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摘要：高难度无规律超极限工期异形铝板幕墙项目，设计施工技术研究课题
关键词：高难度无规律复杂造型铝板;三角形铝板;球形玻璃采光顶;三维扭曲拼接杆件;局部连接件有限元仿真计算分析;40天极限工期;施工测量定位
1、工程根况
武当一梦10#楼幕墙工程分为音乐餐厅和多功能厅两大区域。音乐餐厅为圆形铝板屋面（词条“铝板屋面”由行业大百科提供）和梯形玻璃幕墙组成，多功能厅由阴阳鱼曲面造型铝板、玻璃幕墙和球形玻璃采光顶组成。其中阴阳鱼曲面造型铝板和球形玻璃采光顶的板块为三角形板块，采用三角形板块能使整个曲面看起来非常顺滑美观，非常适合本项目的造型。
2、高难度无规律复杂造型铝板的技术重难点(钢片架的设计、加工、安装)
本工程多功能厅阴阳鱼曲面造型铝板，因其独特的外观造型，造型无任何规律，铝板的主龙骨设计加工和安装存在极大的困难。经过我们设计团队对整个造型进行分析，最终决定将主龙骨采用三维扭曲拼接杆件的设计方法，三维扭曲拼接杆件的设计、加工、安装是本项目的一大难点。我们依照这个思路进行精细实体建模，建成深度LOD 400的施工模型，模型中的杆件可直接提取加工图。
2.1三维扭曲拼接杆件的设计
为了克服复杂曲面造型铝板的问题，设计的时候考虑将三维扭曲拼接杆件在地面上先拼接加工成一榀榀的钢片架，再将钢片架进行吊装，钢片架的长度依据现场的场地和施工机具的要求来划定。先将施工模型中的杆件提取出来，根据现场的要求划定片架长度，片架是采用的120*60*4的方钢管一段段的拼焊出来的，地面加工的时候需要每一段钢方管的下料长度、角度和加工坐标等数据，而且切割角度是二面角。整个鱼形造型铝板的片架有300多榀，每榀钢片架的下料长度、角度、加工坐标等数据有200多个，而且每榀钢片架都不一样。面对如此巨大的设计工作量，我们采用了犀牛GH参数化、程序化的设计方法，在极段的时间内完成了7万多个加工数据和300多榀钢片架的加工图。
2.2三角形铝板面板设计
多功能厅铝板造型为不规则曲面造型，我们经过综合分析，最终采用了三角形面板，三角形面板能够很好的适应各种不规则的曲面，而且便于加工和安装，成形后的曲面效果非常顺滑，三角形面板合理的排布，使得整个曲面铝板造型纹理更加美观。
2.3三维扭曲拼接杆件的加工
根据钢片架设计加工图纸和数据，现场先将6米的120*60*4的钢方管原材料按加工尺寸和角度切割成一段段的钢方管，钢方管的两端为二面角，每根切割的钢方管长度角度都不一样，角度的精度要求高。钢管切割完毕后，按照钢片架加工模型中的钢方管编号将钢方管在地面摆放好，先将摆放好的钢方管平面内的角度和坐标定位好，焊接的时候将平面外的坐标通过角钢支架来定位，定位完毕后，对每段钢管的拼接部位进行满焊。焊接完成的钢片架需要经二次尺寸和坐标的复核，发现偏差较大的钢片架还需要进行调校，确保最终达到规定的偏差要求方可吊装。
2.4三维扭曲拼接杆件的吊装
将加工完成的钢片架吊装也是一件比较困难的事情，钢片架由多段钢方管拼焊在一起，一榀钢片架长度有10米左右，在起吊的过程中很容易发生弯曲变形，甚至是撕裂焊缝，吊装还需要按模型坐标精准定位;为了解决吊装的时候钢架变形的问题，我们在吊装前将钢片架上加焊了斜撑，斜撑设置在最容易变形的部位，等吊装完成后再拆除;钢片架的定位方面我们采用了三点定位，分别是钢片加的上端点、中间点、下端点，将这三个点按模型中坐标点进行定位，定位完成后焊接钢片架支撑钢方管。
3、球形玻璃采光顶铝合金底座技术重难点(设计、加工、安装)
球形玻璃采光顶是本项目的一大亮点，支撑钢结构为三角形焊接拼装钢管结构，钢管结构外部设置一层铝型材（词条“铝型材”由行业大百科提供）龙骨支撑玻璃面板，铝型材龙骨与钢结构间采用钢加工件来连接，钢加工件可实现横向和竖向两个方向的调节，使得能很好的解决主体钢结构的偏差问题。玻璃面板采用三角形面板，面板与铝型材支撑杆件的玻璃副框采用了可适应任意角度的铝型材玻璃副框。节点（词条“节点”由行业大百科提供）交汇处为六根切割成角度杆件拼接在一起，使得拼角部位从室内看严密而美观。球形玻璃采光顶设计的时候还充分的考虑到室内冷凝水的收集排放问题，支撑面板的铝型材杆件上设置了排水槽，当玻璃有冷凝水可经过排水槽排出。
