【2017年整理】大角度扭转单元幕墙模拟设计(中国建筑装饰2011.6期).doc

PAGE PAGE 16 大角度扭转（面）单元幕墙模拟设计 杜东新 摘要 近年来，随着设计理念的不断更新，建筑设计的造型越来越复杂，形式越来越多样；更有业主为追求标新立异，与众不同，常会有大胆的想法，这样就对幕墙设计提出了更高的要求；其中尤以大角度扭转单元幕墙设计难度最高。本文通过对大角度扭转单元式幕墙设计进行CAD模拟分析，对其基本设计思想进行剖析，以及设计中要注意的问题进行归纳，为日后同行在设计同类型的项目提供参考。由于应力安装法(俗称冷弯法)属于常规作法，设计难度不大，是通过强制性外力实现板块的变形安装予以解决的，故本文对此不作研究，仅对冷弯作法不能适应的且扭转角度大的单元幕墙系统进行分析。 关键词 单元幕墙 大角度扭转 插接方式 空间框作法 排水设计 CAD模拟 等 前言 目前采用空间扭转设计的建筑有逐渐增加的趋势,其外立面效果新颖，设计复杂。外幕墙可以采用框架作法,也可以采用单元式作法, 框架幕墙作法比较简单,施工难度相对较低,单元幕墙由于是通过插接来实现密封的，所以其设计难度要大得多，因单元板块是在厂内组装成整体,所以所有可能发生的问题都要在设计阶段给予解决或尽量解决，这种项目的设计解决思路不外乎三种方案1. 有应力安装法(也有称冷弯法)；2. 空间框作法,即本文所论述的大角度扭转单元幕墙解决方案。3.平板作法，面板相互错开如鱼鳞状排布。（但此种作法不能实现平滑的拟合曲面,本文不作阐述） 三种解决办法的优缺点 1. 有应力安装法：组装成平板，现场带应力安装，强制性实现板块的变形，进而实现外立面的整体扭转效果，俗称冷弯法。 优点： a.设计相对简单，按常规单元幕墙作法，仅仅是通过安装予以解决； b.价格要优于空间框作法；无论材料用量及工作加工费用都与常规单元作法无异。 缺点： a.幕墙杆件及板材长期处于扭转应力状态下，玻璃等脆性材料在此长期应力状态下的力学性能目前还缺少相关的研究；由于这种安装方法是通过外力强制性实现板块的变形，通过与转接系统连接，强制板块的第四个点（指平面外的点）到达平面外的某一点，进而实现外立面的整体扭转效果，所以这种办法是通过安装予以解决的，确切的说为非设计解决方案。 b.适用范围较小，这种办法仅适用于空间扭转较小的设计，第四个点（指平面外的点）与板块另三点确定的平面的垂直距离（以下用h代替）不大的单元幕墙，由于h值与分格宽、平面扭转角度相关，可以通过几何公式推导；但多大的h值更合适，目前没有相关研究，也没有相应的理论成果参考， 原则上h值不大于20mm（个人建议），可以采用本方法，本值仅供参考，也可由实验确定。 c.安装难度较大，由于单元幕墙是通过插接方式实现板块安装的，当目标板块就位后，其相邻板块未就位前仍是平面的，与已经扭转的板块安装就会出现插接困难，要采用专业工具才能完成安装. 2. 空间框作法：工厂组装成异形板，板块的第四点（指平面外的点），与板块另三点不共面，进而实现外立面的整体扭转效果，现场实现正常安装。面板材料为平面如玻璃，但相邻面板相互错开（如不考虑骨架），为鱼鳞状排布见下图五、六。 优点： a.实现无应力插接，其安装方式同常规单元。 b.实现冷弯法不能实现的大角度扭转单元项目。 c.如设计得当，可以达到平面单元的所有性能。 d.外装饰效果好，无影响。 缺点： a.第四个点（指平面外的点）与板块另三点确定的平面不共面，加工难度较大。 b.排水设计可能导致单元横框加大，造价略有增加。 c.设计难度大，对设计师提出更高的要求。 d.室内横龙骨不在同一标高，如以外立面中间板块A点为基准，会出现不同板块的室内横框B点或C点左高右底或右高左底的现象（如图八），如果房间柱间距较大则对室内效果有影响 e.左右玻璃不在一条等温线上，保温性能略有降低。 3. 平板作法： 优点： 设计相对简单，按常规单元幕墙作法，受力体系合理。 加工安装简单。 缺点： 面板相互错开如鱼鳞状排布，不能实现平滑的拟合曲面,对外立面效果有影响。 左右竖框不等长且型材较上述两种作法大。 大角度扭转单元的空间几何特点 扭转单元幕墙的板块一般设计成空间平行四边形,其第四个点（指平面外的点）与板块另三点确定的平面的垂直距离（以下用h代替）不大的单元幕墙，由于h值与分格宽、平面扭转角度相关，且与单元板块内板材的分格大小有关；可以通过几何公式推导，本文以图示工程为例推导h值与相关参数的关系,其公式为 h=w * tag(δ) =1500* tag(30) =78.61mm 相关参数: H=4.3m 层间高 δ=30 每层扭转角度 w=1.5m 板块分格宽 h=78.6mm 翘起距离（详见统计表） 也可以采用CAD三维放样测量h值，