程中，与单元就位后的姿态会有一定的夹角，因此需考虑增加一个水平牵引索的系点，以帮助单元安装就位。单元就位后水平节点会产生水平分力，并逐层传递，因此最底跨竖框必须充分考虑该水平力作用。

竖向曲线还会导致传统的转接件难以实现3D调整，有一个简化的设计办法是将Z向调整变成沿竖框切向调整，再增加Y向调整范围来抵消切向调整在Y向上的分量。

异形幕墙目前在技术上仍有很大的研发空间，良品率、产能、成本等都有待改善，随着技术的发展，异形幕墙必然逐渐走向成熟，在未来的高端建筑中大放异彩！