3.1球形玻璃采光顶铝合金龙骨设计
根据钢结构公司提供的钢构（词条“钢构”由行业大百科提供）模型，提取出交汇节点的坐标，通过坐标建立玻璃面，划分玻璃板块，玻璃板块的划分与钢构几何尺寸保持一致，从室内看铝型材龙骨杆件与钢构杆件重合在一起，不会出现错开遮挡视线的问题。在犀牛模型中提取玻璃板块边线，生成铝合金龙骨杆件，对生成的铝型材龙骨杆件根据长度和角度的不同进行归类编号。杆件交汇处需要进行角度切割，最终将六根杆件拼成六边形交汇点，拼接处进行打密封胶处理。铝合金龙骨杆件的设计还充分的考虑到了室内冷凝水排放问题，龙骨杆件开模的时候设置了冷凝水的收集排水槽，可将室内的冷凝水经排水槽排出。
3.2球形玻璃采光顶冷凝水排水、可变角度玻璃副框设计
因项目所在地常年空气潮湿、温差大，极易在玻璃球室内的玻璃上形成冷凝水，我们在设计的时候也考虑到了冷凝水的排水问题，当玻璃上凝聚水珠后，水珠受重力影响会沿着玻璃表面流到铝合金龙骨的排水槽中，排水槽会将收积后的冷凝水顺着排水槽排出;球形玻璃采光顶由1300多块不同尺寸的三角形玻璃组成，相领两块玻璃面板处均有一定的角度，不同尺寸的三角形面板夹角均不相同，为了解决这种夹角角度多的问题，我们设计副框的时候采用了旋转可变化角度的副框，副框由两部分的铝型材组成，由半圆形的扣环扣在一起，可旋转变换角度，采用这种设计，解决了夹角角度多的问题。
3.3球形玻璃采光顶铝合金龙骨加工
玻璃球为三角形面板，而且尺寸较多，交汇点的6根铝型材杆件存在多种角度，这样给加工和安装都带来了不小的困难。铝合金龙骨杆件加工前先在模型中将铝合金龙骨按实际尺寸和角度建模，对模型中杆件分别编号，从建好的模型中将每个编号提取出来生成二维的加工图纸，整个玻璃球杆件有400多种尺寸规格，2000多支杆件。
3.4球形玻璃采光顶铝合金龙骨安装
球形玻璃采光顶铝合金龙骨安装，先从模型中导出龙骨定位坐标，将加工好的铝型材杆件采用角钢临时定位在钢结构上，将钢连接件调整准确后与钢构焊接，钢件与铝型材杆件的连接螺栓及时安装。安装顺序为先横向一圈圈的从下往上安装，横向安装完毕后，再安装竖向杆件。整个杆件安装完成后用全站仪复核杆件的安装偏差，确定偏差不影响玻璃面板的安装后方可进行面板玻璃的安装。
4、犀牛建模和GH参数化、程序化设计在本项目中的应用
本项目在设计上充分的运用了犀牛建模和GH参数化、程序化设计方法，通过犀牛三维建模软件创建幕墙模型，准确地呈现幕墙的形态和构造。在铝板龙骨的加工、安装坐标提取、钢片架加工图尺寸及坐标提取采用了GH参数化、程序化技术处理了大量运算数据;在铝板面材下料方面，采用了GH电池组编写的程序，进行铝板的编号、切缝、加工尺寸数据导出、在极短的时间内将9000多块不同尺寸的铝板下单，并且没有一块铝板出现错误，从而保证了本项目的工期要求。设计工作将本来需要三个月的设计时间压缩到一个月的时间，这也充分的体现了GH参数化和程序化技术在工作效率和准确率上面的优势。
5、幕墙节点计算分析
在本项目中除了运用了传统的公式计算幕墙的结构外，在重要部位的节点上还采用了有限元仿真计算分析，将重要的幕墙连接构件（词条“构件”由行业大百科提供）进行力学计算分析，保障了幕墙的安全性。
6、创新总结
由于这个项目的工期紧，只有40天的工期，而且外观造型非常复杂，给项目的设计施工带来了不小的挑战，在设计中为了满足工期要求，只能最大限度压缩设计图纸、建模和材料下单的时间。为了保证项目的工期要求，设计上运用了三维扭曲拼接杆件的新思路来设计幕墙的主龙骨，通过本项目运用三维扭曲杆件的思路设计、加工、安装技术来施工幕墙主龙骨，充分的证明了这个思路的可行性，并且在地面将龙骨加工后进行吊装，可最大限度的提高施工效率，也可以降低了施工成本，有效的保证了工期。在设计中采用了GH参数化、程序化新技术，提高了设计的工作效率。在结构计算方面还运用了有限元仿真计算分析技术，对复杂的连接部位进行精准的力学计算分析，保障了幕墙连接的安全性。
工作单位：北京凌云宏达幕墙工程有限公司
